LV12191B - Kompozītpārseguma konstrukcija - Google Patents

Description

KOMPOZĪTPĀRSEGUMA KONSTRUKCIJA Izgudrojuma apraksts

Izgudrojums pielietojams celtniecībā civilo, sabiedrisko, sporta un cita veida būvju pārsegumu veidošanā. Šāda tipa pārsegumus var izmantot ari būvlaukumu nosegšanai celtniecības laikā. Par kompozītpārseguma nesošiem elementiem kalpo stiepē noslogotas divos virzienos orientētas vantis. Vantīm piestiprināti nesošie veidņi, kurus veido dekoratīvi saplākšņi ar hiperboliskā paraboloīda (sedlveida) virsmai atbilstošu formu. Uz veidņiem uzklāts putumateriāla segums, kas nodrošina labu termoizolāciju un palielina pārseguma bīdes pretestību liecē. Putu segums pārklāts ar stikla auduma tīklu, kas kopā ar mastiku veido hidroizolācijas slāni un arī uzņem normālos lieces spriegumus.

Vispārzināmi ir ļoti dažādi pārsegumu konstrukciju tipi. Hiperboliskā paraboloīda formas pārsegumu konstrukcijas patentētas ASV, Francijā, Vācijā un citās valstīs [1,2,3]. Tām raksturīgs liels laidums bez vai ar kolonnu tipa balstiem. Nesošie elementi ir vantis, kuras slogotas stiepē. Atbalsta kontūrs iespējams gan noslēgts [1], gan nenoslēgts [2], gan stings [1,3], gan padevīgs. Vanšu tīkls pārsegts ar plānu pārklāju vai atsevišķiem speciāliem pārseguma elementiem. Zināmās kompozītpārsegumu konstrukcijās virs vanšu tīkla (vai ietverot vanšu tīklu kompozītpārseguma) izmantots slāņains materiāls, kas nodrošina samērā labu termoizolāciju, aizsargā no ārējo faktoru iedarbības un ar samērā lielo pašsvaru nodrošina pārseguma formas stabilitāti.

Ir zināms [6] liektu un/vai vērptu daudzslāņu lokšņveida sagatavju uz koksnes bāzes izgatavošanas paņēmiens, kas ietver:

- sagataves vai detaļas slāņu materiālu izvēli, uzdodot to elastības konstantes (elastības moduļus, Puasona koeficientus, bīdes moduļus), uzbriešanas, izplešanās, sarukšanas koeficientus;

- sagataves vai detaļas formu noteicošo parametru izvēli, uzdodot slāņu skaitu un biezumu, kā ari to savstarpējo orientāciju attiecībā pret pieņemto koordinātu sistēmu;

- sagataves vai detaļas slāņu paketes formēšanu, veicot nepieciešamības gadījumā slāņu priekšapstrādi (mitrinot, žāvējot, piesūcinot, karsējot, tvaicējot, apstrādājot ar ķīmiskām vielām utt.>;

- līmēšanas paņēmiena izvēli (ar vai bez karsēšanas), presējot starp horizontālām plātnēm;

- sagataves vai detaļas kondicionēšanu;

raksturojas ar to, ka pirms sagataves vai detaļas veidošanas:

- prognozē un izskaitļo gatavās sagataves formu raksturojošos parametrus (liekumus k _n k₂un vērpumu k₆);

- atkarībā no izskaitļotajiem sagataves formu raksturojošiem parametriem, ja izskaitļotās liekumu un vērpuma vērtības atšķiras no uzdotajām vairāk par atļautajām pielaidēm, koriģē sagatavju vai detaļu slāņu izvēli un/vai paketes veidošanas nosacījumus, pie kam paņēmienam ir vairāki realizācijas varianti:

1111 II II 1

- formas parametrus koriģētajai sagatavei izskaitļo atkārtoti un papildus iegūtai sagatavei nosaka eksperimentāli uzdotajos temperatūras un mitruma apstākļos;

sagataves/detaļas formu koriģē, mainot sagataves salīmēšanas temperatūru un mitruma režīmu;

- pēc izņemšanas no preses sagataves formu stabilizē, kondicionējot klimatiskos apstākļos, kas tuvi sagataves ekspluatācijas apstākļiem;

- pēc kondicionēšanas veic sagataves precīzu apstrādi un iegūto detaļu pārklāj ar mitrumu aizturošu slāni, lai novērstu formas izmaiņas mitruma ietekmē.

