СПОСОБ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ТЕНТОВЫХ ШАТРОВЫХ ОБОЛОЧЕК
METHOD OF FORMING AWNING TENT SHELLS

Изобретение относится к области архитектуры и строительства, а именно к формообразованию тентовых круговых шатров, геометрия которых определяется вращением вогнутой образующей вокруг вертикальной оси. Особенностью предлагаемого способа формообразования является создание тентовой оболочки, имеющей форму поверхности вращения отрицательной кривизны из ограниченного набора крупноразмерных плоских раскройных элементов. Возможность применения данного способа обусловлена способностью пленочно-тканевых материалов покрывать ограниченные участки криволинейных поверхностей без складок за счет трансформации структуры их армирующей тканевой основы. Изобретение может быть использовано при изготовлении пространственных покрытий зданий и сооружений в виде мягких оболочек шатрового типа.
Известны способы образования оболочек отрицательной гауссовой кривизны из пластмассовых материалов. Имеются «Способ изготовления комбинированных декоративно-армированных светопрозрачных оболочек отрицательной кривизны» по патенту РФ №2333100, а также «Способ изготовления ребристых оболочек отрицательной кривизны» по патенту РФ №2255864 и «Способ изготовления оболочек отрицательной кривизны» по патенту №2388601, позволяющие получать оболочки двоякой кривизны из различных термопластов.
Недостатком данных аналогов является отсутствие решения формообразования оболочек двоякой кривизны из плоских раскройных элементов.
Известно изобретение по патенту РФ №2414980 «Способ изготовления листовой конструкции с двоякой кривизной поверхности», позволяющий изготавливать оболочки двоякой кривизны из плоских раскройных элементов. Этот способ позволяет изготавливать конструкции двоякой кривизны из листовой стали путем разбиения ее на отдельные плоские детали, формообразование которых выполняют локальным деформированием, а затем полученные детали сваривают друг с другом в заданную конструкцию.
Указанный способ не позволяет изготавливать криволинейные оболочки двоякой отрицательной кривизны из пленочно-тканевых материалов.
Известен также павильон сборно-разборный тентовый (RU 98455 U1). Данная полезная модель представляет собой варианты выполнения одномодульного и многомодульного сборно-разборных тентовых павильонов, содержащих крышу в виде тента, имеющего полотно тента, закрепленное в каркасе, образованном размещенными по периметру каркаса вертикально расположенными арками, в которых полотно приспособлено для формирования пространственно-развитой поверхности тента.
Данный аналог не позволяет изготавливать гладкие тентовые шатровые оболочки отрицательной гауссовой кривизны, а также учитывать пределы структурной перестройки пленочно-тканевых материалов, позволяющие определять форму и размеры раскройных элементов оболочки.
Особенностью тентовых оболочек является их гибкость. Поэтому они могут устойчиво существовать только в форме поверхностей двоякой отрицательной кривизны. Для их изготовления из рулонных пленочно-тканевых материалов необходим специальный раскрой, позволяющий создавать из плоских заготовок поверхности двоякой кривизны, которые на плоскость не разворачиваются.
Наиболее близким в этом отношении к заявленному решению является результат экспериментальной апробации методики расчета большепролетных тентовых шатров, описанный в статье «Экспериментальная апробация методики расчета большепролетных тентовых шатров на примере покрытия катка в Казани» / Е.М. Удлер, Э.Е. Пекерман // Известия КГАСУ. - 2009. - №1. - С. 135-138. Форма указанного тентового шатра представлена в виде набора клиновидных элементов, плоский раскрой которых получают с применением метода наложения сетей с равносторонними ячейками на поверхность оболочки с последующим развертыванием полученной сети на плоскость. Указанный тентовый шатер и способ его формообразования был принят за прототип изобретения.
Недостаток указанного прототипа: отсутствует членение оболочки на седловые элементы, размеры и форму которых получают с учетом пределов способности тентовых материалов покрывать без перекосов и складок криволинейные поверхности за счет изменения сетевого угла в армирующей ткани или сетке. Это приводит к образованию негладкой, многогранной, поверхности оболочки, что в сою очередь приводит к неравномерному распределению усилий в оболочке и, как следствие, образованию перекосов складок и морщин.
Настоящее изобретение предназначено для изготовления мягких оболочек шатровой формы, имеющих не многогранную, а гладкую поверхность двоякой отрицательной кривизны.
