арочная конструкция

Формула изобретения

1. Арочная конструкция, включающая основание и закрепленный на нем каркас, выполненный в виде набора скрещивающихся поперечных и продольных несущих элементов, узлы соединений поперечных и продольных несущих элементов, установленные в местах их скрещивания, систему парных поперечных растяжек, каждая пара из которых выполнена в виде двух независимых друг от друга гибких ветвей, соединяющих в чередующемся порядке через один узлы соединений несущих элементов каркаса и с условием обеспечения в гибких ветвях заданного механического напряжения, отличающаяся тем, что она снабжена системой дополнительных растяжек, каждая из которых симметрично соединяет противолежащие концы поперечных несущих элементов в диагональном направлении каркаса и с условием обеспечения заданного механического напряжения в них, а узлы соединений несущих элементов каркаса выполнены в виде гибких связок закрепленных в местах скрещивания несущих элементов каркаса в диагонально-крестообразном порядке, а гибкие связки выполнены с нанесением на их контактную поверхность высокоадгезионного слоя, например, выполненных в виде ленты "скотч".

2. Арочная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что поперечные несущие элементы каркаса могут быть выполнены в виде ломаных линий, точки излома которых расположены в местах скрещивания с продольными несущими элементами.

3. Арочная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что основание арочной конструкции может быть выполнено в виде системы не связанных между собой штырей, каждый из которых заглублен одной стороной в земляной грунт, а другой стороной состыкован с концом соответствующего поперечного несущего элемента каркаса.

4. Арочная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена системой стяжных элементов, соединяющих места скрещивания каждой пары поперечных растяжек с ближайшим участком поверхности поперечного несущего элемента каркаса.

5. Арочная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что поперечные несущие элементы каркаса расположены с его внутренней стороны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, точнее к строительным конструкциям, и предназначено преимущественно для сооружения особо легких помещений преимущественно временного пребывания людей, а также помещений, имеющих характер производственных в широком спектре назначения, как-то: теплиц, складов, хранилищ, животноводческих и тому подобных помещений.

Известная арочная конструкция, включающая основание и закрепленный на нем каркас, выполненный в виде набора скрещивающихся поперечных и продольных несущих элементов. При этом узлы соединений поперечных и продольных несущих элементов расположены в местах пересечения их геометрических осей, а поперечные несущие элементы выполнены в виде отдельных звеньев и собираются в единую конструкцию с продольными несущими элементами посредством болтовых соединений [1].

Недостатком данной конструкции является неизбежность возникновения изгибающих моментов особо большого уровня в местах соединения звеньев поперечных несущих элементов от воздействия как собственных весовых нагрузок конструкции, так и от воздействия внешних, например ветровых, снежного покрова. Вследствие этого данная конструкция предусматривает весьма немалую материалоемкость.

Кроме того, такая конструкция имеет низкую технологичность и требует для своего существования также немалых материальных затрат.

Известна также арочная конструкция, включающая основание и закрепленный на нем каркас, выполненный в виде набора скрещивающихся поперечных и продольных несущих элементов, узлы соединений поперечных и продольных несущих элементов, установленные в местах их скрещивания, систему парных поперечных растяжек, каждая пара из которых выполнена в виде двух независимых друг от друга гибких ветвей, соединяющих в чередующемся порядке через один узлы соединений несущих элементов каркаса и с условием обеспечения в гибких ветвях заданного механического напряжения.

Данная конструкция является более технологичной и менее материалоемкой, чем предшествующая, что обеспечивает ей минимальную стоимость в расчете на единицу закрываемой поверхности [2] . Данная конструкция также принята за прототип.

Однако и эта конструкция обладает также повышенной себестоимостью изготовления. Это объясняется содержанием в ней узлов соединения несущих элементов каркаса повышенной технологической сложности, а также наличием достаточно материалоемкого фундамента.

Цель изобретения дальнейшее повышение технологичности арочной конструкции и, как следствие, снижение себестоимости ее производства.

