Многопролетное мембранное покрытие
Владельцы патента RU 2276713:
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова) (RU)
Изобретение относится к строительству и предназначено для устройства покрытий многопролетных зданий различного назначения. Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационной надежности покрытия посредством снижения концентрации напряжений в мембране. Многопролетное мембранное покрытие состоит из опертых по углам и соединенных между собой панелей, каждая из которых включает опорный контур и прикрепленную к нему по периметру предварительно напряженную мембрану. Опорный контур состоит из боковых гибких элементов и соединенных с ними торцевых поперечных балок, а каждая панель дополнительно снабжена соединенными между собой, с боковыми гибкими элементами и пространственным шпренгелем центрально расположенным продольным жестким стержнем ломаного очертания и средними поперечными балками. Пространственный шпренгель прикреплен в углах панели к концам торцевых поперечных балок и боковых гибких элементов, а в середине панели - к центрально расположенной поперечной балке и продольному жесткому стержню ломаного очертания. Мембрана выполнена предварительно напряженной после предварительного напряжения боковых гибких элементов, и, кроме того, мембрана в середине панели расположена выше продольного жесткого стержня ломаного очертания на расстоянии, равном 1/30-1/50 пролета панели. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к строительству и предназначено для устройства покрытий многопролетных зданий различного назначения.
Известно многопролетное мембранное покрытие из прямоугольных опертых по углам секций, соединенных между собой, каждая из которых включает замкнутый опорный контур, размещенный по периметру секции и мембрану. Причем опорные конструкции смежных секций расположены с зазором с возможностью взаимного поворота относительно продольных осей, а соединительные элементы расположены на уровне их центров тяжести (а.с. СССР №1608311, Е 04 В 7/14, 1990, БИ №43).
Существенным недостатком данного известного решения является крайне неравномерное распределение цепных усилий в мембране, вызывающее в ней концентрацию напряжений, сложная пространственная работа опорного контура на совместное действие кручения, изгиба и сжатия, снижающая его эксплуатационную надежность, необходимость устройства больших зазоров между секциями, сложность монтажа и повышенная материалоемкость из-за нерационального распределения материала по длине пролета панели.
Наиболее близким к изобретению техническим решением (прототипом) является мембранный блок покрытия, опертый по углам на стойки, включающий прямоугольный в плане контур, прикрепленную к нему по периметру мембрану и угловые распорки, причем мембрана прикреплена к верхней или нижней полке опорного контура с эксцентриситетом по вертикали, а опорный контур может быть выполнен в виде двух рам, установленных под углом друг к другу и соединенных между собой жестко в верхних углах и затяжками в нижних углах, кроме того, контурные рамы могут соединяться в нижних углах шпренгелями (а.с. №2008407, Е 04 В 7/14, 1994, БИ №4).
Недостатком этого покрытия является большая неравномерность цепных усилий в мембране, сложная работа опорного контура из прокатных профилей на совместное действие кручения, изгиба и сжатия, снижающая эксплуатационную надежность покрытия, сложность монтажа конструкции и высокая материалоемкость.
Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационной надежности покрытия посредством снижения концентрации напряжений в мембране, изменения характера работы опорного контура, а также снижение его материалоемкости и упрощение монтажа конструкции.
Сущность изобретения заключается в том, что многопролетное мембранное покрытие состоит из опертых по углам и соединенных между собой панелей, каждая из которых включает опорный контур, прикрепленную к нему по периметру предварительно напряженную мембрану и пространственный шпренгель. Отличие от прототипа заключается в том, что опорный контур состоит из боковых гибких элементов и соединенных с ними торцевых поперечных балок, а каждая панель дополнительно снабжена соединенными между собой, с боковыми гибкими элементами и пространственным шпренгелем центрально расположенным продольным жесткими стержнем ломаного очертания и средними поперечными балками, при этом пространственный шпренгель прикреплен в углах панели к концам торцевых поперечных балок и боковых гибких элементов, а в середине панели - к центрально расположенным поперечной балке и продольному жесткому стержню ломаного очертания, мембрана выполнена предварительно напряженной после предварительного напряжения боковых гибких элементов и расположена в середине панели выше продольного жесткого стержня ломаного очертания на расстоянии, равном 1/30-1/50 пролета панели. Продольный жесткий стержень ломаного очертания может быть выполнен с изломами в середине панели.
На фиг.1 изображен вид фрагмента многопролетного мембранного покрытия в вертикальной плоскости; на фиг.2 - то же в плане; на фиг.3 - сечение 1-1 на фиг.2; на фиг.4 - сечение 2-2 на фиг.2.
Многопролетное мембранное покрытие выполнено из панелей, опертых по углам и соединенных между собой связевыми элементами 1, сделанными, например, из болтов с гайками и крепежных деталей. Каждая панель состоит из мембраны 2, прикрепленной по периметру опорного контура, включающего боковые гибкие элементы 6 и соединенные с ними торцевые поперечные балки 5, к середине которых прикреплен продольный жесткий стержень 3 ломаного очертания, средних поперечных балок 4 и пространственного шпренгеля 7, соединенного в углах панели с концами торцевых поперечных балок 5 и боковых гибких элементов 6, а в середине панели - с центрально расположенными поперечной балкой 4 и продольным жестким стержнем ломаного очертания 3. Мембрана 2 выполнена предварительно напряженной после предварительного напряжения боковых гибких элементов 6 и расположена в середине панели выше продольного жесткого стержня 3 ломаного очертания на расстоянии, равном 1/30-1/50 пролета панели. Элементы панели покрытия 3, 4, 5, 7, работающие на сжатие и изгиб, могут быть выполнены из эффективных гнутых профилей открытого или замкнутого сечения, мембрана 2 - из тонкого листа толщиной 0,8÷1,5 мм, а растянутые элементы шпренгеля 7 и боковые гибкие элементы 6 - из высокопрочной полосовой или арматурной стали. Крепление мембраны 2 к опорному контуру может быть выполнено на сварке или болтах. Соединения элементов опорного контура между собой могут быть устроены тоже как на сварке, так и на болтах.
