RU2383705C1

RU2383705C1 - Large-span shell of building structure (versions)

Info

Publication number: RU2383705C1
Application number: RU2008144673/03A
Authority: RU
Inventors: Юрий Георгиевич Полтавцев (RU); Юрий Георгиевич Полтавцев; Владимир Бадмаевич Кодлаев (RU); Владимир Бадмаевич Кодлаев
Original assignee: Юрий Георгиевич Полтавцев; Владимир Бадмаевич Кодлаев
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2010-03-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention is related to the field of construction, namely to composite or combined structures of large-span shells of various-purpose buildings. Large-span shell comprises frame, which is connected to protective film arranged on outer side of structure and to steel-wire mesh arranged on its internal side, at the same time reservoirs that might be filled with air or helium are located between mentioned film and mesh. According to one of shell versions, tubular frame joined to carcass trusses is arranged under steel-wire mesh. According to another version of shell, carcass is arranged in the form of several, preferably three, belts of cantilever sections arranged one over another, spaces between which are filled with frames with window sashes.

EFFECT: improved operational, in particular strength properties of shell, and accordingly, improved reliability.

14 cl, 5 dwg

Description

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к составным или комбинированным конструкциям покрытий зданий различного назначения, в том числе спортивных и зрелищных, а также рынков, выставочных павильонов, залов для собраний и др.The group of inventions relates to the field of construction, namely to composite or combined structures of coatings for buildings for various purposes, including sports and entertainment, as well as markets, exhibition halls, assembly halls, etc.

Широко известны пневматические каркасные элементы и покрытия. В частности известно консольное покрытие, предназначенное для размещения над трибунами стадиона, включающее линзообразную пневмооболочку, опираемую на жесткий опорный контур, прикрепленный к строительным конструкциям, и дополнительный опорный контур, выполненный в виде наполненной газом оболочки, расположенной вдоль линзообразной пневмооболочки и установленной под ней (а.с. SU 670698, кл. E04B 1/345, опубликовано 27.06.1979).Pneumatic frame elements and coatings are widely known. In particular, a cantilever coating intended for placement above the stands of a stadium is known, including a lenticular pneumatic shell supported by a rigid support loop attached to building structures and an additional support loop made in the form of a gas-filled shell located along the lenticular pneumatic shell and installed underneath (a .s. SU 670698, class E04B 1/345, published 06/27/1979).

Недостаток аналога состоит в том, что сформированное в основном из газонаполненных элементов покрытие требует дополнительного оборудования, относящегося к системе контроля давления и надува.The disadvantage of the analogue is that the coating, formed mainly from gas-filled elements, requires additional equipment related to the pressure and blow control system.

В качестве ближайшего аналога для обоих вариантов изобретения выбрано укрытие для самолетов, включающее стеновое ограждение и покрытие из баллонетов, наполненных газом легче воздуха, например гелием, и соединенных удерживающими тросами с несущими элементами укрытия. Покрытие снабжено внутренней и внешней оболочками, а баллонеты выполнены из жесткого материала и заключены между этими оболочками (а.с. SU 853029, кл. E04B 1/345, опубликовано 07.08.1981).As the closest analogue for both variants of the invention, a shelter for aircraft was chosen, including a wall fence and a coating of balloons filled with gas lighter than air, such as helium, and connected by holding cables to the supporting elements of the shelter. The coating is provided with inner and outer shells, and the balloons are made of hard material and are enclosed between these shells (A.S. SU 853029, class E04B 1/345, published on 08/07/1981).

Ближайший аналог выполнен в виде временного укрытия с плоской крышей, а не строительного сооружения, к конструкции которого предъявляются более основательные эксплуатационные требования.The closest analogue is made in the form of a temporary shelter with a flat roof, and not a building, the construction of which has more thorough operational requirements.

Технический результат предложенного изобретения для обоих его вариантов состоит в повышении эксплуатационных, в частности прочностных, свойств покрытия, а следовательно, его надежности, что достигнуто в предложении благодаря совокупности следующих признаков.The technical result of the proposed invention for both its variants is to increase the operational, in particular strength, properties of the coating, and therefore its reliability, which is achieved in the proposal due to the combination of the following features.

