Основные принципы конструирования большепролетных конструкций.

Большепролетные конструкции подразделяют на балочные, арочные, рамные, пространственные в виде оболочек, складок, куполов и сводов, а также висячие, мембранные и вантовые конструкции.

Одной из основных особенностей большепролетных конструкций является повышенное влияние собственной массы конструкций на размеры несущих элементов. Снижение общей массы конструкций является самой острой задачей при проектировании таких систем. Облегчения несущих конструкций можно добиться применением высокопрочных сталей или легких сплавов.

Стремление снизить собственную массу несущих конструкций приводит к применению предварительного напряжения, регулированию усилий и деформаций сооружения в процессе изготовления и монтажа, применению растянутых поверхностей (мембран, вантовых сеток) или подкрепляющих растянутых подвесок, вант, шпренгелей.

Снижение нагрузки на большепролетном покрытии важно для облегчения несущих систем и для снижения расхода материала всех нижележащих конструкций. В большепролетных конструкциях эффективны облегченные кровельные конструкции и материалы.

В зданиях больших пролетов по технологическим соображениям часто требуется верхнее освещение. Поперечное расположение фонарей позволяет объединить фонарные и пролетные несущие конструкции в единую несущую систему.

Большие пролеты несущих конструкций неминуемо связаны с появлением значительных величин прогибов несущих конструкций, если даже относительная величина удовлетворяет всем нормам проектирования. Это должно учитываться при проектировании сопряжения покрытия и стены, чтобы обеспечить одновременно надежное опирание стенового фахверка на жесткий диск покрытия в горизонтальном направлении и независимость деформаций покрытия и стены в вертикальной плоскости.

Типы компоновки большепролетных конструкций.

Каркасы большепролетных зданий с несущими конструкциями балочного и рамного типов по своей компоновке конструктивных схем близки к компоновке каркасов производственных зданий.

При использовании в системах большепролетных покрытий конструктивных элементов двух направлений шаг основных несущих конструкций целесообразно принимать большим, чем это принято в зданиях средних пролетов – 12,18,24 м

Большие пролеты и большая масса конструктивных элементов требуют применения пространственно жестких и устойчивых блочных конструкций. Пространственно жесткие блоки могут быть созданы объединением спаренных плоских ферм, рам или арок, либо с применением трехгранных сечений.

В арочных системах при значительных пролетах шаг арок принимается 12 м и более, что приводит к необходимости использования пространственно жестких главных прогонов. Применяют трех- или четырехгранные главные прогоны. Кроме главных прогонов часто применяют опирающиеся на них поперечные ребра, представляющие собой многошарнирные арки с шарнирами на прогонах. Ребра передают прогонам только вертикальную нагрузку, скатную они передают на опоры в уровне пят арок.

Арки соединяют в ключе, иногда около опор, продольными связями с целью повысить общую жесткость здания. Поперечные связи крайнего блока (или связи крайней пары арок) несут функцию ветровой конструкции, воспринимающей давление от торцовой стены здания. Расчет связевой системы на усилия от ветра ведут как пространственной конструкции.

Проектирование торцовых каркасов большепролетных зданий. В невысоких зданиях приемлемы обычные компоновки фахверков со стойками и ригелями, но в зданиях с подъемистыми арочными системами возникают проблемы. В средней части торца высота здания достигает иногда нескольких десятков метров и система фахверков нерациональна. Проектируют комбинированную систему с неразрезными ветровыми фермами, опирающимися на главные стойки фахверка, установленные в 1/3 пролета, и второстепенными стойками фахверка, опирающимися на ветровые фермы.

Балочные большепролетные конструкции. Пример компоновки большепролетных конструкций с продольным расположением главных несущих элементов. Расстановка связей в покрытии.

Понятие балочные конструкции охватывает как балки так и фермы, то есть безраспорные конструкции. Применение балочных конструкций для перекрытия больших пролетов привлекает их простота монтажа, хотя они уступают рамам и аркам по металлоемкости. При пролетах 60 м и более в качестве несущих безраспорных конструкций применяют фермы, так как балки сплошного сечения заметно уступают фермам по металлоемкости и нагрузке от собственной массы.

Наличие значительных общих продольных деформаций поясов, могущих вызвать появление больших горизонтальных перемещений на опорах влияет на проектирование. Иногда одну из опор балочной конструкции устраивают подвижной чтобы исключить возможность передачи усилий, вызванных упругими деформациями нижнего пояса фермы. Более предпочтительны конструкции, у которых продольные деформации верхнего и нижнего поясов, имеющих криволинейное или ломаное очертание компенсируют друг друга (фермы типа рыбка).