RU2120525C1

RU2120525C1 - Space roof

Info

Publication number: RU2120525C1
Application number: RU97108950A
Authority: RU
Inventors: Л.В. Енджиевский; Ю.Д. Стрижаков; А.Ю. Марышев
Original assignee: Красноярская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: civil engineering; may be used as roofs of buildings and structures of various applications, including prefabricated ones. SUBSTANCE: space rood includes linear members of four-sided space bearing contour, flexible lines oriented parallel to one of diagonals of bearing contour and connected to it with their ends for tensioning, linear girders-spreaders oriented in plan parallel to two of opposite lying members of contour and attached with their ends to two main members, sheet rood deck. In this roof, girders-spreaders are suspended in intermediate points of span from flexible lines. Roof sheet deck is corrugated with variable corrugation spacing over sheet. Girders-spreaders and member of bearing contour parallel to them in plan are turned relative to each other in vertical plane at the same angle and provided with plates secured with inclination and spaced at a distance determined by the formula given in the invention description. EFFECT: increased strength and reduced deformation of space roof structure. 10 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в покрытиях зданий и сооружений, в том числе сборно-разборных. The invention relates to construction and can be used in coatings of buildings and structures, including collapsible.

Известно пространственное покрытие здания, включающее прямоугольный в плане опорный контур из жестких на изгиб прямолинейных элементов; гибкие нити (ванты), ориентированные по диагонали к опорному контуру и прикрепленные к нему своими концами; жесткие арки разной длины, установленные перекрестно гибким нитям своими пятами на элементы опорного контура и контактирующие с гибкими нитями по своей длине в местах пересечений; кровельный настил (см. Москалев Н. С. "Новые висячие покрытия" // Изв. ВУЗов. Строительство и архитектура. - 1972. - N 7, с. 5, рис. 1б). Known spatial coverage of the building, including a rectangular in plan support contour of rigid bending rectilinear elements; flexible threads (cables) oriented diagonally to the support contour and attached to it with their ends; rigid arches of different lengths, mounted cross-flexible threads on their heels on the elements of the support contour and in contact with the flexible threads along their length at the intersections; roofing (see N. Moskalev "New Hanging Coatings" // Izv. VUZov. Building and architecture. - 1972. - N 7, p. 5, Fig. 1b).

Недостатками этого покрытия являются повышенная деформативность опорного контура в плоскости покрытия из-за слабого поддерживающего эффекта от арок, допускающих упругие перемещения опорных частей в горизонтальном направлении при небольших усилиях, а также повышенная трудоемкость изготовления из-за криволинейности части конструктивных элементов покрытия. The disadvantages of this coating are the increased deformability of the support contour in the plane of the coating due to the weak supporting effect of the arches that allow elastic movements of the support parts in the horizontal direction with little effort, as well as the increased complexity of manufacturing due to the curvature of part of the structural elements of the coating.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является покрытие, состоящее из замкнутого пространственного опорного контура, две противоположные стороны которого имеют треугольное очертание с вершинами, соответственно направленными вверх и вниз, а две другие стороны - прямолинейное очертание; распорок, скрепляющих по концам обрамляющие элементы треугольного очертания; прогонов, примыкающих своими концами к местам переломов элементов обрамления; гибких нитей в виде стальных полос, ориентированных перпендикулярно прямолинейным элементам опорного контура и подвешенным к прогонам в третях их пролета; элементов ограждения (см. Давыдов Е.Ю., Нестеренко Н.Л. "Покрытие зданий из стальных гиперболических панелей". - Пром. строительство. - 1985. - N 9, с. 4-5, рис. 1). The closest technical solution to the invention is a coating consisting of a closed spatial reference contour, the two opposite sides of which have a triangular outline with vertices respectively pointing up and down, and the other two sides have a straight outline; spacers fastening at the ends framing elements of a triangular outline; runs adjacent to the fracture points of the framing elements; flexible threads in the form of steel strips oriented perpendicular to the rectilinear elements of the support contour and suspended from girders in thirds of their span; fencing elements (see. Davydov E.Yu., Nesterenko NL "Covering of buildings from steel hyperbolic panels". - Industrial construction. - 1985. - N 9, p. 4-5, Fig. 1).

