ребристый купол

Формула изобретения

1. Ребристый купол, содержащий составные меридиональные арочные ребра, выполненные из шарнирно соединенных между собой несущих элементов, шарнирно закрепленные верхними концами к центральному опорному элементу, а нижними - к опорным элементам основания, равномерно расположенным по периметру купола, и горизонтальные кольцевые несущие элементы, закрепленные к меридиональным арочным ребрам в местах соединений образующих их несущих элементов, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными элементами жесткости, кольцевые несущие элементы выполнены из жестких прогонов, образующих в каждом из секторов купола с несущими элементами меридиональных арочных ребер жесткие трапециевидные и верхнюю треугольную секции, а дополнительные элементы жесткости размещены в трапециевидных секциях купола в шахматном порядке и выполнены, каждый, в виде четырехугольника из стержней, жестко закрепленного вершинами в серединах несущих элементов, образующих стороны трапеции.

2. Ребристый купол по п.1, отличающийся тем, что все несущие и дополнительные элементы жесткости выполнены деревянными.

3. Ребристый купол по п.1, отличающийся тем, что несущие элементы меридиональных арочных ребер выполнены одинаковой длины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при устройстве промышленных, гражданских, сельскохозяйственных и складских сооружений.

Известно пространственное купольное покрытие, включающее каркас, составленный из замкнутых ячеек, соединительные элементы, установленные в узлах сопряжения перекрестной решетки, образующей каркас [Р.Dutko A Kolektiv. Drevene konstrukcie, Alfa, Bratislava, 1976, с.317, 318].

Недостатком этого покрытия является сложность монтажа, которая требует при сборке узловых соединений высокой квалификации монтажников, поскольку элементы покрытия образуют сложную перекрестную решетку.

Известен также ребристый купол, содержащий нижнее и коньковое опорные кольца, соединенные с ними и имеющие оголовки деревоклеенные радиальные ребра, одни концы которых прикреплены шарнирно к нижнему опорному кольцу, и прогоны. Противолежащие ребра купола объединены в двухшарнирные арки или рамы [Авт. свид. СССР №1106880; дата публикации 07.08.84]. В данной конструкции образована неизменяемая перекрестная система ребер, а коньковое кольцо является частью арки и воспринимает часть изгибающей нагрузки.

Недостатком известного ребристого купола является высокая материалоемкость.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, принятым в качестве прототипа, является купольное покрытие, содержащее меридиональные арочные элементы (ребра), закрепленные одними концами шарнирно к центральному опорному контуру, а другими - к опорным элементам, установленным по периметру покрытия. Меридиональные арочные элементы выполнены составными из шарнирно соединенных частей (несущих элементов). В местах соединения этих частей пропущены горизонтальные кольцевые несущие ванты [Авт. свид. СССР №953130; дата публикации 23.08.82].

Материалоемкость этой конструкции ниже, чем в предыдущей. Но эта известная конструкция купольного покрытия характеризуется относительно невысокой жесткостью системы вантовых колец, в условиях несимметричных горизонтальных нагрузок. Это приводит к тому, что конструкция имеет малую несущую способность.

Задача изобретения - повысить несущую способность купола при действии несимметричных горизонтальных нагрузок, при низкой его материалоемкости.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение при решении поставленной задачи, заключается в повышении жесткости конструкции и равномерном распределении действующей на поверхность купола нагрузки.

Для решения поставленной задачи в ребристом куполе, содержащем составные меридиональные арочные ребра, выполненные из шарнирно соединенных между собой несущих элементов, шарнирно закрепленные верхними концами к центральному опорному элементу, а нижними - к опорным элементам основания, равномерно расположенным по периметру купола, и кольцевые несущие элементы, закрепленные к меридиональным арочным ребрам в местах соединений образующих их несущих элементов, в отличие от прототипа, согласно изобретению ребристый купол снабжен дополнительными элементами жесткости, кольцевые несущие элементы выполнены из жестких прогонов, образующих в каждом из секторов купола с несущими элементами меридиональных арочных ребер жесткие трапециевидные и верхнюю треугольную секции, а дополнительные элементы жесткости размещены в трапециевидных секциях купола в шахматном порядке и выполнены, каждый, в виде четырехугольника из стержней, жестко закрепленного вершинами в серединах несущих элементов, образующих стороны трапеции.

Новым является также то, что все несущие и дополнительные элементы жесткости в частном случае выполнены деревянными.

Кроме того, несущие элементы меридиональных арочных ребер выполнены одинаковой длины.

Меридиональные арочные ребра и кольцевые несущие элементы образуют решетчатую плоскую конструкцию. В вершине купола все ребра присоединяются шарнирно к верхнему кольцу. Верхнее кольцо, как правило, запроектировано на изгиб и кручение.

Меридиональные арочные ребра воспринимают нагрузки, направленные только в своей плоскости, и не способны воспринимать нагрузки в перпендикулярных им плоскостях, ввиду малой жесткости их в этом направлении.