Для всех вариантов выполнения изобретения характерным является то, что большепролетное покрытие строительного сооружения содержит каркас, связанный с расположенной с наружной стороны сооружения защитной пленкой и расположенной с его внутренней стороны тросовой сеткой, при этом между указанными пленкой и сеткой размещены газонаполненные емкости, которые могут быть заполнены воздухом или гелием.For all embodiments of the invention, it is characteristic that the large-span coating of a building structure comprises a frame connected to a protective film located on the outside of the structure and a wire mesh located on its inner side, while gas-filled containers are placed between the film and the mesh, which can be filled air or helium.

Согласно первому и второму вариантам изобретения каркас включает расположенные на расстоянии друг от друга треугольные фермы, размещенные по обе стороны от тросовой сетки, которая соединена с их верхними концами.According to the first and second variants of the invention, the frame includes triangular trusses spaced from each other, located on both sides of the cable mesh, which is connected to their upper ends.

Согласно второму варианту покрытия под тросовой сеткой расположена трубчатая рама, связанная посредством тросов с верхними концами ферм каркаса и подвижно с нижними их балками.According to a second embodiment of the coating, a tubular frame is located under the wire mesh, connected by cables to the upper ends of the frame trusses and movably to their lower beams.

Наличие в покрытии тросовой сетки и каркаса из ферм, к которым крепятся газонаполненные емкости, а также для одного из вариантов изобретения трубчатой рамы позволяет по сравнению с ближайшим аналогом перекрывать протяженные пролеты с большей степенью надежности и прочности.The presence of a cable net and a frame from trusses in the coating to which gas-filled containers are attached, as well as for one embodiment of the invention, a tubular frame allows, in comparison with the closest analogue, to cover extended spans with a greater degree of reliability and strength.

Емкости для меньших по площади покрытий преимущественно заполнены воздухом, а больших - гелием.Tanks for smaller coatings are predominantly filled with air, and large ones with helium.

Согласно третьему варианту покрытия каркас выполнен в виде нескольких, преимущественно трех, расположенных друг над другом поясов консольных секций, пространства между которыми заполнены рамами с оконными переплетами.According to the third coating variant, the frame is made in the form of several, mainly three, belts of cantilever sections located one above the other, the spaces between which are filled with window frames.

Консольные секции первого пояса выполнены, преимущественно, из легкого железобетона, при этом их верхние концы соединены между собой стяжкой по всему периметру.The cantilever sections of the first belt are mainly made of lightweight reinforced concrete, while their upper ends are connected together by a screed along the entire perimeter.

Консольные секции второго пояса выполнены, преимущественно, из стали, а их верхние края соединены между собой общим широким стальным поясом.The cantilever sections of the second belt are mainly made of steel, and their upper edges are interconnected by a common wide steel belt.

Консольные секции третьего пояса выполнены из алюминия или титана.The cantilever sections of the third belt are made of aluminum or titanium.

Верхние края консольных секций второго и третьего поясов соединены тросами с бетонными противовесами, установленными снаружи по периметру покрытия.The upper edges of the cantilever sections of the second and third belts are connected by cables with concrete counterweights installed externally around the perimeter of the coating.

Тросовая сетка смонтирована на двух распорных фермах-балках.The wire mesh is mounted on two spreader trusses.

Газонаполненные емкости для третьего варианта покрытия могут быть установлены одна над другой, а защитная пленка выполнена в два слоя, между которыми размещены дополнительные газонаполненные емкости в виде матов.Gas-filled containers for the third coating option can be installed one above the other, and the protective film is made in two layers, between which additional gas-filled containers in the form of mats are placed.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен в вертикальном сечении первый вариант большепролетного покрытия; на фиг.2 - внутренний вид помещения, например стадиона с большепролетным покрытием по фиг.1; на фиг.3 схематично изображен в вертикальном сечении второй вариант большепролетного покрытия; на фиг.4 - внутренний вид большего, чем на фиг.2, помещения с большепролетным покрытием согласно его третьему варианту выполнения; на фиг.5 схематично изображен фрагмент тросовой сетки преимущественно согласно третьему варианту выполнения большепролетного покрытия.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 schematically shows in vertical section a first variant of a large-span coating; figure 2 is an internal view of a room, such as a stadium with a large-span coating in figure 1; figure 3 schematically shows in vertical section a second variant of a large-span coating; figure 4 is an internal view of a larger than figure 2, premises with a wide-span coating according to its third embodiment; figure 5 schematically shows a fragment of a cable mesh mainly according to the third embodiment of a large-span coating.