Недостатки этой конструкции: плохая аэродинамическая форма, способствующая интенсивному накоплению снега из-за зигзагообразной поверхности крыши; повышенная деформативность, обусловленная малой жесткостью покрытия в середине пролета в сравнении с его приопорными зонами; низкая несущая способность из-за возможности восприятия изгибающих моментов только в одном направлении (исключена пространственная работа конструкции) и перегруженности работающих на изгиб прогонов от усилий, создаваемых подвешенными к ним растянутыми гибкими нитями. The disadvantages of this design: poor aerodynamic shape, contributing to the intensive accumulation of snow due to the zigzag surface of the roof; increased deformability due to the low stiffness of the coating in the middle of the span in comparison with its support zones; low bearing capacity due to the possibility of perceiving bending moments in only one direction (spatial work of the structure is excluded) and congestion of the runs working on bending from the forces created by stretched flexible threads suspended from them.

Цель изобретения - увеличение прочности и снижение деформативности конструкции. The purpose of the invention is to increase the strength and reduce the deformability of the structure.

Поставленная цель достигается тем, что в пространственном покрытии прогоны-распорки подвешены в промежуточных по пролету точках к гибким нитям, а кровельный тонколистовой настил выполнен профилированным с переменным по длине листа шагом гофр. При этом прогоны-распорки и параллельные им в плане элементы опорного контура развернуты по отношению друг к другу в вертикальной плоскости под углом и снабжены наклонно прикрепленными к ним пластинками с шагом, определяемым по формуле
C = S + 2Δ,
где
S - начальный шаг гофр в кровельном листе;
Δ - величина проекции пластинки на наклонный элемент, определяемая по формуле
Δ = L(1/cosα₁ - 1)2n,
где
L - проекция длины элемента опорного контура или прогона-распорки на горизонталь;
n - число гофр в листе;
α₁ - угол в вертикальной плоскости между последующим и предыдущим прямолинейными элементами, определяемый по формуле
α₁ = α(m - 1),
где
m - число параллельных в плане прямолинейных элементов, включая элементы опорного контура, при равном расстоянии в плане между ними;
α - угол в вертикальной плоскости между противолежащими элементами опорного контура.This goal is achieved by the fact that in the spatial coating, the spreader runs are suspended at intermediate points along the span to flexible threads, and the roofing sheet is profiled with a step of corrugations with a variable length of the sheet. In this case, the spacer runs and the parallel to them in terms of the elements of the support contour are deployed in relation to each other in a vertical plane at an angle and are equipped with inclined plates attached to them with a step determined by the formula
C = S + 2Δ,
Where
S is the initial step of the corrugations in the roofing sheet;
Δ is the value of the projection of the plate onto the inclined element, determined by the formula
Δ = L (1 / cosα ₁ - 1) 2n,
Where
L is the projection of the length of the element of the reference contour or spacer run on the horizontal;
n is the number of corrugations in the sheet;
α ₁ - the angle in the vertical plane between the next and previous rectilinear elements, determined by the formula
α ₁ = α (m - 1),
Where
m is the number of rectilinear elements parallel in plan, including elements of the reference contour, with an equal distance in plan between them;
α is the angle in the vertical plane between the opposite elements of the reference contour.

На фиг. 1 изображено пространственное покрытие, общий вид в плане; на фиг. 2 - вид А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез 1-1 на фиг. 1; на фиг. 5 - вариант подвески прогона-распорки к гибкой нити в уровне его верхнего пояса; на фиг. 6 - то же в уровне нижнего пояса прогона-распорки; на фиг. 7 - геометрия изменения поперечного профиля настила по его длине вдоль гофр; на фиг. 8 - схема надвижки стандартного профилированного настила на наклонные пластинки с целью изменения геометрии его поперечного профиля по длине листа; на фиг. 9 - схема двухлепесткового покрытия; на фиг. 10 - тот же вариант четырехлепесткового покрытия. In FIG. 1 shows a spatial coverage, a general view in plan; in FIG. 2 is a view AA in FIG. one; in FIG. 3 is a view of BB in FIG. one; in FIG. 4 is a section 1-1 in FIG. one; in FIG. 5 is an embodiment of the suspension of the strut run to a flexible thread at the level of its upper belt; in FIG. 6 - the same in the level of the lower belt run-struts; in FIG. 7 - geometry of changes in the transverse profile of the flooring along its length along the corrugations; in FIG. 8 is a diagram of a slide of a standard profiled flooring on inclined plates in order to change the geometry of its transverse profile along the length of the sheet; in FIG. 9 is a diagram of a two-leaf coating; in FIG. 10 is the same version of a four-leaf coating.

