Пространственные конструкции покрытий зданий

В пространственных конструкциях в большинстве случаев совмещают ограждающие и несущие функции, и они работают под нагрузкой как одно целое. Пространственные конструкции покрытий имеют небольшую толщину, и ими можно перекрывать большие пролеты. Существует много различных систем и конструкций таких покрытий, как в монолитном, так и в сборном исполнении. Здесь будут рассмотрены только некоторые из них.

Рис. 1. Аэрационные фонари: а — с неподвижными ветроотбойными панелями, б — с ветроотбойными откидными панелями; 1 — неподвижная вет- роотбойная панель, 2 — поворотные жалюзи, 3 — консоль, 4 — ветроотбой- ная откидная панель

Рис. 2. Пространственные конструкции покрытий зданий: а —длинная цилиндрическая оболочка, б — короткая цилиндрическая оболочка, в — купол с радиально-кольцевой разрезкой, г — выпуклая оболочка двоякой кривизны, д — бочарный свод; 1 — сборные элементы оболочки, 2 — бортовой элемент, 3— диафрагма, 4 — ребристая прямолинейная плита оболочки, 5 — опорное кольцо купола

Диафрагмы в виде арок с затяжками изготовляют часто с совмещением арки и крайнего элемента покрытия. Расстояние между этими диафрагмами является пролетом оболочки, а расстояние между крайними образующими оболочки (бортовыми элементами) 12 называют длиной волны оболочки. Если отношение пролета оболочки к длине ее волны больше единицы, то такую оболочку называют длинной, а если это отношение меньше единицы, то ее называют короткой.

Оболочки делают как однопролетными, так и многопролетными, а также одноволновыми и многоволновыми. Многоволновые оболочки монолитно связывают друг с другом общим бортовым элементом.

Длину волны цилиндрической оболочки принимают в пределах от 9 до 24 м, а пролет — в пределах от 6 до 48 м.

Пространственными конструкциями покрытий являются также оболочки вращения с вертикальной осью — купола. Их выполняют как монолитными, так и сборными. Состоят они из собственно оболочки и опорного кольца. При сборном варианте оболочка разрезается на отдельные элементы только радиальными плоскостями или радиальными и кольцевыми.

Укрупнительная сборка и временное усиление конструкций

Конструкции на строительную площадку могут поступать без укрупнения — отправочными элементами (россыпью) и с укрупнением —конструктивными элементами, блоками, частями зданий и целыми сооружениями.

Отправочные элементы — колонны, балки, прогоны, стеновые панели, фермы, плиты перекрытий, металлические переплеты и т. п.— поступают под монтаж прямо с завода. Они могут сразу устанавливаться на проектные отметки или предварительно собираться в укрупненные конструкции.

Конструктивные элементы состоят из двух-трех плоских отправочных элементов (составные колонны, балки, фермы, решетчатые и листовые конструкции и т. п.) и требуют предварительного укрупнения.

Блоки собирают из нескольких отправочных элементов в геометрически неизменяемые пространственные конструкции. Общую компоновку блока осуществляют с учетом воздействия монтажных нагрузок, возникающих при подъеме.

Части сооружений и конструктивно-технологические блоки до подъема обычно оснащают технологическим оборудованием или его элементами (вентиляционными трубами, электрооборудованием и т. п.). Наименьшей частью зданий (сооружений) считается такой блок, ширина которого равна шагу колонн или поперечных стен здания, длина — его ширине, а высота — этажу или перекрытию.

Целыми монтируют преимущественно высотные инженерные сооружения с малой площадью опирания (стальные трубы, мачты, опоры ЛЭП, радиомачты, радиобашни, высокие технологические аппараты химических заводов и т. п.), которые предварительно укрупняют на стеллажах или шпальных клетках в зоне будущего подъема.

Укрупнение конструкций позволяет эффективнее использовать грузоподъемность монтажных средств, сокращать трудоемкость и продолжительность монтажа, повышать производительность труда и снижать стоимость строительства.

Рамный каркас

В рамном каркасе основные несущие функции выполняет система колонн и ригелей, расположенных в двух направлениях. Ригели жестко соединены с колоннами и образуют пространственную систему, состоящую из плоских рам.

Рамы воспринимают всю совокупность действующих на здание вертикальных и горизонтальных нагрузок и передают их фундаментам.

Усилия в плоскости дисков перекрытий возникают только при необходимости перераспределения горизонтальных нагрузок между разножесткими рамами. В нормально закомпонованных зданиях усилия невелики и свободно воспринимаются дисками перекрытий.

В монолитных железобетонных конструкциях жесткое соединение ригелей с колоннами дает некую экономию материалов.

Рис 1. Рама каркаса здания

(Рис. 1) Рама каркаса содержит стойки, соединенные посредством угловых соединительных элементов с наклонными ригелями, смежные концы которых соединены между собой центральным соединительным элементом, затяжку, закрепленную концами на угловых соединительных элементах. Стойки и ригели выполнены из закрепленных элементами жесткости попарно профилей с образованием коробчатой формы или с зазором или без зазора между профилями. Все соединительные элементы содержат отстоящие друг от друга переднюю и заднюю стенки, жестко соединенные друг с другом, а затяжка поддерживается подвесом, закрепленным на центральном соединительном элементе. Затяжка и подвес представляют собой конструкцию, содержащую отстоящие друг от друга переднюю и заднюю детали, жестко соединенные друг с другом. Технический результат изобретения заключается в повышении устойчивости и жесткости конструкции.

Башмаки стальных колонн.

Назначением базы (башмака) колонны является:

· распределять сосредоточенное давление от стержня колонны по определенной площади фундамента;

· обеспечить закрепление нижнего донца стержня колонны в фундаменте в соответствии с принятой расчетной схемой.

Различают два основных типа баз — шарнирные и жесткие.

Простейшей шарнирной базой для центрально сжатых колонн является база, состоящая из толстой стальной опорной плиты, на которую опирается фрезерованный торец стержня.

Ипы баз колонн

Применение баз с передачей усилия через фрезерованный торец стержня колонны целесообразно для колонн со значительной нагрузкой. Для легких колонн (а также в случае отсутствия торцефрезерных станков) применяют базы, в которых все усилие передается на плиту через сварные швы.

Передача усилия от стержня колонны на опорную плиту может быть также осуществлена при помощи траверсы, которая служит для более или менее равномерной передачи силовых потоков от стержня на плиту, приближая конструкцию по характеру воздействия к жесткому «штампу», опирающемуся на фундамент. Одновременно траверса является опорой для плиты при ее работе на изгиб от реактивного (отпорного) давления фундамента. Сама траверса работает на изгиб как двухконсольная балка, опертая на пояса или ветви колонны и нагруженная отпорным давлением фундамента.

Во внецентренно сжатых колоннах, как правило, устраивают жесткие базы, которые могут передавать изгибающие моменты.

С этой целью траверсы приходится развивать в направлении действия момента. При относительно небольших опорных моментах траверсы делают из листов толщиной 10 — 12 мм или швеллеров.

Некоторое применение нашли также базы подкосного типа.Существенным недостатком такой базы являются ее малая жесткость, а также коробление опорной плиты в результате усадки швов, прикрепляющих листовые подкосы.

В колоннах с более тяжелыми крановыми нагрузками, с большими опорными моментами базы и их траверсы приходится еще более развивать.

Удобны, с точки зрения производства сварки открытые одностенчатые башмаки, усиленные ребрами или листовыми подкосами. Последние должны быть приварены швами минимальной толщины во избежание коробления опорного листа.