Большепролетное покрытие согласно первому и второму вариантам его выполнения (фиг.1-3) содержит каркас, выполненный в виде ряда расположенных на расстоянии друг от друга треугольных ферм 1, преимущественно выполненных из металла (стали), но для их изготовления может быть использовано дерево, железобетон и другие подходящие материалы. Фермы монтируются на железобетонных плитах 2, перекрывающих коробку здания, состоящую из четырех продольных параллельных и двух поперечных торцевых стен 3, образуя таким образом между собой узкие боковые помещения 4. Фермы 1 крепятся анкерами 5 к плитам 2 и стенам 3 в их верхней части. По верхнему краю ферм 1 натянута тросовая сетка 6, стягивающая верхние края ферм 1 и придающая ему жесткость, образуя несущее основание для установленных на ней емкостей 7, заполненных гелием или воздухом и закрепленных также по верхним краям ферм 1. Данная тросовая сетка 6 способна воспринимать вес осадков, атмосферное давление, ветровые нагрузки и передавать их на стенки ферм 1. Тросовая сетка изготавливается преимущественно из алюминиевых тросов, имеющих внутреннюю стальную проволоку. Эти тросы не подвержены коррозии и способны к восприятию больших вертикальных и горизонтальных нагрузок. Поверх емкостей 7 с целью их защиты от погодных условий и других факторов, негативно на них воздействующих, накрывается защитная пленка 8, которая также связана с фермами 1. Между фермами 1 расположены легкие панели 9, в результате чего окончательно формируется внутреннее большое помещение 10. Внешняя сторона ферм 1 каркаса связана ригелями и прогонами (не показаны), на которые укладывается кровля из шифера, профильного железа или любого другого подходящего для покрытия материала. В зависимости от размеров помещения фермы 1 каркаса могут изготавливать из деревянных брусов или бревен, а также из стальных металлических уголков или труб. Таким образом, фермы 1 каркаса могут выполнять несколько функций: перекрывающую, ограждающую и несущую для натяжной тросовой сетки 6 и надувного купола, образованного емкостями в виде баллонов 7 с натянутой на них защитной пленкой 8.A large-span coating according to the first and second variants of its implementation (Figs. 1-3) contains a frame made in the form of a series of triangular trusses 1 located at a distance from each other, mainly made of metal (steel), but wood can be used for their manufacture, reinforced concrete and other suitable materials. The trusses are mounted on reinforced concrete slabs 2, overlapping the box of the building, consisting of four longitudinal parallel and two transverse end walls 3, thus forming narrow side rooms 4 between them. The trusses 1 are fastened with anchors 5 to the slabs 2 and the walls 3 in their upper part. A cable net 6 is stretched along the upper edge of the trusses 1, tightening the upper edges of the trusses 1 and giving it rigidity, forming a supporting base for the containers 7 installed on it, filled with helium or air and also fixed along the upper edges of the trusses 1. This cable net 6 is able to take weight precipitation, atmospheric pressure, wind loads and transfer them to the walls of the trusses 1. The wire mesh is made mainly of aluminum cables having an internal steel wire. These cables are not subject to corrosion and are capable of absorbing large vertical and horizontal loads. On top of the tanks 7 in order to protect them from weather conditions and other factors that negatively affect them, a protective film 8 is covered, which is also connected to the farms 1. Between the farms 1 there are light panels 9, as a result of which the inner large room 10 is finally formed. the side of the trusses 1 of the frame is connected by crossbars and girders (not shown), on which a roof of slate, profile iron or any other material suitable for coating is laid. Depending on the size of the premises of the farm 1 frame can be made of wooden beams or logs, as well as steel metal corners or pipes. Thus, the carcass trusses 1 can perform several functions: overlapping, enclosing and supporting for the tension cable net 6 and the inflatable dome formed by containers in the form of cylinders 7 with a protective film 8 stretched over them.