Ar aprakstīto paņēmienu iegūtās sagataves/detaļas ir izmantojamas pārseguma konstrukciju veidošanai, kuru virsmai ir hiperboliskā paraboloīda forma.

Par prototipu izvēlēts darbā [4, 69.,70. Ipp.] aprakstītais pārsegums, kas iekārts vantīs un sastāv no vairākiem slāņiem: par veidni kalpo plāna betona čaula (biezums 1,5-2 cm), kura armēta ar tērauda sietu; virs betona čaulas siltumizolācijai uzklāts gāzbetona slānis (blīvums 400-700 kg/m³ ); virs tā ir hidroizolācijas slānis no lokšņveida jumta skārda vai bituma mastikas. Šāda tipa sedlveida pārsegumu izgatavošanas tehnoloģijas neatņemama sastāvdaļa ir vanšu tīkla iepriekšslogošana, lai vantīs radītu stiepes spriegumus. Slogošanai parasti izmanto balastu, kuru pēc pārseguma izveidošanas noņem [5, 96.,97 Ipp.].

Galvenie zināmo pārsegumu trukumi ir tādi, ka minētajās pārsegumu konstrukcijās nav izdevies nodrošināt labu formas noturību, termo- un hidroizolāciju, ievērojami nepalielinot konstrukcijas pašsvaru, kā arī vienkāršot visumā sarežģīto un darbietilpīgo izgatavošanas tehnoloģiju.

Izgudrojuma mērķis - radīt pārseguma konstrukciju ar mazu pašsvaru, ar labām termo- un hidroizolācijas īpašībām, saglabājot labu formas noturību, stingumu, kas ir tehnoloģiski vienkārši izgatavojams uz vietas, piemēram, būvlaukumā.

Izgudrojuma būtība

Kompozītpārseguma konstrukcija, kura virsmai ir hiperboliskā paraboloīda forma un kuru veido divos virzienos orientētas stiepē slogotas vantis, kuras piestiprinātas bortelementiem, pie kam vantis ir saistītas ar slāņainu materiālu, kuru veido pie vantīm piestiprinātie nesošie veidņi, termoizolējošais slānis un hidroizolējošais pārklājums, izveidota tā, ka kompozītpārseguma nesošie veidņi sastāv no strukturāli nebalansētu daudzslāņu lokšņveida materiālu paneļiem uz koksnes bāzes ar pārseguma virsmas profilam atbilstošu formu, kurus izgatavo pirms kompozītpārseguma veidošanas.

Piedāvāti vairāki izgudrojuma realizācijas varianti:

- veidņi izgatavoti no daudzslāņu lokšņveida paneļiem uz koksnes bāzes saskaņā ar LV patentu Nr 12104;

hei mn i.

- nesošie veidņi sastāv no divās kārtās izvietotiem augstāk minētiem paneļiem, kuri konstruktīvi var būt atšķirīgi; virsējā kārta veidota no paneļiem (virsējie), kuri ir aprīkoti ar saitēm tiešai paneļu stiprināšanai pie vantīm šahveidīgi, pie kam paneļi izvietoti tā, lai to ģeometriskie centri atrastos zem vanšu krustpunktiem;

- konstrukcija papildus aprīkota ar analogas formas (kā attiecīgiem virsējiem) lokšņveida paneļiem (apakšējie), kas piestiprināti iepriekš izveidotajai paneļu kārtai no apakšas, piemēram, ar skrūvēm vai tamlīdzīgi, tā, lai nosegtu atsevišķus logus;

- konstrukcija no augšas nosegta ar termoizolējošo slāni, kas izveidots no materiāla ar mazu tilpumsvaru un minimālu siltumvadāmību, piemēram, no putu poliuretāna;

- konstrukcija no augšas nosegta ar hidroizolējošu slāni, piemēram, stikla auduma tīklu, kas noklāts ar poliestera mastiku.

