Сетчатая оболочка

Полезная модель «Сетчатой оболочки» относится к различным областям техники, в частности к конструкциям сферических оболочек в области строительства и может быть использована для покрытий стержневыми сетчатыми оболочками зданий различного назначения, в том числе промышленных зданий.
Сетчатые оболочки - это многогранники, вписанные в сферическую поверхность вращения. Они обычно образуются в виде решетки из треугольников, трапеций, ромбов, пятиугольников, шестиугольников и других фигур. Стержни решетки в узлах сетчатых оболочек соединяются шарнирно. Несмотря на внешнюю ажурность и легкость сетчатых оболочек, их изготовление до сих пор остается крайне дорогостоящим и трудоемким делом. Именно сложность технологии строительства сдерживает более широкое применение этих конструкций.
Известны сетчатые оболочки с разбивкой сферы на элементы геодезическими линиями - окружностями с радиусами, равными радиусу сферы.. / Г. Павлов, А. Супрун «Геодезические купола: проектирование на современном уровне» sapr.ru>article/16093/.
Недостатком известных конструкций сетчатых оболочек является то, что при перекрытии сооружений больших объемов значительно увеличивается число элементов конструкции имеющих различные размеры, что усложняет ее и соответственно расчеты, связанные с определением их размеров и положения их в собираемой оболочке, усложняя технологию монтажа сооружения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является «Сетчатая оболочка», состоящая из стержневых элементов и шарниров, образующих плоскую решетку с возможностью которой плоская решетка образована, по меньшей мере, из трех фрагментов, соединенных шарнирами в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками, причем каждый фрагмент состоит из трех пространственных шестизвенных механизмов, соединенных шарнирами в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками, при этом стержневые элементы, являющиеся звеньями пространственных шестизвенных механизмов, выполнены одинаковой длины, продольные оси стержневых элементов, прилегающих к шарниру, перпендикулярны осям шарниров и выполнены с возможностью пересечения с ними, а оси шарниров стержневых элементов развернуты на различные углы, в первом случае на угол 90°, во втором случае на угол 60°. (патент РФ N 2665638, Е04В 1/32, опубл. 29.07.2018. Бюл. №25).
Недостатками известной конструкции являются:
- большое количество элементов конструкции, приводящие к сложности монтажа конструкции, связанная с необходимостью проведения работ по фиксированию сферической оболочки в проектном положении, например, опорным узлом основания;
- сложность технологии монтажа, связанная с жесткими требованиями по точности изготовления элементов конструкции.
Из литературных источников известно, что в пространственном шестизвенном механизме присутствует избыточная связь вследствие его особой структуры (т.е. определенных геометрических соотношений) и без изменения конструкции механизма она не может быть устранена. Изменения размеров звеньев механизма приводят к его заклиниванию. При конструировании механизмов избыточные связи, как правило, приводят к проблемам по монтажу, связанным с назначением полей допусков. /Хростицкий А.А., Терёшин В.А. Особенности структуры и геометрии пространственного шестизвенного механизма с избыточными связями //www.mmf.spbstu.ru/konf-2011/55./.
Решаемой задачей полезной модели является упрощение конструкции сетчатой оболочки, способной трасформироваться в проектное положение из плоского вида в форму сферической поверхности вращения при монтаже, позволяющей и упростить технологию изготовления элементов ее конструкции и сборку, повышающих эффективность в целом.
Техническим результатом полезной модели является создание простой, эффективной сетчатой оболочки, способной к трансформированию в проектное положение, из плоского вида в форму сферической поверхности вращения при монтаже.
Технический результат достигается тем, что в сетчатой оболочке, состоящей из стержневых элементов и шарниров, образующих плоскую решетку с возможностью трансформирования ее в форму сферической поверхности вращения, в которой плоская решетка образована из фрагментов, состоящих из трех пространственных шестизвенных механизмов, соединенных шарнирами в равносторонний треугольник в виде решетки с треугольными ячейками, а стержневые элементы выполнены одинаковой длины и являются звеньями пространственных шестизвенных механизмов, согласно которой, фрагменты пространственных шестизвенных механизмов снабжены дополнительными стержневыми элементами, которые установлены в пространственных шестизвенных механизмах с возможностью образования, в проектном положении, оболочки в виде ячеек треугольной формы.