Форма емкостей позволяет получить куполообразный свод покрытия, который необходим для стока дождевых осадков и сброса снега и гололеда. Это достигается тем, что в центральной части покрытия устанавливают емкости, имеющие большее поперечное сечение, чем емкости, установленные по бокам (фиг.1-3).The shape of the tanks allows you to get a domed roof vault, which is necessary for the drainage of rainfall and the discharge of snow and ice. This is achieved by the fact that in the Central part of the coating, containers are installed having a larger cross section than containers installed on the sides (Figs. 1-3).

Согласно второму варианту изобретения (фиг.3) покрытие также содержит трубчатую металлическую раму 11, которая под тросовой сеткой 6 воздушного покрытия верхней своей частью крепится тросами к верхним краям ферм 1 каркаса, а нижними концами соединяется подвижно тросами с выступающими частями нижних балок 12 ферм 1, которые в свою очередь снизу поддерживаются металлическими консолями 13. К трубчатой раме с нижней ее части крепится легкий подвесной потолок 14, покрытый теплоизоляционным материалом, таким образом перекрывается полностью большое внутреннее помещение 10. Такое выполнение покрытия с подвесным потолком 14 позволяет применять его в больших концертных залах, залах съездов, выставочных залах, крытых рынках, конных манежах и др.According to a second embodiment of the invention (Fig. 3), the coating also comprises a tubular metal frame 11, which, under the cable cover 6 of the air cover, is attached with its upper part to the upper edges of the frame trusses 1 and the lower ends are movably connected by cables to the protruding parts of the lower beams 12 of the frame 1 , which, in turn, are supported from below by metal consoles 13. A light suspended ceiling 14, covered with heat-insulating material, is attached to the tubular frame from its lower part, thus overlapping completely the interior 10. Such an arrangement covering a ceiling 14 allows its use in large concert halls, convention halls, exhibition halls, covered markets, horse arenas, and others.

Этот вариант покрытия может использоваться для помещений, предполагаемых к строительству в местах с более низким температурным режимом.This coating option can be used for rooms intended for construction in places with lower temperature conditions.

Третий вариант большепролетного покрытия (фиг.4) представляет собой также каркас, выполненный в виде трех расположенных друг над другом поясов консольных секций 15, 16 и 17. Весь каркас опирается на железобетонное основание 18, имеющее круглую (овальную) форму, которое в свою очередь установлено на три ряда стен или колонн 19, выполненных из железобетона и расположенных по концентрическим окружностям или эквидистантным овалам.The third version of the large-span coating (Fig. 4) is also a frame made in the form of three cantilevered sections of the cantilever sections 15, 16 and 17. The whole frame is supported by a reinforced concrete base 18 having a round (oval) shape, which in turn mounted on three rows of walls or columns 19 made of reinforced concrete and arranged in concentric circles or equidistant ovals.