Технический результат достигается тем, что в способе формообразования тентовых шатровых оболочек, заключающемся в представлении формы оболочки в виде набора раскройных элементов, плоский раскрой которых рассчитывают с помощью наложения на поверхность сетей с равносторонними ячейками, и последующим развертыванием сети на плоскость, затем соединяют раскройные элементы в единую оболочку, монтируют и предварительно напрягают оболочку, согласно изобретению форму оболочки расчленяют системой геодезических линий на несколько седловых элементов, «клиньев» и «вставок», размеры и форму которых получают с учетом пределов способности тентовых материалов покрывать без перекосов и складок ограниченную площадь криволинейной поверхности за счет изменения сетевого угла в армирующей ткани или сетке, при этом раскрой указанных элементов оболочки получают с помощью метода сетей Чебышёва.
Изобретение проиллюстрировано фиг. 1-3.
Фиг. 1 поясняет перестройку армирующей основы тентовой ткани. Здесь 1 - сетевой угол до перестройки армирующей основы, 2 - измененный сетевой угол после перестройки армирующей основы.
Фиг. 2 поясняет схему разбивки шатра на седловые элементы (вид в плане) и схемы набора раскройных элементов двух типоразмеров: слева - схема разбивки шатра на седловые элементы: клин - 3 и вставку - 4; по центру фиг. 2 показан раскрой клина, справа - раскрой вставки. Здесь 5 - оси клина, 6 - оси вставки, 7 - границы раскройных элементов.
Фиг. 3 - фотографии модели шатра, выполненного описанным способом.
В основу решения положена способность тентовых материалов покрывать без перекосов и складок ограниченную площадь криволинейной поверхности за счет изменения сетевого угла армирующей ткани или сетки, показанного на фиг. 1. Это позволяет разбить поверхность на криволинейные седловые элементы 3 и 4 (фиг. 2), в пределах которых использовано указанное свойство материалов, зависящее от величины предельного сетевого угла.
Предлагаемая схема разбиения представляет поверхность тентового шатра в виде сочетания седловидных поверхностей, как показано на фиг. 2. В соответствии с ней шатер изготавливают из набора раскройных элементов двух типоразмеров, условно названных «клином» и «вставкой» (фиг. 2).
Способ осуществляется следующим образом:
- Поверхность шатра разбивают на седловые элементы: клинья 3 и вставки 4 (фиг. 2), размеры и форму которых получают с учетом пределов способности тентовых материалов покрывать без перекосов и складок ограниченную площадь криволинейной поверхности за счет изменения сетевого угла в армирующей ткани или сетке. Оси 5, 6 и границы 7 элементов 3, 4 располагают по геодезическим кратчайшим линиям на поверхности. Поэтому вертикальные оси и смежные границы клиньев 3 направлены по меридианам. При этом центры клиньев 3 находятся посередине соответствующих меридианов. Границы между клиньями 3 и вставками 4 также являются геодезическими линиями, но соединяющими нижние узлы одних клиньев с центрами других, смежных с ними клиньев 3. Горизонтальные оси вставок 4 - это кратчайшие линии между нижними узлами смежных со вставкой клиньев и серединой вертикальной оси клиньев 3.
Плоские раскройные контуры клиньев 3 и вставок 4 определяют методом наложения сетей Чебышева на соответствующий участок поверхности оболочки с последующей разверткой сети на плоскость.
После соединения элементов (клиньев 3 и вставок 4) в единую оболочку, монтажа и предварительного натяжения шатра плоские части (раскрой клина 3 и раскрой вставки 4 фиг. 2) автоматически приобретают проектную седловидную форму, что наглядно иллюстрируется на фотографиях модели шатра, представленных на фиг. 3.
Изготовление тентовых шатровых оболочек указанным способом достигается тем, что гладкую поверхность оболочки (без перекосов, складок и морщин) получают благодаря членению шатра системой геодезических линий на седловые элементы, форму и раскрой которых получают с использованием пределов способности тентовых материалов покрывать криволинейные поверхности за счет изменения сетевого угла в армирующей ткани или сетке.
Предлагаемый способ позволяет экономить материал за счет уменьшения отходов, улучшает дизайн оболочек и повышает стабильность формы при внешних воздействиях за счет естественного двухосного напряжения при формообразовании.