Сборка каждой мембранной панели выполняется из отдельных элементов на стенде следующим образом. Вначале собирают в единое целое каркас панели. Прежде всего устанавливают и соединяют между собой на болтах или сварке торцевые поперечные балки 5 и продольный центрально расположенный жесткий стержень ломаного очертания 3. После этого монтируют элементы шпренгеля 7, боковые гибкие элементы 6, средние поперечные балки, которые тоже соединяют между собой на болтах или сварке. После того, как будет собран каркас панели, выполняют предварительное напряжение боковых гибких элементов 6. Затем производят крепление мембраны 2 на сварке или болтах к торцевым поперечным балкам 5 и ее предварительное напряжение. Крепление мембраны 2 к боковым гибким стержням 6 на сварке или болтах осуществляют в последнюю очередь, после выверки положения элементов и контроля уровня предварительного напряжения конструкции.
Предварительное напряжение боковых гибких элементов опорного контура ведет к предварительному изгибу торцевых поперечных балок, что значительно уменьшает их деформативность при последующем предварительном напряжении и совместной работе мембраны с этими балками в составе покрытия, от чего существенно снижается концентрация напряжений в мембране не только в поперечном, но и в продольном направлении.
Использование одного сжатого продольного жесткого стержня в опорном контуре соответствует принципу концентрации материала, который связан с существенной экономией металла.
Расположение мембраны выше продольного жесткого стержня ломаного очертания на расстоянии, равном 1/30-1/50 пролета панели, позволяет эффективно создать в ней предварительное напряжение при использовании пространственного шпренгеля.
Продольный жесткий стержень может иметь изломы в середине пролета, что обеспечивает его работу в основном на сжатие и значительно снижает деформативность панели.
Многопролетное мембранное покрытие работает следующим образом. В составе покрытия каждая панель взаимодействует со смежными панелями через связи 1, которые позволяют еще больше снизить деформативность опорного контура при расчетных нагрузках и устранить клавишный эффект.
Центрально расположенный продольный жесткий стержень 3 работает в основном на сжатие, изгибающие моменты, возникающие в нем, могут быть незначительны, если выполнить соответствующее регулирование усилий предварительного напряжения в элементах 6 и 7 опорного контура и мембране 2. Боковые гибкие стержни 6 работают как предварительно напряженные гибкие ванты преимущественно на растяжение. Средние 4 и торцевые 5 поперечные балки воспринимают усилия, передаваемые на них мембраной 2 и шпренгелем 7, и работают на изгиб со сжатием. Элементы шпренгеля 7 работают на сжатие и растяжение. В мембране 2, как в предварительно напряженной тонколистовой оболочке, возникают под нагрузкой цепные усилия в продольном и поперечном направлениях. Основную роль в напряженно-деформированном состоянии мембраны 2 играют нормальные напряжения продольного направления. Продольный жесткий стержень 3 может иметь расположение точки излома выше или ниже линии, соединяющей его опоры. От этого могут значительно меняться усилия в опорном контуре и мембране 2. В зависимости от изменения соотношений и значений геометрических характеристик элементов опорного контура многопролетное мембранное покрытие меняет свою деформативность. При расположении точки излома жесткого стержня ниже линии, соединяющей его опоры, оно может превратиться в висячую комбинированную систему, если поперечные сечения элементов панели подобраны из условия ее работы только на монтажные нагрузки. Ломаное очертание поверхности мембраны 2 и растянутых элементов шпренгеля 7 выбрано с целью обеспечения необходимой стабилизации покрытия.
Монтаж конструкций покрытия ведется обычным методом: путем подъема готовых панелей и установки их в исходное положение грузоподъемными механизмами.
Применение в опорном контуре панелей одного продольного жесткого стержня 3 ломаного очертания, двух боковых предварительно напряженных гибких элементов 6 и предварительно напряженной мембраны, расположенной выше продольного жесткого стержня на расстоянии, равном 1/30-1/50 пролета панели, является условием повышения эксплуатационной надежности покрытия путем снижения концентрации напряжений в мембране, изменения характера работы и усилий опорного контура, снижения его материалом кости и упрощения монтажа связевых элементов.
Изобретение обеспечивает сокращение примерно на 15-20% расхода основных строительных материалов и трудозатрат на возведение покрытия.
1. Многопролетное мембранное покрытие, состоящее из опертых по углам и соединенных между собой панелей, каждая из которых включает опорный контур, прикрепленную к нему по периметру предварительно напряженную мембрану и пространственный шпренгель, отличающееся тем, что опорный контур состоит из боковых гибких элементов и соединенных с ними торцевых поперечных балок, а каждая панель дополнительно снабжена соединенными между собой, с боковыми гибкими элементами и пространственным шпренгелем центрально расположенным продольным жестким стержнем ломанного очертания и средними поперечными балками, при этом пространственный шпренгель прикреплен в углах панели к концам торцевых поперечных балок и боковых гибких элементов, а в середине панели - к центрально расположенной поперечной балке и продольному жесткому стержню ломанного очертания, мембрана выполнена предварительно напряженной после предварительного напряжения боковых гибких элементов и расположена в середине панели выше продольного жесткого стержня ломаного очертания на расстоянии равном 1/30-1/50 пролета панели.
2. Многопролетное мембранное покрытие по п.1, отличающееся тем, что продольный жесткий стержень выполнен с изломами в середине пролета панели.
