Тонкостенных пространственных покрытий

ТОНКОСТЕННЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ

Пространственные покрытия представляют системы, образуемые из тонкостенных оболочек (тонких плит) и контурных конструкций (бортовых элементов, опорных колец, диафрагм в виде балок, ферм, арок, брусьев и т. п.). Оболочкам придают очертания криволинейных поверхностей или многогранников.

Тонкостенные пространственные покрытия применяют с использованием в них (рис.1, а-ж):

цилиндрических оболочек и призматических складок;

оболочек вращения с вертикальной осью (купола);

оболочек двоякой положительной и отрицательной гауссовой кривизны, преимущественно прямоугольных в плане;

составных оболочек, образованных из нескольких элементов, по форме пересекающихся криволинейных поверхностей.

Особое место занимают волнистые своды, т. е. мно­говолновые или многоскладчатые покрытия в виде сводов (складок) с малыми размерами волны по сравнению с длиной пролета (рис.1, з), а также висячие покрытия (на вантах), весьма разнообразные по форме в пространстве и в плане (две схемы представлены на рис.1, и, к).

В практике находят применение многие другие раз­новидности тонкостенных пространственных покрытий.

Тонкостенные пространственные покрытия особенно целесообразны при строительстве производственных и гражданских зданий в условиях, когда требуется пере­крывать помещения больших размеров (порядка 30×30 м и более) без промежуточных опор. Впрочем, их успешно применяют и при меньших пролетах.

В пространственных покрытиях благодаря работе конструкции в обоих направлениях в плане достигаются лучшее использование материалов, его существенная экономия, значительное уменьшение собственного веса в сравнении с покрытиями из плоских элементов (кровельных панелей, ферм, балок, арок, подстропильных конструкций). Пространственные покрытия обладают особой архитектурной выразительностью.

За рубежом тонкостенные пространственные покры­тия возводят главным образом в виде монолитных кон­струкций с применением на строительной площадке ле­сов и опалубки. На территории России пространственные покрытия осу­ществляются преимущественно сборными, что отвечает принципу индустриализации строительства.

Для покрытий чаще всего применяют пологие оболочки с подъемом поверхности не более 1/5…1/6 доли любого размера основания.

Криволинейная поверхность положительной гауссовой кривизны характеризуется тем, что центры кривизн дуг всех нормальных сечений, проведенных через каждую точку, лежат по одну сторону поверхности. Если эти центры расположены с обеих сторон, то такаяповер­ность называется поверхностью отрицательной гауссовой кривизны.

Исследованиями установлено, что пространственные покрытия с применением оболочек, подобно другим железобетонным конструкциям в начальной стадии загружения (до образования трещин в бетоне растянутых зон), деформируются упруго. После образования трещин по мере роста нагрузок и напряжений в бетоне и арматуре в них нарастают неупругие деформации вплоть до стадии предельного равновесия. Хорошо изучены оболочки в упругом состоянии. Исследования в неупругом состоянии и в стадии предельного равновесия еще не завершены; они перспективны тем, что позволяют повысить надежность и экономичность конструкций.

Тонкостенные оболочки имеет малую жесткость на изгиб в сравнении с жесткостью против действия сил, развивающихся в серединной поверхности. Поэтому внешним нагрузкам, действующим перпендикулярно срединнойповерхности оболочки, препятствуют преимущественно силы N (продольные, на 92…98%). Дополнительную часть нагрузки (2…8%) воспринимают компоненты изгибного состояния M,Q.

Конструктивные особенности

тонкостенных пространственных покрытий

Схему тонкостенного пространственного покрытия выбирают в зависимости от назначения сооружения, его архитектурной компоновки, размеров, а также от способа возведения. При сборных покрытиях конструкция их должна быть такой, чтобы обеспечивались наименьшая трудоемкость при изготовлении сборных элементов, их многократная повторяемость, простота монтажных стыков, доступность средств монтажа, использование в процессе сборки минимального числа инвентарных поддерживающих приспособлений.

Стыки во всех случаях необходимо заполнять бетоном. Для обеспечения плотного заполнения шва ширину его следует назначать не менее 30 мм, если толщина (высота) элемента в месте стыка не превышает 100 мм, и не менее 50 мм, если толщина элемента в месте стыка более 100 мм.

В сжатых зонах и зонах, где главные растягивающие напряжения меньше Rbt, арматуру ставят конструктивно площадью не менее 0,2% сечения бетона с шагом стержней 20…25 см. При толщине плиты более 8 см рекомен­дуется ставить двойные сетки.

В местах примыкания плиты к бортовым элементам и диафрагмам устанавливают двойные сетки из стержней диаметром 6-10 мм с шагом не более 20 см.

В ребристых конструкциях сечение основной арматуры ребер определяют расчетом на восприятие моментов, возникающих в процессе изготовления сборных элементов, а также в период эксплуатации покрытия. Ребра армируют сварными каркасами, в которых поперечные стержни ставят диаметром 5…6 мм с шагом 20…25 см.