Przedmiotem wynalazku jest struktura pokrycia w ksztalcie kopuly, utworzona z elementów meta¬ lowych, stosowana do zadaszenia urzadzen sporTo- wych, przemyslowych lub rolniczych.Znana jest z patentu amerykanskiego nr 3 287 864 struktura pokrycia w ksztalcie kopuly utworzo¬ nej przez ruszt z belek nosnych w ksztalcie luku.Kopula zawiera wewnetrzne szeregi belek i zew¬ netrzne szergi belek usytuowane prostopadle do szeregów wewnetrznych. W miejscach krzyzowania sie belek dwóch szeregów sa one wzajemnie pola¬ czone. Szereg zewnetrznych belek ma sztywne przekrycie dachowe, zas szereg wewnetrznych be¬ lek jest przekryty elementami o konstrukcji nie¬ zbyt sztywnej. Przekrycie belek zewnetrznych jest polaczone z przekryciem belek wewnetrznych.Taka struktura pokrycia ma wady, gdyz wszyst¬ kie luki sa poddawane zewnetrznym, zmiennym obciazeniom i wskutek tego sa skrecane i zginane.Wymaga wiec taka konstrukcja bardzo mocnych luków wykonanych z grubego materialu konstruk¬ cyjnego. • Celem wynalazku jest opracowanie struktury po¬ krycia o lzejszej konstrukcji i lepiej przenoszacej rózne obciazenia.W strukturze pokrycia w ksztalcie kopuly za¬ wierajacej dwa prostopadle do siebie rzedy, leza¬ cych obok siebie belek w ksztalcie luku o jedna¬ kowym promieniu, z których belki jednego rzedu sa polaczone z belkami drugiego rzedu, zgodnie z wynalazkiem, wszystkie plaszczyzny w których leza belki nosne w ksztalcie luku, przecinaja sie jako proste i krzyzuja sie w punkcie srodkowym* kuli, której czesc stanowi kopule struktury pokry- cia. Belki nosne sa zakotwione koncami we wspie¬ rajacym sie na gruncie pierscieniu fundamentowym z metalu lub zbrojonego betonu. Belki nosne dru¬ giego rzedu, umieszczone nad belkami pierwszego " rzedu, sa naprezone przez sciagniecie w pierscie- niu fundamentowym tak, ze belki pierwszego rzedu sa pod ich naciskiem oparte na pierscieniu fundamentowym.Ta struktura o ksztalcie kopuly utworzonej z dwóch szere^w sprezonych belek, zamocowa¬ nych na koncach i stanowiacych wsparcie dla przekrycia wytrzymuje znaczne obciazenia zew¬ netrzne oraz inne obciazenia sciskajace i zgina¬ jace, skupione w jednym punkcie.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dach w ksztalcie kopuly, w widoku z boku, fig. 2 — strukture pokrycia w widoku z boku, fig. 3 — pierwszy zestaw belek nosnych, schematycznie, fig. 4 — drugi zestaw belek nos¬ nych, schematycznie, fig. 5 — strukture pokrycia w widoku z góry, fig. 6 — zamocowanie konca belki pierwszego szeregu, w przekroju, fig. 7 — zamocowanie belek drugiego szeregu, w przekroju, fig. 8 — inny przyklad wykonania struktury pu- 93 9143 krycia, w widoku z góry, fig. 9 — plaszczyzny belek w innym przykladzie wykonania.Struktura pokrycia zawiera pierwszy szereg be¬ lek 1 w ksztalcie luku o róznej dlugosci, ale o ta¬ kich samych promieniach krzywizn, to znaczy o krzywiznach odpowiadajacych obwodowi kuli (fig. 3), lezacych w plaszczyznach, przecinajacych sie jako proste P przechodzace przez srodek Rkuli, której promien odpowiada promieniowi wykony¬ wanej kopuly. Struktura ta zawiera ponadto drugi szereg belek 2 w ksztalcie luku, o charakterystyce podobnej do charakterystyki pierwszego szeregu belek, rozmieszczonych dookola nich w plaszczy¬ znach promieniowych (fig. 4), ktcre przecinaja sie jpk^proste P' przechodzace takze przez srodek R Kufi o promieniu odpowiadajacym