Piedāvātā kompozītpārseguma konstrukcijas shēma pretskatā (a) un virsskatā (b) parādīta 1. attēlā, kur vanšu tīkls izveidots no divos virzienos orientētām nesošām (1) un slogojošām (2) vantīm. Vantis mezglu punktos savienotas ar saitēm (3), kuras pieļauj savstarpēju vanšu pārvietošanos. Viens no vanšu savienojuma variantiem parādīts 3. attēlā. Šajā variantā saite ir izveidota kā U-veida skava (3), kura uzmaukta uz slogojošās vants (1) un tās gali apliekti ap nesošo vanti (2). Vanšu gali piestiprināti pie vadvantīm (bortelementiem) (4), kuras veido padevīgu kontūru (skat.1 .att.). Vadvantis savukārt saistītas ar kolonnām (5) un/vai enkuriem (6). Kolonnu galos ir atsaites (7), kuru garumu var regulēt un tādējādi nodrošināt vanšu tīkla nospriegojumu. Zem vanšu tīkla tā mezglu punktos noteiktā secībā izvietoti virsējie paneļi (8), kas ar speciālām saitēm (9) piestiprināti pie vantīm. Šie paneļi ir izgatavoti no strukturāli nebalansēta daudzslāņu lokšņveida materiāla uz koksnes bāzes un tiem ir hiperboliskā paraboloīda virsma. Virsējo paneļu (8) izvietojuma shēma dota 2. attēlā, kur to kontūras ievilktas ar nepārtrauktām līnijām. Variants, kā virsējo paneli (8) piestiprina pie slogojošās vants, parādīts 4. attēlā. Paneļu (8) malu garums ir nedaudz lielāks par vanšu veidotā tīkla kvadrātu malu garumu. Starp virsējiem paneļiem un vantīm ir ķīļi (10), kas nodrošina pārseguma bāzes virsmas izlīdzināšanu. Pie virsējiem paneļiem ar skrūvēm vai citādā veidā piestiprināti apakšējie paneļi (11), kuru kontūrlīnijas 2.attēlā parādītas ar pārtrauktu līniju. Apakšējo paneļu virsmas parametri atbilst ar tiem saistīto virsējo paneļu virsmu parametriem. Virsējie un apakšējie paneļi veido kompozītpārseguma apakšējo slāni un vienlaicīgi kalpo gan par nesošo elementu, gan par veidni putu segumam, gan par telpas griestiem. Putumateriāla segums (12) uzklāts vienmērīgā slānī tā, lai pilnībā nosegtu arī vantis un tā biezums atkarīgs no būves termoizolācijas prasībām. Virs putumateriāla seguma noklāts stikla auduma tīkls, kas kopā ar poliestera mastikas pārklājumu veido hidroizolējošu slāni un palielina pārseguma stingumu un stiprību (13).

ilī II II II

2. attēlā dota virsējo (8) un apakšējo (11) paneļu izvietojuma shēma.

3. attēlā parādīts slogojošo (1) un nesošo (2) vanšu savstarpēja savienojuma variants, ja par saiti izmanto U-veida skavu (3).

4. attēlā parādīts variants, kā virsējo paneli (8) piestiprina pie slogojošās vants.