Поставленная цель достигается тем, что арочная конструкция, включающая основание и закрепленный на нем каркас выполненный в виде набора скрещивающихся поперечных и продольных несущих элементов, узлы соединений поперечных и продольных несущих элементов, установленные в местах их скрещивания, систему парных поперечных растяжек, каждая пара из которых выполнена в виде двух независимых друг от друга гибких ветвей, соединяющих в чередующемся порядке через один узлы соединений несущих элементов каркаса и с условием обеспечения в гибких ветвях заданного механического напряжения, снабжена системой дополнительных растяжек, каждая из которых симметрично соединяет противолежащие концы поперечных несущих элементов в диагональном направлении каркаса и с условием обеспечения заданного механического напряжения в них, а узлы соединений несущих элементов каркаса выполнены в виде гибких связок, закрепленных в местах скрещивания несущих элементов каркаса в диагонально-крестообразном порядке.

Сочетание указанных выше отличительных признаков предлагаемой арочной конструкции позволяет обеспечить ей максимальную технологичность в производстве при минимуме временных и материальных затрат.

Кроме того, поперечные несущие элементы каркаса могут быть выполнены в виде ломаных линий, точки излома которых расположены в местах скрещивания с продольными несущими элементами.

Кроме того, гибкие связки узлов соединений несущих элементов каркаса арочной конструкции могут быть выполнены с нанесением на их контактную поверхность высокоадгезионного слоя, например, выполненных в виде ленты "скотч".

Кроме того, основание арочной конструкции может быть выполнено в виде системы не связанных между собой штырей, каждый из которых заглублен одной стороной в земляной грунт, а другой стороной состыкован с концом соответствующего поперечного несущего элемента каркаса.

Кроме того, арочная конструкция может быть снабжена системой стяжных элементов, соединяющих места скрещивания каждой из пары поперечных растяжек с ближайшим участком поверхности поперечного несущего элемента каркаса.

Кроме того, поперечные несущие элементы каркаса арочной конструкции могут быть расположены с его внутренней стороны.

Снабжение арочной конструкции системой дополнительных растяжек, каждая из которых симметрично соединяет противолежащие концы поперечных несущих элементов в диагональном направлении каркаса и с условием обеспечения заданного механического напряжения в них, позволяет исключить возникновение моментов сил в узлах соединений несущих элементов каркаса от воздействия внешних нагрузок в продольном направлении, а следовательно, позволяет перейти к элементарным, в конструктивном отношении, формам исполнения самих узлов соединений.

Выполнение узлов соединений несущих элементов каркаса в виде гибких связок, закрепленных в местах скрещивания несущих элементов каркаса в диагонально-крестообразном порядке, позволяет использовать максимально упрощенные и широко доступные конструктивные элементы типа шнуров, проволоки и лент.

Выполнение поперечных несущих элементов каркаса в виде ломаных линий, точки излома которых расположены в местах скрещивания с продольными несущими элементами, позволяет придать поперечным несущим элементам форму стержневых конструкций и повысить тем самым продольную устойчивость поперечных несущих элементов, что соответствует адекватному снижению материалоемкости конструкции каркаса.

Исполнение гибких связей узлов соединений несущих элементов каркаса с условием нанесения на их контактную поверхность высокоадгезионного слоя, например в виде ленты "скотч", позволяет сократить до возможного минимума как временные, так и материальные затраты на выполнение монтажно-сборочных работ.

Выполнение основания арочной конструкции в виде системы не связанных между собой штырей, каждый из которых заглублен одной стороной в земляной грунт, а другой стороной состыкован с концом соответствующего поперечного несущего элемента каркаса, позволяет ввести в состав конструктивного элемента участок земли, ограниченный периметром самой арочной конструкции, и сократить тем самым до возможного минимума как временные, так и материальные затраты на выполнение монтажно-сборочных работ.

Снабжение арочной конструкции системой стяжных элементов, соединяющих места скрещивания каждой из пар поперечных растяжек с ближайшим участком поверхности поперечного несущего элемента каркаса, позволяет обеспечить максимально высокие требования по практическому обеспечению заданного уровня механических напряжений в них. Этот же признак позволяет повысить устойчивость на изгиб поперечных несущих элементов каркаса при воздействии на него внешних нагрузок.

