Сборная сферическая оболочка
Владельцы патента RU 2564545:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" (RU)
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве сборной сферической оболочки. Технический результат изобретения - упрощение изготовления и монтажа оболочки. Сферическая оболочка содержит шестиугольные панели, разнотипные марки которых одинаковым образом расположенные в пределах секторов, имеющих общую вершину на панели, выполненной в виде правильного шестиугольника. Неправильные шестиугольные панели, имеющие убывающие размеры от вершины секторов к периферии, образуют одинаковые ряды разнотипных марок, повернутые в пределах каждого сектора на одинаковый угол относительно оси, проходящей через центр сферы и перпендикулярной плоскости симметрии сектора. В пределах секторов, составляющих 120°, шестиугольные панели выполнены с несущим каркасом из ребер-ригелей и узловых элементов, а также с углами, описанными окружностями со своими радиусами из центров панелей, которые лежат на сфере. Углы трех смежных панелей соединены и расположены в точке, где расположен узловой элемент. Панели в виде правильного шестиугольника с центрами на осях секторов выполнены одного радиуса; панели в виде неправильных шестиугольников, частично или полностью расположенные в пределах секторов, равноудаленные от осей секторов, имеют равные радиусы-ребра и длины сторон-ребер. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве сборной сферической оболочки покрытий зданий различного назначения, а также для устройства сферических отражателей в зеркальных антеннах и концентраторах энергии.
Известна сборная сферическая оболочка из шестиугольных панелей, разнотипные марки которых одинаковым образом расположены в пределах секторов, имеющих общую вершину в центре панели, выполненной в виде правильного шестиугольника, каждая панель в плане состоит из двух состыкованных по длинным основаниям равнобоких трапеций, боковые стороны которых для всех марок панелей равны, а основания имеют убывающую длину от центральной панели к периферии, причем панели, сопряженные меньшими основаниями трапеций, образуют одинаковые ряды разнотипных марок, повернутые в пределах каждого сектора на одинаковый угол относительно оси, проходящей через центр сферы и перпендикулярной плоскости симметрии сектора (SU 1321794, МПК E04B 7/10, опубл. 07.07.1987).
Недостатком известного решения является сложность и материалоемкость узловых соединений разнотипных панелей, обусловленная тем, что в каждом узле сходится более трех трапециевидных панелей, каждая из которых имеет свое собственное направление в пространстве и свои размеры. Получение плоских трапеций шестиугольных панелей возможно только у панелей, выполненных в виде правильных или симметричных шестиугольников, расположенных на главных линиях-окружностях, проходящих через вершину секторов, или на главных линиях, перпендикулярных к границам секторов, в виде осей правильных шестиугольников одного размера.
Технический результат заключается в упрощении изготовления и монтажа сборной сферической оболочки за счет снижения числа типоразмеров панелей и элементов, а также уменьшения числа соединяемых монтажных элементов, а также в обеспечении необходимой точности монтажа, возможности производить укрупнительную сборку элементов сборной сферической оболочки, и соответственно, в повышении надежности работы конструкции.
Сущность изобретения заключается в том, что сборная сферическая оболочка содержит шестиугольные панели, разнотипные марки которых одинаковым образом расположены в пределах секторов, имеющих общую вершину на панели, выполненной в виде правильного шестиугольника, неправильные шестиугольные панели имеют убывающие размеры от вершины секторов к периферии, образуют одинаковые ряды разнотипных марок, повернутые в пределах каждого сектора на одинаковый угол относительно оси, проходящей через центр сферы и перпендикулярной плоскости симметрии сектора, в пределах секторов, составляющих углы 120°, шестиугольные панели выполнены с несущим каркасом из ребер-ригелей и узловых элементов, а также с углами, описанными окружностями со своими радиусами из центров панелей, которые лежат на сфере, углы трех смежных панелей соединены и расположены в точке пересечения соответствующих трех окружностей, где расположен узловой элемент, панели, выполненные в виде правильного шестиугольника, с центрами на осях секторов выполнены одного радиуса, панели в виде неправильных шестиугольников, частично или полностью расположенные в пределах секторов, равноудаленные от осей секторов, могут иметь равные радиусы-ребра и длины сторон-ребер. На осях секторов, составляющих углы 60°, могут быть выполнены шестиугольные панели в виде правильных шестиугольников, которые чередуются с панелями в виде неправильных шестиугольников, при этом на осях секторов лежат стороны этих панелей, также панели в виде неправильных шестиугольников выполнены на
дополнительных осях, перпендикулярных осям секторов. Шестиугольные панели могут быть выполнены с незавершенным каркасом в виде трех треугольных призм, собранных из сквозных ригелей и узловых элементов-стоек, узловые элементы-стойки для соединения каркаса по углам выполнены в виде трубы с отверстиями, обеспечивающими соединения ригелей в шестиугольный каркас под углами 52-68°, торцевые элементы ригелей соединяют с узловым элементом-стойкой через шайбы-прокладки регулируемой толщины на болтах.