Пространственное покрытие состоит из прямолинейных элементов 1 четырехстороннего пространственного опорного контура; гибких нитей 2, выполненных в виде полос, прутков или тросов и ориентированных параллельно одной из диагоналей опорного контура, к которому они прикреплены с возможностью натяжения; стабилизирующей нити 3; подвешенных к гибким нитям 2 прямолинейных прогонов-распорок 4, присоединенных своими концами к двум противолежащим основным элементам 1 опорного контура и ориентированных в плане параллельно двум другим элементам этого контура; тонколистового кровельного профилированного настила 5 с переменным шагом гофр по его длине; самонарезающих винтов 6, прикрепляющих профилированный настил 5 к верхним поясам прогонов-распорок 4 и к гибким нитям 2; крепежных винтов 7 для скрепления гибких нитей 2 с прогонами-распорками 4 в случае их опирания на гибкие нити; наклонных пластинок 8 для изменения геометрии поперечного профиля по длине листа в случае использования стандартного профилированного настила. The spatial coating consists of rectilinear elements 1 of a four-sided spatial reference contour; flexible threads 2, made in the form of strips, rods or cables and oriented parallel to one of the diagonals of the support contour to which they are attached with the possibility of tension; stabilizing thread 3; 2 rectilinear struts 4 suspended from flexible threads 2, connected at their ends to two opposite main elements 1 of the support contour and oriented in plan parallel to two other elements of this contour; thin-sheet roofing profiled flooring 5 with a variable pitch of corrugations along its length; self-tapping screws 6, fastening the profiled flooring 5 to the upper belts of the spacer runs 4 and to the flexible threads 2; mounting screws 7 for fastening the flexible threads 2 with spacer runs 4 if they are supported on the flexible threads; inclined plates 8 for changing the geometry of the transverse profile along the length of the sheet in the case of using a standard profiled flooring.

Покрытие собирают в следующем порядке. Сначала скрепляют друг с другом прямолинейные элементы опорного контура таким образом, чтобы два примыкающие под углом друг к другу элемента находились, например, в горизонтальной плоскости, а соответственно противолежащие им элементы - в наклонной плоскости. В результате получится пространственный четырехугольный контур, имеющий квадратный, прямоугольный или ромбовидный план. При этом элементы контура могут быть выполнены из стального проката, цельной или клееной древесины, или из сборного железобетона. Затем производят установку прогонов-распорок, как правило, с одинаковым шагом в плане параллельно двум противолежащим элементам опорного контура. И в этом случае прогоны-распорки также могут быть выполнены из стального проката или цельной, или клееной древесины. Из-за того что противолежащие контурные элементы ориентированы в пространстве под некоторым углом α в вертикальной плоскости, верхние грани прогонов-распорок и элементов контура совмещают путем закручивания прогонов-распорок с последующим закреплением их торцов на опорном контуре. После этого через прорези или отверстия, выполненные в прогонах-распорках, пропускают гибкие нити в виде полос, прутков или тросов и закрепляют их концы с возможностью натяжения на опорном контуре. Установкой стабилизирующей нити по второй диагонали контура и натяжением гибких нитей добиваются требуемой геометрии покрытия. После выполнения этих операций гибкие нити фиксируются относительно прогонов-распорок с помощью крепежных винтов или на сварке. Сборка покрытия завершается укладкой профилированного настила на прогоны-распорки и гибкие нити с последующим закреплением его на прогонах с помощью самонарезающих винтов. При выполнении гибких нитей в виде полос профнастил дополнительно прикрепляют к ним также самонарезающими винтами. The coating is collected in the following order. First, the rectilinear elements of the support contour are fastened to each other in such a way that two elements adjacent at an angle to each other are, for example, in the horizontal plane, and, accordingly, elements opposite them are in the inclined plane. The result is a spatial quadrangular contour having a square, rectangular or rhomboid plan. In this case, the contour elements can be made of rolled steel, solid or glued wood, or of precast concrete. Then, strut runs are installed, as a rule, with the same step in plan in parallel to two opposite elements of the support contour. And in this case, the strut runs can also be made of rolled steel or solid or glued wood. Due to the fact that the opposite contour elements are oriented in space at a certain angle α in the vertical plane, the upper faces of the spacer runs and contour elements are combined by twisting the spacer runs and then securing their ends on the supporting contour. After that, flexible threads in the form of strips, rods or cables are passed through slots or holes made in strut spacers and their ends are fixed with the possibility of tension on the support contour. By installing a stabilizing thread along the second diagonal of the contour and tensioning the flexible threads, the desired coating geometry is achieved. After performing these operations, the flexible threads are fixed relative to the spreader runs using fixing screws or in welding. The assembly of the coating is completed by laying the profiled flooring on the spreader runs and flexible threads, followed by fixing it on the runs with self-tapping screws. When performing flexible threads in the form of strips, corrugated board is additionally attached to them with self-tapping screws.