Piedāvātā pārseguma konstrukcija raksturīga ar to, ka pārseguma formas stabilitāti nodrošina vanšu spriegojuma tehnoloģija, kas vienmēr nodrošina vantīs stiepes slodzi un, atšķirībā no zināmiem kompozītpārsegumiem, konstrukcijas pašsvars nelimitē tās formas stabilitāti. Šāda tipa pārsegumu konstrukcijas pielietojamas gan stacionāru jumtu veidošanai, gan būvlaukumu, sporta laukumu un kultūras pasākumu norises vietu nosegšanai. Jumta laidums un ģeometriskie parametri var mainīties diezgan plašās robežās.

Izgudrojuma realizācijas piemērs

Tehniskais uzdevums, jāizveido pārsegumu būvlaukumam, kura izmēri plānā ir 16x16 m; pārseguma virsma - hiperboliskais paraboloīds ar negatīvu Gausa liekumu; minimālais pārseguma augstums nosegtā laukuma centrā -2 m; maksimālais pārseguma augstums - pie kolonām - 4 m; uz pārsegumu iedarbojas pašsvara, sniega un vēja slodzes.

Aprēķinātā pārseguma pašsvara slodze - 0,27 kN/m², sniega slodze - 1,12 kN/m², vēja slodze - (-0,105 kN/m²), koncentrēta slodze nepārsniegs 0,12 kN. Maksimālā pārseguma centra izliece pie šāda slogojuma ir 0,156 m. Kompozītpārseguma, kas izveidots saskaņā ar izgudrojuma formulas 6. punktu un apmierina tehniskajā uzdevumā formulētās prasības, forma un izmēri parādīti

1. attēlā. Šāda pārseguma vantis saskaņā ar aprēķinu rezultātiem ir izvēlētas no AK-P tipa tērauda trosēm: nesošās vantis (skat. 2. att.) izvēlētas ar diametru

20,5 mm, stabilizējošās - ar diametru 18 mm, vadošās vantis jeb bortelementi ar diametru 65 mm. Kolonu augstums -4 m. Kolonas un enkuri izvietoti tāda kvadrāta stūros, kura malu izmēri ir 20 m. Stabilizējošās vantis plānā veido tīklu ar kvadrāta malu ~1,4 m un tās nospriegotas pirms kompozītā pārseguma veidošanas.

Kompozītpārseguma konstrukcijas formu veidojošais slānis sastāv no divās kārtās izvietotiem pārseguma virsmas formai atbilstošiem ūdensdroša sešslāņaina lokšņveida materiāla paneļiem, kuru izmērs plānā ir ~ 1,6 x 1,6 m. Paneli veidoti no lobīta bērza slāņiem. Slānu biezums -1,5 mm. Slāni 1.,2.,3. ir orientēti vienā virzienā, bet 4.,5.,6. - pagriezti slāņu klāšanas plaknē attiecībā pret trim pirmajiem par 90°. Izmantoti divu veidu paneļi: virsējie (8) (skat. 2. att.) un apakšējie (11)(skat. 2. att.). Katrā virsējā panelī simetriski attiecībā pret paneļa centu izveidoti 4 urbumi skrūvju ievietošanai (skat. 4. att.). Pie šīm skrūvēm piestiprinātas saites, ar kurām paneļi piestiprināti vantīm. Virsējie paneļi izvietoti analogi kā šaha galdiņa vienas krāsas lauciņi un pa stūriem savstarpēji salāgoti (skat. 1. att.). Klājums izlīdzināts ar speciāliem ķīļiem (10) (skat. 4. att.). Apakšējie paneļi ar skrūvēm piestiprināti pie virsējiem paneļiem. Virsējie un apakšējie paneļi veido formveidojošo slāni, uz kura tiek uzsmidzināta ~ 10 cm in mg l bieza (skat. 3. att.) putupoliuretāna (blīvums 64 kg/m³) kārta (12). Putupoliuretāna slānis pārklāts ar stikla auduma sietu SSA-1313-5 trīs kārtās un poliestera mastiku (13) (skat. 3. att.). Vanšu atsaites nospriegotas tā, ka izveidojas hiperboliskā paraboloīda pārseguma forma.

