Система гашения колебаний крыши висячих конструкций
Изобретение относится к области строительства, в частности к системе гашения колебаний покрытий висячих конструкций. Висячее покрытие выполнено из взаимно пересекающихся натянутых канатов и жестких стержней, образующих многоячеистую сетку. Все углы каждой ячейки фиксируются двумя крепежными петлями с продетой в них свободной петлей, свободный конец которой или новый свободный конец, образованный из объединенных групп ячеек, крепится в точке фиксации по отношению к закрепляемой поверхности крыши под углом, близким к 90°, выполняя функцию оттяжки. Технический результат изобретения заключается в геометрической неизменяемости покрытия, стабильности и жесткости. 6 ил.
Изобретение относится к наземным оригинальным строительным конструкциям, к рубрике действующей редакции МПК Е 04 В 1/34.
Вантовые висячие конструкции известны человечеству давно. Однако к их применению в строительстве люди прибегали с недоверием и осторожностью. Главная причина состояла в том, что такие конструкции отличаются своей нестабильностью (геометрической изменяемостью) и отсутствием надлежащей жесткости. Хотя очевидно, что если решить эти проблемы, то достоинства их неоспоримы: малая масса несущих конструкций, с увеличением пролета экономичность висячей конструкции возрастает, наиболее благоприятные условия освещенности, видимости, акустики; архитектурная выразительность, надежность в эксплуатации. При строительстве висячих покрытий не требуются леса и подмости, монтажные работы могут вестись с помощью легких подъемных механизмов, что упрощает их возведение.
Творческая мысль новаторов прошлого приходила к техническим решениям, в которых доминировала идея создавать большепролетные конструкции зданий без опор внутри них. В частности, И.П.Кулибиным в 1797 году был создан проект манежа без внутренних столбов.
В результате моего личного патентного поиска в ВПТБ (г.Москва) было выявлено два аналога, близкие к моему изобретению по замыслу.
Первый аналог изобретения под названием «Покрытие висячей системы преимущественно для промышленных зданий» (авторское свидетельство №159961 - описание изобретения см. приложение 1) - это конструкция по существу из попарно соединенных вант, образующих выпукло-вогнутые (рыбовидные) фермы из канатов (тросов) и распорок. Вогнутая ванта является несущей, а выгнутая кверху - стабилизирующей. Здесь распор от вант через стойки передается на консольные боковые пристройки, именуемые пролетами-противовесами. Несущие и стабилизирующие ванты соединены распорками, которые предназначены для воспринятия сжимающих усилий. Вот здесь в предложенном изобретении кроется один из существенных недостатков. Эти распорки из-за условий обеспечения функциональной устойчивости требуют значительных затрат металла и утяжеляют конструкцию покрытия в целом. Эти же недостатки присущи исполненным крайним консольным пролетам-противовесам. Отвод атмосферных вод с крыши также осложнен.
В другом аналоге моего изобретения под названием «Висячее покрытие зданий и сооружений» (авторское свидетельство №169227 - описание изобретения см. приложение 2), в отличие от первого, стабилизирующие ванты решено было расположить ниже несущих и подвесить к последним растянутыми раскосами.
В этом изобретении авторами была достигнута более экономичная и устойчивая в своей плоскости система покрытия, по сравнению с первым аналогом-изобретением (приложение 1). Однако и здесь на растянутые раскосы, которые в изобретении названы решеткой, и на ребра жесткости также требуется не мало металла.
Такие строения - это значительное нагромождение вантовых ферм, что делает их непригодными в практическом использовании из-за большой задержки ими солнечного света.
В целом же оба анализируемые аналоги-изобретения довольно сложные, громоздкие и дорогие в своем конструктивном исполнении как по материалам, так и по трудозатратам.
Сущность изобретения более подробно поясняется на фигурах 1-6.
Опорная часть контура состоит из двух колонн 5, между которыми натянута тросовая ферма 7 с распорками и раскосами, и бортового элемента 6.
Крыша выполняется из перекрестно натянутых канатов (металлических тросов, желательно в пластмассовой оболочке) по обе стороны ее конька, который поднимается до необходимой высоты для свободного отвода атмосферных осадков и улучшения микроклимата, освещенности, видимости, акустики внутри образованного помещения в зависимости от его назначения.
На фигуре 1 изображено вогнутое вантовое висячее покрытие 1. В нем отсутствуют стабилизирующие ванты, распорки и растянутые раскосы, чем отличаются вышерассмотренные аналоги.
Пролетная часть образуется из перекрестно растянутых канатов 2 с анкерным креплением 3. Кроме того, на крыше многоячеистая сетка образуется из чередующихся канатов и жестких (металлических, деревянных и прочих) стержней 4, которые также определенным образом крепятся и к боковой стене. Эти стержни образуют прочный край контура строения, если их изогнуть под углом 90°. Затем крышный и боковой навстречу друг другу уложить, предварительно сварив их общие части 4. На фигуре 1 это выделено жирными линиями.
Традиционно считается, что сетка - это то, что образовано из одного типа пересекающихся элементов. В моем техническом решении сетка состоит из чередующихся между собой канатов и жестких (из металла или деревянных реек) стержней. Такое чередование позволяет не только удешевить стоимость такой конструкции, поскольку трос дороже металлического стержня или деревянной рейки, но жесткие стержни позволяют придать висячей конструкции дополнительную жесткость и надлежащую форму. Причем нижний ряд 18 сетки (фиг.1) натягивается вдоль тросовой фермы 7 (конька крыши), состоит из одних только канатов (металлических тросов), а верхний - из канатов 2 и жестких стержней 17, натянутых поперек конька на обе его стороны.