Изобретение поясняется графическими иллюстрациями, где на:

фиг.1 изображена схема дугообразной арочной конструкции в поперечном разрезе;

фиг.2 - вид А фиг. 1;

фиг.3 - узел I фиг. 2;

фиг.4 - узлы II фиг. 3;

фиг.5 - изображена схема арочной конструкции с поперечными несущими элементами в виде ломаных линий.

В представленном на чертежах варианте арочная конструкция включает основание 1 и закрепленный на нем каркас 2, выполненный в виде набора скрещивающихся (под прямым углом) поперечных 3 и продольных 4 несущих элементов, узлы соединений 5 поперечных 3 и продольных 4 несущих элементов, размещенные в местах их взаимного скрещивания, систему парных поперечных растяжек 6, каждая пара из которых выполнена в виде двух гибких ветвей 7 и 8, независимо соединяющих в чередующемся через один узел соединения 5 порядке узлы соединений 5 поперечных 3 и продольных 4 несущих элементов каркаса 2 с условием обеспечения в гибких ветвях 7, 8 заданного механического напряжения. Арочная конструкция снабжена системой дополнительных растяжек 9, 10, каждая из которых симметрично соединяет противолежащие концы 11, 12 поперечных несущих элементов 3 в диагональном направлении каркаса и с условием обеспечения заданного механического напряжения в них, а узлы соединений несущих элементов 3, 4 каркаса 2 выполнены в виде гибких связок 13, закрепленных в местах скрещивания несущих элементов каркаса 2 в диагонально-крестообразном порядке.

Арочная конструкция по п. 2 формулы изобретения включает поперечные несущие элементы 3 каркаса 2, выполненные в виде ломаных линий 14, точки излома 15 которых расположены в местах скрещивания 16 с продольными несущими элементами 4.

Арочная конструкция по п. 3 формулы изобретения включает гибкие связки узлов 13 соединений несущих элементов каркаса 2, выполненные с нанесением на их контактную поверхность высокоадгезионного слоя 17, например выполненных в виде ленты "скотч".

Арочная конструкция по п. 4 формулы изобретения включает основание 1, выполненное в виде системы не связанных между собой штырей 18, каждый из которых заглублен одной стороной в земляной грунт 19, а другой стороной состыкован с концом соответствующего поперечного несущего элемента 3 каркаса 2.

Арочная конструкция по п. 5 формулы изобретения снабжена системой стяжных элементов 20, соединяющих места скрещивания каждой пары 7, 8 поперечных растяжек 6 с ближайшим участком поверхности поперечного несущего элемента каркаса 3.

Арочная конструкция по п. 6 формулы изобретения снабжена поперечными несущими элементами 3 каркаса 2, расположенными с его внутренней стороны 21.

Штыри 18 основания 1 имеют также опорные площадки 22, жестко закрепленные к каждому из них.

Предлагаемая арочная конструкция в собранном виде работает следующим образом.

В процессе исполнения своих функциональных обязанностей каркас 2 воспринимает на себя через кровлю (на чертеже условно не показанной) сложные силовые нагрузки, главными составляющими которых являются ветровая и снеговая. При этом ветровая нагрузка действует хаотично во времени и разнонаправленно в пространстве преимущественно в горизонтальной плоскости, а снеговая - в нарастающем и ниспадающем порядке во времени вертикально вниз. В любом из возможных вариантов действия внешних силовых нагрузок на каркас 2 предполагается, таким образом, проявление некой величины рассредоточенных (равномерно распределенных) сил в вертикальном, поперечном и продольном направлениях арочной конструкции. В любом из возможных также вариантов действия внешних силовых нагрузок на каркас 2 продольные несущие элементы 4, воспринимая их, как балки с опорой по концам, передают эти нагрузки через узлы соединений 5 на поперечные несущие элементы 3. В итоге восприятие силовых нагрузок на продольные несущие элементы 4 сопровождается их изгибом, не выходящим по величине за рамки предельно допустимого. Дальнейшее обеспечение статической устойчивости арочной конструкции достигается действием композиции конструктивных элементов каркаса 2, состоящий из поперечных несущих элементов 3, системы парных поперечных растяжек 6 и основания в виде штырей 14. Силовые нагрузки, действуя на поперечные несущие элементы 3 в плоскости их расположения, вызывают у них деформацию изгиба, которая стремится в варианте конструкции, изображенной на фиг. 1, к распрямлению, то есть к удлинению каждой пары поперечных растяжек 6 на соответствующем участке. С другой стороны, имея надежные защемления в узлах соединений 5 и низкую деформативную податливость в осевом направлении, растяжки 6 воспринимают на себя усилия растяжения, величина которых в процессе работы арочной конструкции остается в рамках, не превышающих уровень предельно допустимой величины.

