Спосіб утворення модульних конструкцій для металевих оболонок із елементів кутикового прокатного профілю

Винахід відноситься до будівництва, а саме - до е фективних металевих оболонкових систем, і може бути використаний для перекриття значних прольотів будівель і споруд великої площі промислового та громадського призначення при різноманітному обрисі в плані, наприклад, палаців спорту, палаців культури, промислових корпусів, ангарів тощо. Відомі способи утворення металевих модульних конструкцій із однотипних елементів для комбінованих оболонок [1], наприклад, для зірчастого купола із трикутних плит та стержнів за системою М.С. Туполева. Недоліком цього класу способів формоутворення металевих оболонок є те, що в їх основу покладено використання площинних та прямолінійних елементів, що виконуються без урахування кривизни оболонки. Відомі також способи утворення конструкцій для металевих оболонок із елементів, що зігнені відповідно до кривизни склепіння [2]. Недоліком цих рішень є велика кількість типорозмірів монтажних елементів, число яких збільшується пропорційно збільшенню величині прольоту оболонки. Сюди треба віднести і велику трудомісткість, що пов'язана зі згином елементів в площині найбільшої жорсткості. Відомий також спосіб утворення модульних конструкцій для металевих оболонок із елементів швелерного профілю, що заключається в поєднанні між собою елементів, виконаних відповідно до кривизни склепіння [3]. Цей спосіб не забезпечує отримання в процесі з'єднання модульних конструкцій необхідної заданої кривизни поверхні оболонки, що різко скорочує номенклатуру їх використання. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб [4], в якому для отримання поверхні оболонки заданої кривизни в полицях прокатних елементів через інтервали, що дорівнюють стороні модульного конструктивного елементу, виконують парні вирізи, у напрямку яких елементи згинають із площини стінок профілю (тобто вирізами всередину), причому, інтервали між вирізами у верхній та нижній полицях не рівні між собою, за рахунок чого утворюється кут нахилу граней конструктивного елементу з ура хуванням кривизни поверхні. Основним недоліком цього способу є те, що з одного типорозміру конструктивного елемента, який має постійний кут нахилу граней, можна сформувати лише поверхню оболонки постійної кривизни, бо з'єднання суміжних конструктивних елементів призволиться уздовж периметру граней. Для формування поверхні оболонки змінної кривизни треба мати конструктивні елементи з різними кутами нахилу граней, що в загальному випадку формоутворення поверхонь оболонок призводить до неймовірного зростання типорозмірів модульних конструкцій. Основою винаходу є задача удосконалення способу утворення модульних конструкцій для металевих оболонок із елементів кутикового прокатного профілю, в якому за рахунок особливостей виконання його основних операцій досягається можливість в рамках одного типорозміру формування поверхонь оболонок змінної кривизни. Означена задача вирішується тим, що у способі утворення модульних конструкцій для металевих оболонок із елементів кутикового прокатного профілю шляхом згинання та з'єднання кінців окремих елементів, в полицях яких виконують трикутні вирізи, в місцях розташування яких профільні елементи згинають полицями всередину, відповідно до винаходу, к утикові елементи типу згинають уздовж їх ребер, причому, трикутні вирізи обох полиць розташовують симетрично відносно ребра згинання, а величина кута при вершині трикутного вирізу дорівнює величині центрального кута описаного N-кутника. Означена задача вирішується й тоді, коли прямий кут прокатного елементу між його складовими полицями попередньо трансформують в інший шляхом натискання на ребро або стисканням полиць з обох сторін, а також у разі, коли бокові грані трикутних вирізів з'єднують між собою будь-яким способом, наприклад, зварюванням або за допомогою накладних елементів. Суть винаходу пояснюється кресленнями (див. фіг.1-8), де на фіг.1 показана загальна послідовність нанесення розмірних осей fN (N=1, 2,... n, 1) на полиці кутикового прокатного елементу загальною довжиною L = nа (n=1, 2, ..; а - величина сторони модульної конструкції) та висотою полиць Н. Потім призволиться подальша розмітка (див. фіг.2) під вирізи у вигляді трикутника з основою b та кутом нахилу при вершині, що дорівнює куту при вершині N-кутника, у вигляді якого формується модульна конструкція (іншими словами, величина кута при вершині трикутного вирізу дорівнює величині центрального кута описаного N-кутника). На основі застосованих розмірних осей fN призводиться нанесення осей tN, що розташовані посередині між суміжними осями fN - fN+1 та є осями симетрії похилих граней модульної конструкції, що виконані у вигляді трапецій з меншою основою Ста більшою основою а=b+c. На фіг.3 показано характер згинання кутикової профільної заготовки уздовж ребра полицями всередину з попереднім нанесенням симетричних трикутни х вирізів на нижню та верхню полиці. На фіг.4-6 показані деякі приклади сформованих модульних конструкцій (на основі застосування трикутника, чотирикутника та шестикутника) для металевих оболонок із кутикових елементів. Так, на фіг.4 зображено варіант тристоронньої модульної конструкції, на фіг.5 - чотиристоронньої модульної конструкції, а на фіг.6 шестисторонньої модульної конструкції з вказівкою натуральних величин (н.