Перед установкой консольных секций 15, 16 и 17 на основание 18 укладывают опорные стопы 20 для более надежной фиксации каркаса на основании 18, выполненных из легкого железобетона. Собирается каркас на основании 18 следующим образом. Сначала на опорные стопы 20 устанавливаются наклонные консольные секции 15, выполненные из легкого железобетона, пространства между которыми заполняются железобетонными панелями 21 с металлическими оконными переплетами (не показаны). После этого верхние концы консолей 15 стягиваются между собой по всему периметру металлической стяжкой 22. На образованный первый пояс консолей 15 устанавливается второй пояс консолей 16, выполненный из стальных секций, пространство между которыми заполняется металлическими рамами 23 с оконными переплетами, при этом верхние концы консолей 16 соединяются между собой по всему периметру общим широким стальным поясом 24. После этого на образованный второй пояс консолей 16 устанавливается третий верхний пояс консолей 17, образованный из алюминиевых или титановых секций 25, которые монтируются так же как и второй пояс консолей 16. Верхний край смонтированного каркаса, имеющего продолговатую овальную форму, стягивают алюминиевым или титановым поясом 26, при этом концы консольных секций 16, совпадающие с основанием консольных секций 17, а также верхние концы консольных секций 17 связываются металлическими тросами 27 с бетонными противовесами 28, расположенными по периметру основания 18 с внешней стороны каркаса. Это необходимо для усиления жесткости и устойчивости каркаса.Before installing the cantilever sections 15, 16 and 17 on the base 18, support feet 20 are laid for more reliable fixation of the frame on the base 18 made of lightweight reinforced concrete. The frame is assembled on the basis of 18 as follows. First, inclined cantilever sections 15 made of lightweight reinforced concrete are installed on the support feet 20, the spaces between which are filled with reinforced concrete panels 21 with metal window frames (not shown). After that, the upper ends of the consoles 15 are pulled together around the entire perimeter by a metal coupler 22. A second belt of consoles 16 is installed on the first console belt 15, made of steel sections, the space between which is filled with metal frames 23 with window frames, while the upper ends of the consoles 16 they are interconnected around the entire perimeter by a common wide steel belt 24. After this, the third upper belt of the consoles 17 formed of aluminum or titanium sections 25, which are mounted in the same way as the second belt of the consoles 16. The upper edge of the mounted frame, having an elongated oval shape, is pulled together with an aluminum or titanium belt 26, while the ends of the cantilever sections 16, coinciding with the base of the cantilever sections 17, as well as the upper the ends of the cantilever sections 17 are connected by metal cables 27 to concrete counterweights 28 located along the perimeter of the base 18 from the outside of the frame. This is necessary to enhance the rigidity and stability of the frame.

Поперек образованного верхними краями каркаса круга (овала) установлены две распорные поперечные фермы-балки 29, служащие основанием для расположения и закрепления тросовой сетки 6, связанной с верхними продольными концами каркаса и состоящей из трех секций: тросовой сетки 30 (фиг.5), наложенной на нее более мелкой металлической сетки (решетки) 31 и сверху покрытой легкими металлическими листами 32.Across the circle (oval) formed by the upper edges of the carcass frame, two spacer transverse trusses-beams 29 are installed, which serve as the basis for the location and fixing of the cable mesh 6, connected with the upper longitudinal ends of the frame and consisting of three sections: cable mesh 30 (Fig. 5), superimposed on it a finer metal mesh (lattice) 31 and top covered with light metal sheets 32.

На тросовой сетке 6 установлены одна над другой мягкие (полимерные) или жесткие (металлические) емкости в виде баллонов 7, заполненные гелием и размещенные в каркасных секциях (не показаны), собранных из алюминиевых элементов, таким образом образуя купол с пологими сторонами, покрытый защитной металлизированной пленкой 8 и обтянутый сверху гибкими металлическими лентами или тросами (не показаны). С целью защиты емкостей в виде баллонов 7 от механических и иных воздействий защитная пленка 8 может быть выполнена из двух слоев, между которыми размещены дополнительные газонаполненные емкости, выполненные в виде матов 33.Soft (polymer) or hard (metal) containers in the form of cylinders 7 are installed on the cable mesh 6 one above the other, filled with helium and placed in frame sections (not shown) assembled from aluminum elements, thus forming a dome with gentle sides, covered with a protective metallized film 8 and fitted on top with flexible metal bands or cables (not shown). In order to protect containers in the form of cylinders 7 from mechanical and other influences, the protective film 8 can be made of two layers, between which additional gas-filled containers are made, made in the form of mats 33.

Таким образом, готовое покрытие в силу того, что гелий легче воздуха, способно поддерживать себя самостоятельно в воздушной среде. Поскольку данная конструкция представленных вариантов большепролетных покрытий легче воздуха, то решается значительный ряд проблем, которые невозможно решить, используя традиционные материалы и конструкции при перекрытии больших пролетов. Купольная часть покрытия стадиона, состоящая из тросовой сетки 6 и гелиевых самоподдерживающихся в воздушной среде емкостей в виде баллонов 7, составляет самую безопасную часть покрытия, т.к. они вместе обладают высокой сопротивляемостью к разрушению и возгоранию. Сетчатая конструкция также выполнена таким образом, что даже при разрыве отдельных своих клеток она остается неразрушимой. Эти свойства особенно необходимы для стадионов и других объектов массового посещения.Thus, the finished coating due to the fact that helium is lighter than air, is capable of supporting itself independently in the air. Since this design of the presented variants of large-span coatings is lighter than air, a significant number of problems that cannot be solved using traditional materials and structures when covering large spans are solved. The domed part of the coverage of the stadium, consisting of a cable mesh 6 and helium containers self-supporting in the air in the form of cylinders 7, is the safest part of the coating, because together they are highly resistant to destruction and fire. The mesh structure is also made in such a way that even when individual cells break apart, it remains indestructible. These properties are especially needed for stadiums and other public venues.