Для пояснения технической сущности предлагаемой полезной модели рассмотрим чертежи:
фиг. 1 - фрагмент плоской решетки;
фиг. 2 - пространственный шестизвенный механизм;
фиг. 3 - сетчатая оболочка.
На прилагаемых чертежах обозначено:
1 - фрагмент плоской решетки;
2 - пространственный шестизвенный механизм;
3 - шарнир;
4 - шарнир;
5 - стержневой элемент;
6 - шарнир;
7 - дополнительный стержневой элемент;
8 - шарнир.
На фиг. 1 представлен фрагмент плоской решетки 1, который состоит из трех пространственных шестизвенных механизмов 2, соединенных в треугольник шарнирами 3. В вершинах треугольника расположены шарниры 4. Оси шарниров 4 перпендикулярны плоскости решетки, а оси шарниров 3 расположены в плоскости решетки.
Пространственный шестизвенный механизм 2, показанный на фиг. 2, состоит из шести стержневых элементов 5, соединенных шестью шарнирами 6 в треугольник, при этом стержневые элементы 5, являются звеньями пространственного шестизвенного механизма 2, продольные оси стержневых элементов 5, прилегающих к шарниру, перпендикулярны осям этих шарниров и выполнены с возможностью пересечения с ними, а оси шарниров стержневых элементов 5 развернуты на угол 90°.
На фиг. 3 представлена сетчатая оболочка в составе двух фрагментов 1 в проектном положении. Фрагменты снабжены дополнительными стержневыми элементами 7, которые соединены шарнирами 8 с пространственными шестизвенными механизмами образуя ячейки треугольной формы.
Трансформирование сетчатой оболочки производится следующим образом:
Стержневые элементы 5 раскладывают на плоскости, собирают шестизвенные пространственные механизмы 2, для этого соединяют концы стержневых элементов 5 в шарнирах 6, собирают фрагменты плоской решетки 1, для этого соединяют шестизвенные пространственные механизмы 2 в шарнирах 3, соединяют фрагменты плоской решетки 1 в шарнирах 4. Полученная сетчатая оболочка является сборкой? состоящей из шести пространственных шестизвенных механизмов 2. Вращением, по меньшей мере, одного стержневого элемента 5 шестизвенного пространственного механизма 2 в шарнире 6 трансформируют фрагменты плоской решетки 1 в проектное положение. В проектном положении дополнительные стержневые элементы 7 шарнирами 8 соединяют с пространственными шестизвенными механизмами, образуя в них ячейки треугольной формы. При таком изменении пространственного шестизвенного механизма образуют статически определенную конструкцию сетчатой оболочки в виде ячеек треугольной формы, не требующей проведения работ по ее фиксированию в проектном положении, позволяющих упростить сборку ее, а также создаются условия для снижения требований по технологии изготовления элементов ее конструкции, что в целом повышает эффективность сетчатой оболочки.
Представленные чертежи показывают на возможность создания простой сетчатой оболочки, способной трансформироваться из плоского вида в форму сферической поверхности вращения, а упрощение конструкции сетчатой оболочки не требует операции ее фиксирования в проектном положении, а также упрощаются сборка и технология изготовления элементов ее конструкции.
По своим технико-экономическим преимуществам, по сравнению с известными аналогами, заявляемая полезная модель позволяет создать простую, эффективную сетчатую оболочку, способную к трансформированию, в проектное положение, из плоского вида в форму сферической поверхности вращения при монтаже, не требующей операции ее фиксирования, а также упрощается сборка при монтаже, вследствие чего, и упрощается технология изготовления элементов конструкции.