в.) основних габаритних розмірів модульної конструкції. В загальному випадку (на основі розгляду N-кутника) утворюється N-стороння модульна конструкція із кутикових елементів. На фіг.7 зображено схему попереднього коригування (при необхідності) прямого кута кутикового прокатного елементу в інший шляхом натискання на ребро або стисканням полиць з обох сторін. Необхідність попереднього коригування (трансформування) прямого кута первісної кутикової заготовки залежить від цілої низки причин і, в першу чергу, від характеру формування металевої оболонки шляхом з'єднання окремих модульних конструкцій. Окрім того, трансформація прямого кута в рамках однієї модульної конструкції прямо впливає і на характер розподілу кривизн уздовж поверхні оболонки, особливо при їх компактному дотику типу "полиця - до полиці" (рисунок умовно не наведено). На фіг.8 зображено найскладніший варіант дотику типу "ребро - до ребра" та деякі способи його конструктивної реалізації На фіг.8 зображено також характерні розрізи модульних конструкцій для всіх вище зазначених варіантів. Як видно з рисунку, кожна модульна конструкція має уздовж свого периметру зовнішні виступаючі тильною стороною полиці висотою Н, уздовж яких призводиться з'єднання суміжних конструктивних елементів, причому, за рахунок варіювання характеру з'єднання суміжник модульних конструкцій уздовж виступаючих полиць з'являється можливість варіювання кривизни поверхні металевої оболонки в рамках одного типорозміру. Запропонований спосіб реалізують таким чином. Для виготовлення модульних конструкцій на основі застосування N-кутника беруть кутикові профільні заготовки з граничними осями f1 - f1 На верхні х та нижніх полицях цих заготовок виконують симетричні трикутні вирізи з шагом, що дорівнює більшій стороні а N-кутника. Для модульної конструкції на основі застосування N-кутника загальна кількість парних симетричних вирізів дорівнює N, загальна підсумкова кількість одиночних вирізів на обох полицях дорівнює 2N, а кут g при вершині трикутних вирізів в полицях дорівнює величині центрального кута описаного N-кутника, тобто g N = 360o / N, N = 3, 4, 5,... n. Так, для модульної конструкції на основі застосування трикутника (див. фіг.4) загальна кількість парних симетричних вирізів дорівнює 3, загальна підсумкова кількість одиночних вирізів - 6, а кут g 3 при вершині o трикутних вирізів в полицях дорівнює g 3 = 120 . Для модульної конструкції на основі застосування чотирикутника (див. фіг.5) загальна кількість парних симетричних вирізів дорівнює 4, загальна підсумкова кількість одиночних вирізів - 8, а кут g 4 при вершині o трикутних вирізів в полицях дорівнює g 4 = 90 . Для модульної конструкції на основі застосування шестикутника (див. фіг.6) загальна кількість парних симетричних вирізів дорівнює 6, загальна підсумкова кількість одиночних вирізів - 12, а кут g 6 при вершині o трикутних вирізів в полицях заготовки дорівнює g 6 = 60 . Для модульної конструкції на основі застосування восьмикутника (рисунок умовно не наведено) загальна кількість парних вирізів дорівнює 8, загальна підсумкова кількість одиночних вирізів -16, а кут g 8 при вершині трикутних вирізів в полицях заготовки дорівнює g 8 = 360o / 8 = 45 o і т.д., тобто в загальному випадку кут при вершині трикутних вирізів в полицях заготовки зворотно пропорційний кількості сторін N-кутника. Після нанесення трикутних вирізів на кожну з полиць (з розрахованим кутом gN при вершині) кутикову прокатну заготовку згинають в місцях парних симетричних вирізів уздовж ребра полицями всередину, а її кінці з граничними осями f1-f1 з'єднують будь-яким способом, наприклад, зварюванням або болтами. Процесу з'єднання підлягають також бокові грані трикутних вирізів, а прямий кут прокатного елементу типу "куток" між його складовими полицями при необхідності попередньо трансформують в інший шляхом натискання на ребро або стисканням полиць з обох сторін. Таким чином, використання запропонованого винаходу дозволяє в рамках одного типорозміру модульних конструкцій формування поверхонь оболонок (або їх частин) змінної кривизни.