Ширина сторон каждой ячейки в сетке может колебаться в пределах от 0,5 м до 1,5 м, в зависимости от назначения строения и что является кровельным материалом: пленка, металлический, пластмассовый, асбоцементный или мягкий рулонный настил.
При устройстве сетки крыши и боков помимо канатов могут быть использованы металлические стержни и деревянные рейки, уложенные и закрепленные к канатам хомутами параллельно скату крыши и свисающие 4 в боковых стенах, по которым прикрепляются ими или прибиваются доски и укладывается любой настил, кроме прозрачного (пленочного). Все это будет придавать дополнительную вантовому висячему покрытию стабильность и жесткость. Пленку же нужно крепить к часто расположенным и укрепленным рейкам, между которыми шаг составляет 0,5 м - 0,7 м, ибо при большем шаге она будет сильно парусить и быстро износится.
Для придачи стабильности и жесткости висячего покрытия нужно строить систему гашения его колебаний. Для этого должны проводиться следующие мероприятия. Берется двойная алюминиевая или иного, не поддающегося коррозии, металла проволока 9 определенной длины не менее 4 мм в диаметре. Сначала один из концов ее два раза плотно закручивается вокруг угла 8, затем каждая из них закручивается вокруг своего каната с внешней стороны данной ячейки, как показано на фигуре 2. Так же крепиться и следующая двойная проволока к другому углу. В противоположные концы 15 этих двойных проволок продевается петля 10 со свободным концом 12. Они могут быть также из нержавеющей проволоки в диаметре не менее 6 мм или стального тросика, только один из концов предварительно продевается в стальную трубку и развальцовывается. Затем противоположные концы 15 двойных проволок 9 закрепляются на остальных углах, которые при натяжении за свободный конец 12 стягиваются петлей 10 навстречу друг другу, но не должны соприкасаться. Так образовывается основной элемент 11 системы гашения колебаний крыши висячей конструкции (СГККВК) и в нем крепежные петли 16, скользящая петля 10 со свободным концом 12 выполняет функцию оттяжки.
На фигуре 2 изображены различные варианты использования основных элементов, последовательно объединенных в группы из 2-х, 4-х и 8 ячеек, т.е. в зависимости от того, что данная крыша обслуживает; решается вопрос об элементах СГККВК. Так, на фиг.3 изображена система, подходящая для теплиц. Здесь СГККВК одновременно является и шпалерой для высокорослых растений, например огурцов.
При строительстве зданий гражданского или производственного назначения нужно использовать элементы, объединенные в 8, 16 и более ячеек, как схематично показано на фигурах 2, 4, 5, 6. При этом крайние свободные концы 12 оттяжек должны крепиться так, чтобы точка крепления была по отношения к закрепляемой поверхности крыши близкой к 90°. Нижней точкой крепления оттяжки может служить анкерная схема 13 (фиг.3), если это строение с прозрачной кровлей, например теплица; канаты 14 (фиг.4, 5); элементы контура 5, 6 (фиг.5, 6).
В принципе, оттяжки не следует делать из толстого и плохо сгибающегося материала, как не надо делать крышу из большого сечения канатов и, скажем, арматурного стержня: вполне достаточно 10-15 мм. Ибо здесь СГККВК и конструкция покрытия работают в общем своем единстве и оно очень мощное, способное противостоять любым шквальным ветрам и прочим нагрузкам.
Во время шквальных ветров пленочная крыша, например, только слегка подрагивает. В крышах же с жестким покрытием, где по обрешетке могут крепиться, скажем, листы из жесткого твердого материала, и этот некоторый аффект будет сведен к нулю. А ведь пролеты могут быть 36 и более метров!
Последовательность (примерная) возведения комплекса, использующего СГККВК, должна быть следующей. Сначала устраивается опорный контур; ставятся центральные колонны, натягивается между ними вантовая ферма, устраиваются нижние боковые элементы, если требуются. Затем по контуру протягиваются поперечные и продольные канаты и укладываются жесткие стержни. Так получается на крыше сетка, которая скрепляется и фиксируется СГККВК. После этого на крыше монтируется нужный настил.
Как при строительно-монтажных работах, так при эксплуатационном обслуживании данное техническое решение более удобно, надежно и технико-экономические показатели более высокие по сравнению с до настоящего времени известными аналогами.
Изобретением системы гашения колебаний крыши висячих конструкций и связанных с ней оригинальных конструктивных решений при строительстве зданий, сооружений гражданского, промышленного и сельскохозяйственного назначения я делаю заявку на «новое слово» в строительной технологии вообще.
Висячее покрытие, выполненное из взаимно пересекающихся натянутых канатов и жестких стержней, образующих многоячеистую сетку, отличающееся тем, что все углы каждой ячейки фиксируются двумя крепежными петлями с продетой в них свободной петлей, свободный конец которой или новый свободный конец, образованный из объединенных групп ячеек, крепится в точке фиксации по отношению к закрепляемой поверхности крыши под углом, близким к 90°, выполняя функцию оттяжки, благодаря чему обеспечивается ее геометрическая неизменяемость, стабильность и жесткость.
