Пространственные большепролетные конструкции
4) структуры – сетчатые системы регулярного строения плоской формы, пространственные фермы, работающие в двух направлениях. За счет большого количества связей имеют повышенную надежность но и повышенную трудоемкость;
5) оболочки – односетчатые или двухсетчатые системы регулярного строения криволинейного очертания на прямоугольном плане. Распор должен восприниматься затяжкой или стенами;
6) купола – сквозные конструкции двоякой кривизны на круглом или многоугольном плане. Распор может восприниматься специальным опорным кольцом, работающим на растяжение;
7) висячие большепролетные конструкции, основой которых является стальная гибкая нить, полоса или мембрана, работающие только на растяжение, на круглом, овальном или прямоугольном плане. Работа стали в гибких нитях и мембранах на растяжение делает их наименее металлоемкими, но требуется работающая на сжатие опорная конструкция, воспринимающая натяжение тросов или мембран. Эти конструкции имеют повышенную деформативность и чувствительны к сосредоточенным нагрузкам [7].
В большепролетных конструкциях в нагрузках на главные несущие элементы значительно возрастает доля от собственного веса конструкций. Это стимулирует использование в них предварительного напряжения. Поэтому в большепролетных покрытиях весьма эффективно применение облегченных кровельных конструкций: профилированного настила, легких утеплителей, пластмасс. Для главных несущих элементов можно использовать стали повышенной прочности и алюминиевые сплавы [5, 7]. Однако повышенные рабочие напряжения в сталях и более низкий (почти в 3 раза) модуль упругости алюминиевых сплавов приводят к повышению деформаций, которые велики в большепролетных конструкциях и сами по себе являются проблемой. Не следует также забывать и о высокой стоимости алюминиевых сплавов.
Размеры большепролетных элементов не всегда допускают транспортировку их частей железнодорожным транспортом, часто поставка идет линейными элементами (россыпью). Это приводит к необходимости организации вблизи стройплощадки сборки крупных монтажных элементов с доставкой их на место монтажа автотранспортом.
Особой заботы в большепролетных покрытиях требует организация водоотвода и уборка снега [5], включая наземные водоприемники. Следует обеспечить герметичность и долговечность кровли.
Подъемно-транспортное оборудование при больших пролетах может быть подвесным и напольным, что требует увеличения площадей и расхода металла.
Необходимость устройства большепролетных покрытий (9 м и более) в основном возникает при проектировании общественных и промышленных зданий. Общественные здания с большими пролетами – это зрелищные, спортивные, торговые, выставочные, учебные и др. здания зального типа. В промышленных зданиях устройство таких покрытий необходимо по требованиям технологического процесса – в цехах с громоздким оборудованием (тяжелое машиностроение), в зданиях ТЭЦ, АЭС, в ангарах для самолетов и т. п. зданиях.
Большепролетные покрытия классифицируются по следующим признакам:
1) по конструктивной системе:
а) плоскостные покрытия:
– большепролетные настилы выполняются пролетами 9, 12, 15, 18 и 24 м в виде тонкостенных железобетонных ребристых плит или плит коробчатого сечения – см. рис. 3.50. Такие настилы одновременно являются несущей и ограждающей конструкцией покрытия и применяются в общественных и жилых зданиях.
Рис. 3.50. Типовые сборные железобетонные настилы покрытий:
а – ребристая;
б – сводчатая;
в – двухконсольная типа 2Т;
г– коробчатого сечения;
д – настил-воздуховод
– балки, фермы,арки и рамы (см. рис. 3.51) являются несущими конструкциями в большепролетных покрытиях и устанавливаются на колонны каркаса или на несущие стены здания с шагом 6 или 12 м с последующей укладкой на них плит покрытия или металлического профилированного настила. Пролет балок составляет 9 ¸ 18 м, ферм – 18 ¸ 96 м, рам и арок – 12 ¸ 80 м.