Если при сборке пространственного покрытия используется стандартный профилированный настил, то изменение его поперечного профиля по длине достигается путем надвижки гофр на наклонные пластинки, установленные с переменным шагом, соответствующим требуемому шагу гофр в данном сечении покрытия. If a standard profiled flooring is used when assembling the spatial coating, then changing its transverse profile along the length is achieved by sliding the corrugations onto inclined plates installed with a variable pitch corresponding to the required corrugation pitch in a given section of the coating.

В случае укладки прогонов-распорок на гибкие нити (второй вариант) пространственное покрытие собирают также в указанной выше последовательности. In the case of laying spacer runs on flexible threads (second option), the spatial coating is also collected in the above sequence.

Полученное в результате выполнения всех операций пространственное покрытие может быть отнесено к оболочкам типа "ГИПАР", из которых можно в свою очередь компоновать двух- и четырехлепестковые гипары. The spatial coverage obtained as a result of all operations can be attributed to “GUIPAR” shells, of which two-and four-leaf hypars can in turn be composed.

Пространственное покрытие предложенной конструкции работает следующим образом. При действии вертикальной нагрузки от собственного веса, снега и т. п. в конструктивных элементах системы возникают такие же усилия, как и в оболочках двоякой кривизны с линейчатой поверхностью. "Размазанные" изгибающий момент M_x и нормальная сила N_x концентрируются в прогонах-распорках и полностью воспринимаются ими, а момент M_y и нормальная сила N_y воспринимаются жестким на изгиб профилированным настилом. Касательные усилия N_xy и N_yx, возникающие между настилом и элементами контура, а также прогонами-распорками, передаются на крепежные самонарезающие винты, количество которых определяется расчетом. Эти силы сдвига загружают по контуру отсеки профилированного настила, заключенные между стойками и прогонами-распорками, и могут вызвать его потерю местной устойчивости. Этому будут препятствовать гибкие нити, скрепленные в местах касания с профнастилом самонарезающими винтами или другими связями, а также стабилизирующие нити и возможный слой монолитного утеплителя, например, слой пенопласта, полученный напылением специальной композиции. В поле отсека сдвигающие усилия воспринимаются собственно профилированным настилом. Что касается главных растягивающих усилий T_{гл.раст.}, то они могут восприниматься гибкими нитями, если их направление совпадает с направлением T_{гл.раст.}, или профнастилом и прогонами-распорками, нагружаемых составляющими этих усилий, - в противоположном случае. Главные сжимающие усилия T_гл.сж. через их составляющие воспринимаются также профнастилом и прогонами-распорками. Деформированию опорного контура в плане от действия сил натяжения гибких нитей препятствуют прогоны-распорки и профилированный настил, способный воспринимать сжимающие усилия вдоль гофр. Выхлопу оболочки вверх при действии ветрового отсоса препятствуют прогоны-распорки, способные работать на изгиб, и стабилизирующая нить (при необходимости их может быть установлено несколько штук). Прогоны-распорки удерживаются от перемещений вниз растянутыми гибкими нитями, служащими им упругопроседающими промежуточными опорами, что обусловливает благоприятное распределение изгибающих моментов M_x по их длине. Эти же прогоны-распорки в свою очередь являются промежуточными опорами для профилированного настила, работающего в нашем случае по неразрезной схеме на восприятие изгибающих моментов M_y.The spatial coating of the proposed design works as follows. Under the action of a vertical load from its own weight, snow, etc., the same structural forces arise in the structural elements of the system as in shells of double curvature with a ruled surface. The “smeared” bending moment M _x and the normal force N _{x are} concentrated in the strut runs and are completely perceived by them, and