Пространственные конструкции покрытий зданий.

15. Стержневые плиты (структуры)

В современном строительстве получили распространение сетчатые системы регулярного строения, называемые структурными конструкциями или просто структурами. Структурные конструкции применяются главным образом в виде плоских покрытий большепролетных общественных и производственных зданий; реже они применяются в криволинейных покрытиях (сводах, куполах и т. п.). Плоские структуры представляют собой конструкции, образованные из различных систем перекрестных ферм.

Структуры, образованные из перекрестных ферм, идущих в трех направлениях (см. рис. 18.2, а), имеют статически неизменяемые кристаллы, могут работать на кручение и поэтому являются наиболее жесткими. Структуры, образованные из ферм, идущих в двух направлениях (см. рис. 18.2,6), имеют статически изменяемые кристаллы, они не работают на кручение и поэтому менее жестки. Структуру из ферм, идущих в двух направлениях, можно усилить диагоналями в угловых зонах (см. рис. 18.2, в).

16. Цилиндрические односетчатые оболочки.

Односетчатые оболочки, перекрывающие прямоугольное в плане помещение, проектируют в виде цилиндрической поверхности (рис. 18.7), по которой расположены стержни, образующие сетки различной системы (рис. 18.8). Наиболее проста сетка ромбического рисунка (рис. 18.8, а), которую просто получить из легких стандартных стерж­ней. Однако ромбическая сетка, не имеющая продольных элементов, не обеспечивает необходимой жесткости конструкции в продольном на­правлении. Такая конструкция работает как свод в поперечном направ­лении (с пролетом В), передавая нагрузку на продольные стены (вдоль стороны L). Распор свода должен восприниматься стенами или затяж­ками, соединяющими обвязки свода, укладываемые на стены. Стержни могут быть из прокатных или штампованных профилей, из труб, а в мощных сводах — решетчатой конструкции по типу прутко­вых прогонов или фермочек небольшой высоты. Стержни составляют угол 45—60° с направляющей цилиндрической по­верхности. Цилиндрическая поверхность и регулярность сетчатой схемы обеспечивают стандартность всех стержней и узлов, в чем заключа­ется основное преимущество конструкции.

Жесткость конструкции при наличии в сетках продольных элементов (см. рис. 18.8,6) существенно увеличивается; конструкция может работать как оболочка пролетом L. Опорами оболочки могут служить торцовые стены или четыре колонны с торцовой диафрагмой. Чтобы увеличить жесткость оболочки, целесообразно крайние сво­бодные грани усилить вертикальными и горизонтальными бортовыми элементами. Наиболее жесткими и выгодными с точки зрения расхода стали являются сетки, у которых есть и продольные, и поперечные стержни (ребра), а решетка направлена к ним под углом 45°.

17. Двухсетчатые оболочки.

Двухсетчатые оболочки образуются си­стемами перекрестных ферм, связанных по верхним и нижним поясам дополнительными связями — решеткой.Двухсетчатые обладают большей жесткостью и несущей способностью, так как в них верхняя и нижняя сетчатые системы работают как обычные оболочки, т. е. распределённые внутренние усилия в двух направлениях, передают значительную долю нагрузки непосредственно на опоры, разгружая таким образом соединя­ющую криволинейные плоскости решетку. Жесткость продольных ферм (поясов и решетки) существенно увеличивает эффект продольной пе­редачи усилий; жесткость поперечных ферм существенно уменьшает деформативность контура поперечного сечения оболочки.Двухсетчатыми оболочками можно перекрывать пролеты до 500 м, используя для стержней прокатные уголковые профили из стали с R = 22О...24О МПа и до 700 м — из стали с R= 375...400 МПа.

18. Сетчатые оболочки двоякой кривизны (ребристые купола, ребристо-кольцевые купола, сетчатые купола).

1.Ребристые купола Конструкции ребристых куполов состоят из отдельных плоских или пространственных ребер, расположенных в радиальном направлении и связанных между собой прогонами. Верхние пояса ребер в большинстве случаев образуют поверхность купола, обычно сфе­рическую. Несущая конструкция купола может поддерживать кровлю, выполненную в виде специальной надстройки; тогда она может иметь более простое очертание. Для обеспечения общей жесткости купола целесо­образно в плоскости кровли поставить связи между ребрами. В пологих куполах ребра могут иметь горизонтальный нижний пояс, тогда несущая конструкция образует безраспорную радиально балочную систему.

2.Ребристо-кольцевые купола.В ребристо-кольцевых куполах кольцевые прогоны с ребрами со­ставляют одну жесткую пространственную систему. В этом случае кольцевые прогоны не только работают на изгиб от реак­ций промеж.ребер, но и воспринимают растягивающие или сжи­мающие кольцевые усилия. Вес ребер в ребристо-кольцевой кон­струкции купола уменьшается благодаря включению в работу кольце­вых прогонов. Кольцевые прогоны в ребристо-кольцевом куполе работают так же, как опорное кольцо в ребристом куполе, и могут быть заменены услов­ными затяжками.