Сущность сборной сферической оболочки поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен вид сверху сборной сферической оболочки с тремя секторами в плане, составляющими 120°; на фиг. 2 - вид сбоку сборной сферической оболочки с тремя секторами в плане, составляющими 120°; на фиг. 3 - вид сверху сборной сферической оболочки с шестью секторами в плане, составляющими 60°; на фиг. 4 - вид сбоку сборной сферической оболочки с шестью секторами в плане, составляющими 60°, на фиг. 5 - вид сборной сферической оболочки из шестиугольных панелей с незавершенным каркасом; на фиг. 6 - вид шестиугольной панели с незавершенным каркасом (показаны связи, а треугольные панели ограждения условно не показаны); на фиг. 7 - разрез и вид сбоку шестиугольной панели; на фиг. 8 - узлы А и Б шестиугольной панели.
Сборная сферическая оболочка (фиг. 1, 2) содержит шестиугольные панели 1, разнотипные марки которых одинаковым образом расположены в пределах секторов 2, имеющих общую вершину 3 сферы на панели, выполненной в виде правильного шестиугольника 4, неправильные шестиугольные панели 1 имеют убывающие размеры от вершины 3 секторов 2 к периферии. В пределах секторов 2, составляющих углы, кратные 60°, а именно 120°, т.е. кратных 60°, шестиугольные панели 1 и 4 выполнены с несущим каркасом из ребер-ригелей 5 и узловых элементов 6, а также с углами 7, описанными окружностями 8 со своими радиусами из центров 9 панелей 1 и 4, которые лежат на сфере, углы 7 трех смежных панелей 1 и 4 соединены и расположены в точке пересечения 6 соответствующих трех окружностей 8, где расположен узловой элемент 6. Панели, выполненные в виде правильного шестиугольника 4, с центрами 9 на осях 10 секторов 2 выполнены одного радиуса, панели в виде неправильных шестиугольников 1, частично или полностью расположенные в пределах секторов 2, равноудаленные от осей 10 секторов 2, могут иметь равные радиусы-ребра 5 и длины сторон-ребер 5.
В сборной сферической оболочке (фиг. 3, 4) на осях 10 секторов 2, составляющих углы 60°, могут быть выполнены шестиугольные панели в виде правильных шестиугольников 4, которые чередуются с панелями в виде неправильных шестиугольников 1. На осях 10 секторов 2 лежат стороны панелей 1 и 4, также панели в виде неправильных шестиугольников 1 выполнены на дополнительных осях 11, перпендикулярных осям 10 секторов 2.
Сфера (фиг. 5), образованная семью рядами шестиугольных панелей 1 с расположенными на осях 10 и дополнительных осях 11 правильными шестиугольными панелями 4, состоит из элементов в виде сторон-ребер 5 18-ти типоразмеров, а монтаж осуществляется шестиугольными панелями 1 7-ми типоразмеров.