the moment M _y and the normal force N _{y are} perceived by the bending profile profiled hard. The tangential forces N _xy and N _yx arising between the flooring and the contour elements, as well as spacer runs, are transferred to the self-tapping screws, the quantity of which is determined by calculation. These shear forces load on the contour the compartments of the profiled flooring enclosed between the uprights and the spreader runs and can cause it to lose local stability. This will be hindered by flexible threads fastened in places of contact with corrugated board with self-tapping screws or other ties, as well as stabilizing threads and a possible layer of monolithic insulation, for example, a foam layer obtained by spraying a special composition. In the compartment field, shear forces are perceived by the profiled floor itself. As for the main tensile forces T _gl.rast. , then they can be perceived by flexible threads, if their direction coincides with the direction T of _gl.rast. , or corrugated board and girders, loaded with components of these efforts, - in the opposite case. Main compressive forces T _gl. through their components, they are also perceived as corrugated board and spreader runs. The deformation of the support contour in terms of the action of the tension forces of the flexible threads is prevented by spacer runs and a profiled flooring capable of absorbing compressive forces along the corrugations. The upward exhaust of the sheath under the influence of a wind suction is prevented by strut runs capable of bending and a stabilizing thread (if necessary, several pieces can be installed). Spacer runs are prevented from moving downward by stretched flexible threads serving as elastic subsiding intermediate supports, which results in a favorable distribution of bending moments M _x along their length. The same spacer runs, in turn, are intermediate supports for a profiled flooring, working in our case according to a continuous scheme for the perception of bending moments M _y .

Пространственное покрытие предложенной конструкции с размерами в плане 12•13 м вследствие приведенных выше причин может дать экономию материала в пределах 12 - 15% и снизить деформативность в 1,25 раза. The spatial coating of the proposed design with dimensions in the plan of 12 • 13 m due to the above reasons can give material savings in the range of 12 - 15% and reduce deformability by 1.25 times.

Claims

Spatial covering, including rectilinear elements of the four-sided spatial reference contour, flexible threads oriented parallel to one of the diagonals of the reference contour and attached to it by their ends with the possibility of tension, rectilinear spacer runs oriented in plan in parallel to two of the opposite contour elements and attached by their ends to two main elements, thin-sheet roofing, characterized in that the spreader runs are suspended in intermediate spans t points to flexible threads, and the roofing sheet is profiled with a step of a corrugation that is variable along the length of the sheet, while the spacer runs and the support contour elements parallel to them in plan are turned at an angle to each other in a vertical plane and are equipped with slanted plates with the step defined by the formula
C = S + 2Δ,
where S is the initial step of the corrugations in the roofing sheet;
Δ is the value of the projection of the plate onto the inclined element, determined by the formula
Δ = (1 / cosα ₁ -1) / 2n,
where L is the projection of the length of the element of the reference contour or spacer run on the horizontal;
n is the number of corrugations in the sheet;
α ₁ - the angle in the vertical plane between the next and previous rectilinear elements, determined by the formula
α ₁ = α (m-1),
where m is the number of parallel in the plan rectilinear elements, including elements of the reference contour, with an equal distance in plan between them;
α is the angle in the vertical plane between the opposite elements of the support contour.