Поперечные несущие элементы 3, являясь сложной многозвенной и протяженно-изогнутой по форме балкой, воспринимают также и действие осевых нагрузок, например, в районах концов 11, 12 и в варианте испытания снеговых нагрузок. В этом случае несущие элементы 3 могут испытывать прямо противоположные по направлению нагрузки, то есть вызывать изгибающие моменты с их действием в наружную от каркаса 2 сторону. Обеспечение статической устойчивости арочной конструкции для данного варианта внешних нагрузок будет обеспечено, с одной стороны, надежностью соединения пары "штырь 18 - конец 11 (12) поперечного несущего элемента 3", а с другой - противодействием поперечных растяжек 6, воспринимающих усилия растяжения. Обеспечение статической устойчивости арочной конструкции в этих зонах деформации поперечных несущих элементов 3 будет обеспечиваться также и материалом, из которого выполнены эти элементы. Дальнейшим средством повышения продольной устойчивости поперечных несущих элементов 3 является наличие в арочной конструкции стяжных элементов 20, которые начинают испытывать всякий раз растягивающие нагрузки при деформации изгиба в наружную сторону.

Для варианта арочной конструкции, использующей поперечные несущие элементы 3 в виде ломаных линий 14, точки излома 15 которых совпадают в местах скрещивания с продольными несущими элементами 4 (см. фиг.5), действие внешних нагрузок на каркас 2 предполагает образование усилий сжатия в стержневых конструкциях (поперечных несущих элементах 3) и растяжения - в гибких связях (системах парных поперечных растяжек 6). Это достигается восприятием внешних нагрузок со стороны кровли преимущественно в точках излома 15 поперечных несущих элементов 3. В обоих представленных вариантах исполнения поперечных несущих элементов 3 каркаса 2 вертикальное силовое замыкание осуществляется на опорные площадки 22 штырей 18. Ничем принципиально не отличается работа каркаса 2 арочной конструкции и при воздействии строго боковых ветровых нагрузок. В случае же восприятия каркасом 2 арочной конструкции ветровых нагрузок в продольном направлении в работу автоматически включается одна из ветвей системы дополнительных растяжек 9, 10, которая вследствие деформативной податливости поперечных несущих элементов 3 и будет всецело воспринимать на себя нагрузки растяжения.

Таким образом, при любых внешних нагрузках на каркас 2 в работе по их противодействию участвуют только и только поперечные 3 и продольные 4 несущие элементы вкупе с системами поперечных 6 и дополнительных 9, 10 растяжек. Этим самым работа гибких связок 13 с использованием, например, ленты "скотч" предполагает их лишь в качестве средств для поддержания продольных несущих элементов 4 в заданном пространственном положении, что на практике соответствует противодействию лишь их весовым нагрузкам. Ничтожность этих нагрузок по отношению к силам трения в местах контакта гибких связок 13 с поперечными несущими элементами 3 обеспечивает многократный запас прочности узлов соединений 5, а, стало быть, и конструкции в целом.

Использование предлагаемой арочной конструкции позволяет безгранично расширить область ее применения при снижении затрат на производство комплектующих и последующий монтаж на 20 - 50%.

Источники информации

1. Авт. св. СССР N 1627623, кл. E 04 В 1/32, 1991.

2. Патент США N 3798851, кл. 52/86, 1974.