Пространственные криволинейные покрытия. Свод, оболочка, гипары. (О)

Особенностью пространственных покрытий является совмещение в них функций несущих и ограждающих конструкций. Все элементы пространственной системы работают как единое целое. Пространственные покрытия, имея криволинейную поверхность рациональной геометрической формы, обладают высокой жёсткостью и наиболее целесообразны в зданиях с пролётами свыше 30 м. Сложны по конструкции и трудоёмки при монтаже.

По профилю поперечного сечения покрытия подразделяют на одно–, двух– и многоскатные, плоские, шедовые и криволинейные.

 

 

Свод - тип перекрытия или покрытия сооружений, конструкция, которая образуется выпуклой криволинейной поверхностью. Своды позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор, используются преимущественно в круглых, многоугольных или эллиптических в плане помещениях.

 

Перекрытие-оболочка — строительная конструкция перекрытий зданий и сооружений. В архитектурной практике используются выпуклые, висячие, сетчатые и мембранные оболочки из железобетона, металлов, древесины, полимерных, тканых и композиционных материалов. Для расчёта таких конструкций используется специально разработанная теория оболочек.

Поверхности двоякой кривизны могут быть образованы способом вращения плоской кривой (образующей) вокруг оси, находящейся вместе с ней в одной плоскости, или способом переноса, т. е. поступательным перемещением плоской образующей по параллельным направляющим.

Криволинейная поверхность может быть положительной (рис. 125, а, б) или отрицательной кривизны (рис. 125, в).

Оболочки одинарной кривизны. К ним относятся цилиндрические, а также близкие по характеру работы призматические оболочки и своды.

Гипары - самая простая форма предварительно напряженной мембраны отрицательной гауссовой кривизны. Но несмотря на простоту поверхности, мембраны такой формы обладают очень высокими показателями устойчивости и несущей способности. Используются как отдельно стоящие гипары так и сблокированные из нескольких модулей.

 

Купольные покрытия (гладкие, ребристые, ребристо-кольцевые, сетчатые, геодезические, волнистые, складчатые) (О)

Купола - распорные системы, имеющие в своем составе, как правило, три основных конструктивных элемента: нижний опорный контур, оболочку, верхний опорный контур (рис. 6.1).

Рассмотрим основные типологии металлических куполов:

•                  а) по конструкции: ребристые, ребристо-кольцевые, ребристо-кольцевые со связями, сетчатые, пластинчатые;

•                  б) по форме (рис. 6.2): сферические, эллиптические, стрельчатые, зонтичные и другой формы;

Рис. 6.1. Конструктивная схема купола:

1 - верхний опорный контур; 2 - оболочка; 3 - нижний опорный контур

 

                                                                      Рис. 6.2. Формы куполов:

а - план сферического купола; б - поперечный разрез сферического купола; в - план эллиптического купола; г - поперечный разрез эллиптического купола; д - стрельчатый купол; е - план зонтичного купола; ж - вид зонтичного купола

•                  в) по стреле подъема (рис. 6.3): подъемистые (высокие) купола, при стреле подъема 1/2... 1/5 диаметра и пологие, при высоте подъема 1/5 диаметра.

Ребристые купола (рис. 6.4) состоят из отдельных плоских ребер, поставленных в радиальном направлении. При прямолинейных ребрах образуются пирамидальные или конические купола. Верхние пояса ребер составляют поверхность купола, в его вершине они примыкают к верхнему кольцу. Ребристые купола являются распорной системой.

 

Рис. 6.6. Купол ребристо-кольцевой с решетчатыми связям

Рис. 6.4. Ребристый купол         

 

 

Рис. 6.5. Ребристо-кольцевой купол     

                                              

 

 

Ребристо-кольцевые купола (рис. 6.5). Устройство и включение в работу конструкции кольцевых прогонов приводит к созданию ребристо-кольцевой схемы. Последние могут быть использованы как затяжки купола. В этом случае кольца не только работают на местный изгиб от нагрузок кровли, но и воспринимают нормальные усилия от ребер купола, а в случае жесткого сопряжения колец с ребрами - и изгибающие моменты.

Ребристо-кольцевые купола со связями (рис. 6.6) представляют собой дальнейшее увеличение связности системы, пространственности работы, путем введения в конструкцию раскосов между ребрами.

Сетчатые купола образуются, если в ребристо-кольцевом куполе со связями увеличивать связность системы вплоть до образования крестовых связей в каждой ячейке купола, именно такую конструкцию представляет купол Шведлера (рис. 6.7), являющийся одним из первых сетчатых куполов.

Пластинчатые купола собирают из металлических пластин (панелей), которые имеют выштампованные ребра жесткости, связанные между собой по контуру сваркой или узловыми соединениями.

 

Гибкие оболочки. Схемы, принцип работы. (О)

Гибкие оболочки (мембраны) выполняются из листовых элементов или полотнищ.

По своей конструктивной форме они большей частью повторяют сетчатые системы и могут быть ненапряженными или предварительно напряженными.

По характеру расчета висячие покрытия разделяются на два типа. В покрытиях первого типа опорные конструкции настолько жестки, что деформация их практически не оказывает влияния на работу нитей. Может быть задана геометрическая форма поверхности, соответствующая предельному состоянию конструкции. В этом состоянии можно считать, что силы натяжения в обратных нитях отсутствуют и несущие нити рассчитываются на действующие нагрузки по обычной формуле. При отсутствии временной нагрузки уменьшаются усилия в несущих нитях и их провес, за счет чего усилия в обратных нитях достигают полной величины, искусственно вызванной в них при монтаже перекрытия. Определение этих усилий, зависящее от изменения формы поверхности и взаимного воздействия элементов сетки, весьма сложно и практически удобнее производится последовательным подбором. Обратные нити должны быть рассчитаны на действие предварительного ко малую изгибную жесткость, что может воспринимать только осевые силы. Такая конструкция должна иметь форму круга или овала и работать так же, как работает велосипедное колесо. В конструкции этого рода обратные нити должны создавать такую нагрузку на кольцо, чтобы в нем не возникало изгибающих моментов при действии максим, временной нагрузки, распределенной равномерно по поверхности покрытия. Этому же состоянию должна отвечать и предельная форма поверхности. Несущие нити должны быть рассчитаны на действие расчетной нагрузки и дополнительных сил, возникающих как реакции от натяжения обратных нитей. При увеличении нагрузки возрастает натяжение несущих нитей и соответственно уменьшаются усилия в обратных нитях. Выравнивание усилий происходит за счет деформаций кольца, в к-ром при его большой гибкости хотя и возникают изгибающие моменты, но они настолько невелики, что напряжения получаются не больше, чем при предельной нагрузке.

При отсасывающем действии ветра учитывается избыточная нагрузка (за вычетом постоянной с коэфф. перегрузки меньшим единицы, напр. равным 0,9). В этом случае также должны иметь место безмоментное состояние кольца и соответствующие ему усилия в нитях. Вследствие сложности взаимных воздействий, связанных с изменением формы поверхности, наиболее целесообразно производить расчеты путем последовательного подбора, заменяя группы нитей редко расположенными нитями с той же суммарной площадью