promieniowi wykonywanej kopuly, ale w plaszczyznie obróconej pod katem 90° w stosunku do plaszczyzny P pierwszego szeregu belek (fig. 4).Konce belek 1 pierwszego szeregu sa zamoco¬ wane w pierscieniu fundamentowym 3 ze stali albo zbrojonego betonu, spoczywajacym na gruncie (fig. 6). Konce belek 2 drugiego szeregu sa usy¬ tuowane dookola nich i umocowane (fig. 7) w piers¬ cieniu fundamentowym 3 za pomoca regulowanych zlacz 4 tak, aby mogly przenosic sily rozciagajace, które wystapia w postaci sil naprezajacych belki 1 pierwszego szeregu.Belki 1 i belki 2 szeregów pierwszego i drugiego sa wykonane z rur o przekroju kolowym albo prostokatnym, badz wielobócznyrn. Szereg belek 2 jest umieszczony na szeregu belek 1 i zapewnia, po ich polaczeniu ostatecznym na przyklad przez zespawanie, albo w inny stosowny sposób, po¬ trzebna sztywnosc struktury.Struktura w ksztalcie kopuly jest wiec utworzo¬ na przez pierwszy szereg belek nosnych 1 podlega¬ jacy silom sciskajacym i przez drugi szereg belek 2 poddanych naprezeniom rozciagajacym. Otrzymuje sie w ten sposób dwa szeregi belek rozmieszczo¬ nych w róznych plaszczyznach i przecinajacych sie.Struktura tworzaca ruszt metalowy tak uzyskany,, moze byc korzystnie uzupelniona przez zalanie betonem, w celu osiagniecia sztywnosci rusztu i po¬ kryta na calej powierzchni 5 materialami tego rodzaju jak dachówka karbowana, warstwa izola¬ cyjna i warstwa asfaltu (fig. 6).Belki 1 i 2 struktury maja wymiary przystoso¬ wane nie tylko do obciazenia sciskajacego, ale tak¬ ze uwzgledniajacego sily zginajace i obciazenia skupione w jednam punkcie. Dzieki opisanej kon¬ strukcji rusztu belki pod obciazeniem, to znaczy belki 2 drugiego szeregu, eliminuja calkowicie w pierwszym szeregu belek 1 bedacych pod obcia¬ zeniem, sily zginajace i sily skupione w jednym punkcie, pozostawiajac im jedynie przenoszenie sil sciskajacych.Regulujac odpowiednio naciag drugiego szeregu belek 2, mozna osiagnac obciazenie pierwszego szeregu belek 1 wynikajace jedynie z obciazen ze¬ wnetrznych powstalych na skutek opadów sniegu i wiatru. Inaczej mówiac, drugi szereg belek 2 wy¬ woluje w pierwszym szeregu belek 1 sily zewne¬ trzne, co najmniej takie same albo wieksze od sil wystepujacych na skutek przypadkowych ze- {914 4 wnetrznych obciazen i ciezaru wlasnego struktury.Tak wiec podczas, gdy pierwszy szereg belek nosnych 1 jest na ogól sciskany, drugi szereg belek 2 bedzie odciazany.Przy przeciazeniu powstalym na skutek obcia¬ zenia zewnetrznego od sniegu lub wiatru, belki nosne 1 powinny byc bardziej scisniete, bowiem sa juz poddane wstepnym silom sciskajacym. Ale to sprawdzi sie tylko wówczas, gdy po zwiekszeniu obciazenia zewnetrznego, stwierdzi sie skrócenie belek 1 w mysl teorii sprezystosci Hooka, zgodnie z która zmniejszenie sie dlugosci mozna wyrazic -pi zaleznoscia: A 1 = podczas, gdy zaleznosc ta dla belek 2 bedzie miala postac: A 1= , gdzie E • A P stanowi obciazenie, 1 — dlugosc elementu, A — jego przekrój i E — modul sprezystosci.Wartosc modulu sprezystosci w obydwu przy- padkach bedzie oczywiscie jednakowa, bowiem belki obydwu szeregów sa wykonane z takiego samego materialu. Wykonujac rachunek okazuje sie, ze wywolujac wstepne sily rozciagajace w bel¬ kach* 2 drugiego szeregu, odpowiadajace polowie calkowitego, zalozonego obciazenia zewnetrznego, na przyklad 100 kg/m2, szereg belek 2 