Треугольные панели ограждения условно не показаны, но пунктиром показаны отсутствующие шесть связей-распорок 12 и три ригеля 5. В сборной сферической оболочке (фиг. 5-8) шестиугольные панели 1 или 4 могут быть выполнены с незавершенным каркасом 13 в виде трех треугольных призм 14, собранных из сквозных ригелей 5 и узловых элементов-стоек 6. Узловые элементы-стойки 6 для соединения каркаса по углам 7 выполнены в виде трубы 6 с отверстиями 15, обеспечивающими соединения ригелей 5 в шестиугольный каркас 13 под углами 52-68° (близкими к 60°). Торцевые элементы 16 ригелей 5 соединяются с узловым элементом-стойкой 6 через шайбы-прокладки 17 регулируемой толщины на болтах 18.
Монтаж сборной сферической оболочки покрытия зданий из шестиугольных панелей 1 и 4 начинается с укрупнительной сборки панелей 1 и 4. Собираются по схеме оболочки незавершенные каркасы панелей 1 и 4 из ригелей 5 и узловых элементов-стоек 6, при этом недостающие узловые элементы-стойки 6 и ригели 5 располагаются по часовой стрелке. Незавершенный каркас раскрепляется связями 12 по нижним и верхним поясам ригелей 5, как показано на фиг.5, и, возможно, треугольными панелями ограждения. Монтаж оболочки производится установкой их в проектное положение раскреплением панелей 1 и 4 по периметру купола, начиная с основания и завершая панелью 4 на вершине 3. При монтаже небольшая часть узловых элементов-стоек 6 в незавершенном каркасе панелей 1 и 4 служит для монтажной жесткости панелей 1 и 4 и отсоединяется в процессе монтажа купола. Демонтаж оболочек происходит в обратном порядке: вначале снимаются отделочные элементы, снимаются панели 4 и 1, затем разъединяются несущие каркасы путем развинчивания гаек болтов 18 и снятия узловых элементов-стоек 6 по углам 7 панелей 1 и 4.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет упростить изготовление и монтаж сборной сферической оболочки за счет снижения числа типоразмеров панелей и элементов, а также уменьшения числа соединяемых монтажных элементов, обеспечить необходимую точность монтажа за счет конструктивного решения стоек и за счет прокладок, производить укрупнительную сборку элементов сборной сферической оболочки и повысить надежность работы конструкции всего покрытия.
1. Сборная сферическая оболочка, содержащая шестиугольные панели, разнотипные марки которых одинаковым образом расположены в пределах секторов, имеющих общую вершину на панели, выполненной в виде правильного шестиугольника, неправильные шестиугольные панели имеют убывающие размеры от вершины секторов к периферии, образуют одинаковые ряды разнотипных марок, повернутые в пределах каждого сектора на одинаковый угол относительно оси, проходящей через центр сферы и перпендикулярной плоскости симметрии сектора, отличающаяся тем, что в пределах секторов, составляющих 120°, шестиугольные панели выполнены с несущим каркасом из ребер-ригелей и узловых элементов, а также с углами, описанными окружностями со своими радиусами из центров панелей, которые лежат на сфере, углы трех смежных панелей соединены и расположены в точке пересечения соответствующих трех окружностей, где расположен узловой элемент, панели, выполненные в виде правильного шестиугольника, с центрами на осях секторов выполнены одного радиуса, панели в виде неправильных шестиугольников, частично или полностью расположенные в пределах секторов, равноудаленные от осей секторов, имеют равные радиусы-ребра и длины сторон-ребер.
2. Сборная сферическая оболочка по п. 1, отличающаяся тем, что на осях секторов, составляющих 60°, могут быть выполнены шестиугольные панели в виде правильных шестиугольников, которые чередуются с панелями в виде неправильных шестиугольников, при этом на осях секторов лежат стороны этих панелей, также панели в виде неправильных шестиугольников выполнены на дополнительных осях, перпендикулярных осям секторов.
3. Сборная сферическая оболочка по пп. 1-2, отличающаяся тем, что шестиугольные панели могут быть выполнены с незавершенным каркасом в виде трех треугольных призм, собранных из сквозных ригелей и узловых элементов-стоек, при этом узловые элементы-стойки для соединения каркаса по углам выполнены в виде трубы с отверстиями, обеспечивающими соединения ригелей в шестиугольный каркас под углами 52-68°, торцевые элементы ригелей соединяют с узловым элементом-стойкой через шайбы-прокладки регулируемой толщины на болтах.