Кольцевые несущие элементы, выполненные из жестких прогонов, опоясывают весь купол и не прерываются, чем повышается жесткость конструкции. Кольцевые несущие элементы работают на нормальные усилия, возникающие в них при общей работе купола.

Дополнительные элементы жесткости, выполненные в виде четырехугольников, жестко закрепленных вершинами в серединах кольцевых несущих элементов (прогонов), являются, по сути, жесткими дисками, способными воспринимать нагрузки, действующие перпендикулярно плоскости основных ребер, тем самым обеспечивается устойчивость ребер купола и неизменяемость его в целом. Образованные дополнительные решетчатые связи в виде четырехугольников из стержней раскрепляют середины несущих элементов меридиональных арочных ребер, образующих купол, тем самым создается возможность уменьшить их свободную длину и сечение, следствием чего является снижение материалоемкости. Дополнительные решетчатые связи располагаются в плоскости трапециевидных секций купола в шахматном порядке, что вызывает равномерное перераспределение усилий в куполе и, как следствие, высокую несущую способность купола при несимметричных нагрузках.

Выполнение несущих элементов меридиональных арочных ребер одинаковой величины упрощает монтаж купола.

Авторами и заявителем не выявлены из уровня техники конструкции куполов, в которых элементы жесткости выполнены в виде четырехугольников из стержней, закрепленных вершинами в серединах соответствующих несущих элементов, образующих трапециевидные секции, и расположенных по поверхности купола в шахматном порядке. Это говорит о том, что предлагаемая конструкция купола явным образом не следует из уровня техники и заявляемое техническое решение соответствует условию изобретательского уровня.

Кроме этого, очевидным является то, что для обеспечения жесткости, стойкости к нагрузкам, т.е. для повышения несущей способности конструкции, необходимо увеличить сечение несущих элементов и их количество. Заявленная конструкция за счет равномерного распределения нагрузки по поверхности купола обладает высокой несущей способностью и одновременно позволяет уменьшить сечение несущих элементов, т.е. снизить материалоемкость. Это еще раз подтверждает соответствие заявленной конструкции критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 изображен ребристый купол в объеме; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - то же, общий вид.

Ребристый купол содержит составные меридиональные арочные ребра 1 (фиг.2), выполненные из шарнирно соединенных между собой несущих элементов 2 (фиг.1). Составные меридиональные арочные ребра 1 закреплены верхними концами к центральному опорному элементу 3, а нижними - к опорным элементам основания 4, равномерно расположенным по периметру купола. К меридиональным арочным ребрам 1 в местах соединений их несущих элементов 2 закреплены кольцевые несущие элементы 5, 6, выполненные из жестких прогонов. В каждом из секторов купола жесткие прогоны горизонтальных несущих элементов 5, 6 с несущими элементами 2 ребер 1 образуют жесткие трапециевидные 7, 8 и верхнюю треугольную 9 секции (показано на фиг.1 для одного сектора). В образованных трапециевидных секциях по всей поверхности купола в шахматном порядке смонтированы дополнительные элементы жесткости 10, 11, 12, 13 и т.д. Каждый из них представляет собой четырехугольную конструкцию, выполненную из четырех стержней, которые одними концами закреплены в середине соответствующих жестких прогонов несущих элементов 5, 6, а другими - в середине несущих элементов 2 ребер 1. Составные меридиональные арочные ребра 1 выполнены из несущих элементов 2 одинаковой длины. Несущие элементы 2, жесткие прогоны горизонтальных несущих элементов 5, 6 и стержни дополнительных элементов жесткости могут быть выполнены из дерева, а также из других материалов. Возможно выполнение конструкции и в металле (сталь, алюминиевые сплавы).

Заявленная конструкция промышленно применима. Она является сборно-разборной.

Монтаж ребристого купола производят любыми традиционными способами, известными в строительстве куполов. Но предпочтительней и проще монтаж купола при помощи пневматической воздухоопорной оболочки.

Большое достоинство этого способа состоит в том, что какова бы ни была высота купола, монтажники работают без всяких подмостей, в удобных и безопасных условиях. Механизмы для подъема монтажных элементов им не нужны.

Оболочку расстилают на земле внутри опорных элементов основания будущего купола и закрепляют ее. Затем включают вентилятор. Когда оболочка приподнимается примерно на 1 м, вентилятор останавливают. В центре оболочки собирают центральный опорный элемент и крепят к нему несущие элементы. Затем снова включают вентилятор, оболочка вместе с лежащим на ней центральным опорным элементом приподнимается еще на 2 м. Монтажники наращивают каркас купола на эти 2 м сверху вниз. Такие циклы повторяются, пока не будет собран весь каркас купола.

Такая конструкция купола позволяет легко организовать необходимые световые проемы, двери. Это еще раз подтверждает ее промышленную применимость.