Informācijās avoti:

1. ASV patents N° 4,581,860, kas izdots 1986.g. 15. aprīlī SADDLE-SHAPED CABLE DOME SYSTEM FOR LARGE SPAN LIGHTVVEIGHT ROOF STRUCTURES”.

2. Rietumvācijas patents N 15 59 274 C3, kas izdots 1975. g. 10. jūlijā ”Bauwerk mit einer an Stutzen aufgespannten Haut”.

3. ASV patents N° 4,858,397, kas izdots 1989.g. 22. augustā AIR-INFLATED HĪPERBOLIC PARABOLOIDAL ROOF”.

4. Ο. ΦρβΗ BliCaVUC nOKpblTM, ΗΧ φορ.ΜΜ H KOHCTpVKIļHH. Γοί'ϋΤρΟΗΗ,Ί^ΗΤ. M,

1960.,(prototips).

5. H. KtipcaHOB Brrcirate κ BaHTOBbie κοΗστργκριπί. ΟτροΐίΗ3/φτ. Μ., 1981.

6. LV patents Nr 12104 Liektu daudzslāņu lokšņveida sagatavju/detaļu uz koksnes bāzes izgatavošanas paņēmiens”, kas publicēts 20.09.1998. LR Patentu Valdes oficiālajā vēstnesī 9/1998.

Claims (6)

1. Kompozītpārseguma konstrukcija, kura virsmai ir hiperboliskā paraboloīda forma un kuru veido divos virzienos orientētas,stiepē slogotas, vantis, kuras piestiprinātas pie bortelementiem, pie kam vantis ir saistītas ar slāņainu materiālu, kuru veido pie vantīm piestiprinātie nesošie veidņi, termoizolējošais slānis un hidroizolējošais pārklājums, atšķiras ar to, ka kompozītpārseguma nesošie veidņi izveidoti no strukturāli nebalansētu daudzslāņu lokšņveida materiālu paneļiem uz koksnes bāzes ar pārseguma virsmas profilam atbilstošu formu, kuri izgatavoti pirms kompozītpārseguma veidošanas būvlaukumā.

2. Kompozītpārseguma konstrukcija saskaņā ar 1.punktu, kas atšķiras ar to, ka veidņi izgatavoti no daudzslāņu lokšņveida paneļiem uz koksnes bāzes saskaņā ar jebkuru LV patentā Nr 12104 formulēto izgudrojuma formulas punktu.

3. Kompozītpārseguma konstrukcija saskaņā ar 2.punktu, kas atšķiras ar to, ka nesošie veidņi izveidoti no divām kārtām daudzslāņu lokšņveida paneļu, kas konstruktīvi var būt atšķirīgi; virsējās kārtas paneļi ir aprīkoti ar saitēm paneļu tiešai stiprināšanai pie vantīm šahveidīgi, pie kam paneļi izvietoti tā, lai to ģeometriskie centri atrastos zem vanšu krustpunktiem.

4. Kompozītpārseguma konstrukcija saskaņā ar 3.punktu, kas atšķiras ar to, ka apakšējās kārtas lokšņveida paneļi piestiprināti iepriekš izveidotajai virsējai paneļu kārtai no apakšas, piemēram, ar skrūvēm vai tamlīdzīgi, tā, lai nosegtu atsevišķus logus.

5. Kompozītpārseguma konstrukcija saskaņā ar 4.punktu, kas atšķiras ar to, ka konstrukcija no augšas papildus ir nosegta ar termoizolējošo slāni, kas izveidots no materiāla ar mazu tilpumsvaru un minimālu siltumvadāmību, piemēram, putu poliuretāna materiāla.

6. Kompozītpārseguma konstrukcija saskaņā ar 5.punktu, kas atšķiras ar to, ka konstrukcija no augšas papildus nosegta ar hidroizolējošu slāni, piemēram, stikla auduma tīklu, kas noklāts ar poliestera mastiku.