Рис. 3.51. Плоскостные несущие конструкции покрытий:
а – типовые сборные железобетонные балки;
б – типовые сборные железобетонные фермы;
в – двухшарнирная металлическая рама пролетом 80 м
б) пространственные покрытия:
– своды, купола,оболочки, складки отличаются большим разнообразием форм и применяются при проектировании как общественных, так и промышленных зданий – см. рис. 3.52, 3.53. Большинство данных конструкций покрытий одновременно выполняют несущие и ограждающие функции в здании.
Пространственные большепролетные покрытия являются наиболее перспективными и экономичными. Выбор геометрических форм пространственных конструкций производят с учетом функциональных, градостроительных и эстетических требований, а также условий рациональной статической работы и членения поверхностей на сборные элементы, отвечающие индустриальности изготовления и монтажа.
Пролет пространственных покрытий может составлять 18 ¸ 100 м ;
– висячие покрытия, в которых основными несущими конструкциями являются гибкие тросы, воспринимающие только растягивающие усилия – см. рис. 2.43.
Висячие покрытия состоят из трех основных частей: несущей конструкции, опорных контуров и плит ограждения. В качестве несущих конструкций применяются вантовые (тросовые) системы, комбинированные системы из вант и балок, а также вантовые фермы. Висячие покрытия отличаются высокой прочностью, гибкостью, долговечностью, а также малым расходом стали. Данный тип большепролетных покрытий применяется при проектировании общественных и промышленных зданий с пролетами 18 ¸ 100 м .
2) По материалу:
а) металлические;
б) железобетонные;
в) деревянные (пролетом до 30 м).
Рис. 3.52. Основные формы большепролетных пространственных покрытий:
а – цилиндрический свод;
б – крестовый свод;
в – сомкнутый свод;
г – купол;
д – парусный свод;
е– пологая оболочка;
ж – бочарный свод;
з – лотковый свод;
и– поверхность в форме гиперболического параболоида;
к – покрытие из четырех оболочек в форме гиперболического параболоида
Рис. 3.53. Складчатые пространственные покрытия (складки):
а – балочная;
б – арочная
Рис. 3.54. Висячие пространственные покрытия:
а– плоское,
б – пространственное двоякой кривизны;
в – пространственное горизонтальное
Развернутая версия:
1. Классификация пространственных конструкций по конструктивной форме:
а) тонкостенные оболочки,
б) ребристые складки и оболочки,
в) сетчатые конструкции,
г) перекрестно балочные системы и структуры.
В основу классификации пространственных конструкций положены геометрическая форма и принципы статической работы.
1) криволинейные (вантовые покрытия, мягкие оболочки);
2) конструкции из прямолинейных элементов, не образующие криволинейную форму (структурные плиты или структуры).
1) Вантовые покрытия (мембраны):
- вантовые двухслойные;
- висячие однослойные.
Мембраны:
- однослойные;
- двуслойные (с вантами).
Мягкие оболочки
- тентовые покрытия;
- ванто-тентовые покрытия;
- пневматические:
пневмопанельные (пневмокаркасные);
воздухоопорные;
оболочки усиленные канатами или сетками.
Оболочки с единой поверхностью:
- положительной гауссовой кривизны:
купола с криволинейным планом;
оболочки с прямоугольным планом;
- нулевой гауссовой кривизны:
длинные цилиндрические оболочки
короткие цилиндрические оболочки
- отрицательной гауссовой кривизны:
гиперболические параболоиды;
коноиды;
гиперболоиды вращения;
- своды:
бочарные;
складчатые;
волнистые;
- сопряженные (составные)
- составные и произвольные формы:
оболочки;
криволинейные складки;
комбинированные.
2) Складки:
- балочного типа
- треугольные и трапециевидные;
- призматические.
Структурные плиты:
- решетчатые (сквозные):
перекрестные фермы двух и трех направлений;
стержневые пирамиды;
складчатая система из плоских или трехгранных ферм;
- пластинчатые (сплошностенчатые).