3. Сетчатые купола. Если в ребристом и ребристо-кольцевом куполе увеличить связность системы, то можно получить сетчатые купола с шарнирным соединени­ем стержней в узлах. В сетчатых куполах между ребрами и кольцами располагаются раскосы, благодаря которым усилия распределяются по поверхности купола и стержни работают только на осевые силы, что уменьшает вес ребер и колец. В последнее время при строительстве куполов большого диаметра сетчатые купола получают широкое распространение благодаря своей легкости и красивому рисунку конструктивной схемы.

Висячие покрытия.

19. Висячие покрытия и их классификация.

Висячими называют покрытия, в которых основные элементы пролет­ной несущей конструкции работают на растяжение. Висячие системы — системы распорные, и для восприятия распора (горизонтальной составляющей натяжения тросов или оболочки) необхо­дима опорная конструкция, стоимость которой может составлять значи­тельную часть стоимости всего покрытия.

классификация; однопоясные системы с гибкими вантами; однопоясные системы с жесткими вантами; двухпоясные системы; тросовые фермы; седловидные сетки; оболочки; комбинированные.

20. Однопоясные висячие покрытия.

1. однопоясные системы с гибкими вантами: покрытия представляют со­бой предварительно напряжённые железобетонные оболочки, работаю­щие на растяжение. Напряжённой арматурой в них является система из гибких вант, на которые во время монтажа укладывают сборные ж/б плиты. До замономоличивания швов между плитами на ванты дается пригруз или создается натяжение вант, что совместно с весом конструкций вызывает растягивающие напряжения в вантах, близкие к их расчетному сопротивлению. После твердения бетона замоноличиванияпригруз снимают, ванты обжимают ж/б пли­ты, и образовавшаяся ж/б оболочка получает предварительное напряжение сжатия, позволяющее ей воспринимать растягивающие напряжения от внешних нагрузок и обеспечивать общую жесткость конструкции.

2.однопоясные системы с жесткими вантами. В таких покрытиях гнутые двутавры — жесткие ванты, прикрепленные концами к наклонным пилонам, — работают под дейст­вием нагрузки на растяжение с изгибом, причем при действии равномер­ной нагрузки доля изгиба в напряжениях невелика. При действии не­равномерной нагрузки жесткие ванты начинают сильно сопротивляться местному изгибу, чем значительно уменьшают деформативность всего покрытия.

21. Висячие покрытия с растянутыми изгибно-жёсткими элементами.

В таких покрытиях гнутые двутавры — жесткие ванты, прикрепленные концами к наклонным пилонам, — работают под дейст­вием нагрузки на растяжение с изгибом, причем при действии равномер­ной нагрузки доля изгиба в напряжениях невелика. При действии не­равномерной нагрузки жесткие ванты начинают сильно сопротивляться местному изгибу, чем значительно уменьшают деформативность всего покрытия.

22. Висячие двухпоясные системы.

Две системы вант в покрытиях подобного типа (рис. 19.3,а): несущих, имеющих выгиб вниз, и стабилизирующих, имеющих выгиб вверх,— делают эту систему мгновенно-жесткой, способной воспринимать нагрузки, действующие в двух различных направлениях (собственный вес покрытия и снег, действующие вниз, вызывают в несущей нити растяжение, а в стабилизирующей — сжатие и отсос ветра, действующий вверх, вызывает в нитях усилия обратного знака) независимо от жесткости кровли. Поэтому в большинстве покрытий данного типа применялась легкая кровля (обычно щитовая из оцинкованных металлических листов с утеплителем и гидроизоляцией). Чтобы обеспечить работоспособность гибких стабилизирующих вант покрытия, система предварительно напрягается, причем величина предварительного растяжения стабилизирующих вант должна быть больше возможного сжатия в них же от временной нагрузки.

23. Висячие покрытия седловидными напряжёнными сетками.

Покрытие седловидными сетками применяется для постоянных зданий и временных сооружений. Сетка покрытия, имеющая выгнутые вниз несущие и выгнутые вверх стабилизирующие тросы, принимается по поверхности двоякой кривизны; такая форма позволяет преднапрягать сетку. Сетка двоякой кривизны по геометрической связности является мгновенно-жесткой системой, и для устойчивой работы стабилизирующих тросов требует преднапряжения. Расстояние (1м) между смежными параллелями троса зависит от конструкции кровли (легкой – пленка, брезент). Форма плана покрытии может быть разнообразна, но в постоянных сооружениях сетку закрепляют на две наклонные ж.б. параболические арки или опорное кольцо сложной конфигурации, которые и воспринимают натяжение сетки покрытия. Во временных сооружениях сетка часто окаймлена более мощным тросом - подбором, который, работая на растяжение, служит опорой конструкции сетки. На работу сетки оказывает влияние деформация опорной конструкции, уменьшающей преднапряжение сетки и увеличивающей ее прогибы.

24. Металлические оболочки-мембраны.

«+» этих систем является совмещение несущей и ограждающей функции и индустриальность изготовления. Утеплитель и гидроизоляцию кровли в них укладывают прямо на несущую оболочку без использования кровельных плит. Форма оболочек: цилиндрическая, коническая, сферическая, чашеобразная, седловидная, шатровая. Большая часть форм оболочек работает по пространственной схеме, что делает ее более выгодной и при этом могут быть использованы листы t=2-5мм. Эта форма обеспечивает примерное равенство усилий в оболочке по всей ее поверхности, что дает возможность выполнять ее из стали одинаковой толщины и существенно упрощает ее изготовление.