przejmuje calkowicie sily rozciagajace podczas, gdy sily sciskajace wystepujace w szeregu belek 1 pozostaja paktycznie nie zmienione. Mozna w tym przypadku powiedziec, ze na skutek zwiekszenia nacisków ze¬ wnetrznych zmiany sil od wartosci maksimum do zera wystepuja jedynie w szeregu belek 2 pod¬ czas, gdy sily sciskajace pozostaja praktycznie nie zmienione w szeregu belek 1. Wypelnienie rusztu metalowego betonem pozwala korzystnie zmniej¬ szyc prawie o polowe obciazenie sciskajace, a wiec zmniejsza koszt uzytych materialów metalowych biorac pod uwage, ze beton moze przeniesc okolo polowy obciazen sciskajacych wystepujacych 40 w strukturze pokrycia. W wyniku tego, struktura metalowa albo metalowo-betonowa w porównaniu z tradycyjnymi strukturami metalowymi, w których wystepuja sily zginajace i obciazenia skupione w jednym punkcie, ma przy tej samej pokrytej 45 powierzchni ciezar zmniejszony o 1/10 podczas gdy struktura z betonu zbrojonego ma ciezar mniejszy o 1/100.Takie same wyniki mozna osiagnac wówczas, gdy struktura jest wykonana z szeregu belek 50 nosnych 1 i szeregu lin stalowych zastepujacych szereg belek 2. Inaczej mówiac jest wiec mozliwe skonstruowanie kopuly z belkami nosnymi ze stali utworzonymi z elementów rurowych, do przenie¬ sienia obciazenia skupionego i z pretami metalo- 55 wymi tworzacymi pomocnicza konstrukcje nosna.Uzyskuje sie w ten sposób oszczednosci materia¬ lu i kosztów, a to dzieki temu, ze montaz elemen¬ tów na ziemi jest bardzo szybki. Dzieki lekkosci konstrukcji mozna wykonywac struktury o bardzo 60 duzych wymiarach i o srednicy rzedu dziesiatków metrów, to znaczy struktury, których wykonanie byloby niemozliwe w przypadku belek ze zbrojo¬ nego betonu, a bardzo trudne z pelnych belek me¬ talowych. 65 Fundament lub teren, na którym ustawia sie ko-5 pule moze 'miec rozne ksztalty, na przyklad ksztalt okregu, elipsy, albo wielokata, a plaszczyzna, która przecina kule, tworzaca kopule, moze byc obnizana az do srodka kuli, umozliwiajac wykonanie struk¬ tury pokrycia w ksztalcie pólkuli.Pierscien runcimentowy 3, w którym sa umoco¬ wane belki obydwu szeregów jest poddany dziala¬ niu sily o dwóch skladowych. W czesci funda¬ mentu, w której sila dziala z dolu, do góry, zrów¬ nowazenie jej bedzie zapewnione przez ciezar wlasny pierscienia mocujacego, al!5o jezeli zajdzie potrzeba przez uzycie balastu podczas, gdy zrówno¬ wazenie skladowych sil poziomych powstajacych w szeregach belek 1 i 2, bedzie zapewnione przez zamocowanie fundamentu w gruncie. Lekkosc ze¬ spolów struktury wedlug wynalazku ulatwia jej. transport na szynach lub kolach przy zmianie po¬ lozenia przekrycia dachowego.W innym przykladzie wykonania,, struktura wedlug wynalazku (fig. 8 i 9) zawiera szereg jedna¬ kowych belek 10 rozmieszczonych na lukach, prze¬ cinajacych sie na wierzcholku kopuly i w srodku z pierwszym szeregiem belek 1', rozmieszczonych na liniach zbieznych przecinajacych sie na linii po¬ ziomej i drugi szereg belek 2', rozmieszczonych w plaszczyznach przecinajacych sie na linii pozio¬ mej przecinajacej sie pod katem 90° ze zbiezna linia pozioma belek 1'. Obydwa szeregi belek 1' i 2' stanowia rozwiazanie przedstawione na fig. 5.W oparciu o rachunek, przez rozmieszczenie przestrzenne opisanych elementów mozna wykonac kopuly, w których belki drugiego szeregu sa rów¬ niez poddane silom sciskajacym. 3 914 6 PL