В каркасе покрытия дополнительно образованы вентиляционные люки. На сетчатом основании в виде тросовой сетки 6, кроме заполненных гелием баллонов 7, размещают воздушные насосы, шланги и другое оборудование, необходимое для эксплуатации покрытия. В сетчатом основании в определенном порядке образованы также небольшие отверстия, закрытые крышками. Стенки каждого из этих отверстий соединены с тросами, несущими люльку, предназначенную для выполнения ремонтных работ. Таким образом отпадает необходимость устройства внутренних лесов для выполнения ремонтных работ на большой высоте.Ventilation hatches are additionally formed in the coating frame. On a mesh base in the form of a wire rope 6, in addition to cylinders filled with helium 7, air pumps, hoses and other equipment necessary for the operation of the coating are placed. In the mesh base in a certain order also small holes are formed, covered with covers. The walls of each of these holes are connected to cables carrying a cradle designed for repair work. Thus, there is no need to install internal scaffolding for repair work at high altitude.

Все конструкции и материалы большепролетного покрытия изготавливаются заводским способом и доставляются на объект в готовом виде. Для монтажа комбинационного покрытия требуется два башенных крана, один из которых устанавливается с наружной стороны стадионного здания, а другой - внутри, на поле. Для монтажа тросовой сетки 6 и газонаполненных емкостей в виде баллонов 7 потребуется, возможно, вертолет.All structures and materials for large-span coatings are manufactured in the factory and delivered to the object in finished form. To install combination coverings, two tower cranes are required, one of which is installed on the outside of the stadium building, and the other inside on the field. For the installation of the wire mesh 6 and gas-filled containers in the form of cylinders 7, you may need a helicopter.

Claims

1. A large-span coating of a building structure containing a frame, including triangular trusses located at a distance from each other, the upper ends of which are connected with a protective film, a wire mesh and gas-filled containers placed between them.

2. The coating according to claim 1, characterized in that the containers are filled with air.

3. The coating according to claim 1, characterized in that the containers are filled with helium.

4. The coating according to claim 1, characterized in that under the wire mesh there is a tubular frame connected by cables to the upper ends of the triangular trusses and movably with their lower beams.

5. A large-span coating of a building structure containing a frame associated with a protective film, a wire rope and containers placed between them filled with helium, while the frame is made in the form of several, mainly three, one above the other belt sections of the cantilever sections, the spaces between which are filled with frames with window bindings.

6. The coating according to claim 5, characterized in that the cantilever sections of the first belt are made of lightweight reinforced concrete.

7. The coating according to claim 5, characterized in that the upper ends of the cantilever sections of the first belt are interconnected by a screed along the entire perimeter.

8. The coating according to claim 5, characterized in that the cantilever sections of the second belt are made of steel.

9. The coating according to claim 5, characterized in that the upper edges of the cantilever sections of the second belt are interconnected by a common wide steel belt.

10. The coating according to claim 5, characterized in that the cantilever sections of the third belt are made of aluminum or titanium.

11. The coating according to claim 5, characterized in that the upper edges of the cantilever sections of the second and third belts are connected by cables with concrete counterweights installed externally around the perimeter of the coating.

12. The coating according to claim 5, characterized in that the cable mesh is mounted on two spreader trusses-beams.

13. The coating according to claim 5, characterized in that the gas-filled containers are installed one above the other.

14. The coating according to claim 5, characterized in that the protective film is made in two layers, between which additional gas-filled containers in the form of mats are placed.