Большепролетные здания с покрытиями из             плоских пространственных стержневых конструкций

Данный тип стальных конструкций представляет собой перекрестную систему вертикальных или наклонных ферм (рис. 9.1а, б) [3]. Опирание таких покрытий отличается разнообразием: по контуру на наружные стены или колонны, установленные с определенным шагом; на колонны внутри контура; по вантовой схеме, создающей дополнительные упруго-податливые опоры (рис. 9.2; 9.3; 9.4; 9.5) [7]. Варианты решения опор для структурных плит приведены на рис. 9.1в.

Из-за большого количества стержней плоские пространственные стержневые конструкции обладают большой степенью статической неопределимости. В этом случае значительное число стержней работает с недогрузкой. Этим объясняется повышенная жесткость этих покрытий на изгиб, что позволяет принимать высоту поперечного сечения этих покрытий в пределах . Это положительно влияет на снижение единовременных расходов на ограждающие конструкции и снижение постоянных эксплуатационных расходов.

Другим преимуществом данных конструкций является сборка крупными блоками на стендах внизу (на земле) без применения грузоподъемных механизмов (вес одного стержня составляет около 70 кг). Подъем собранных блоков на проектную отметку в ряде случаев может быть с применением гидравлических домкратов, что дешевле башенных или других монтажных кранов.

 

 

 

 

Рис. 9.1а.  Cтруктурное покрытие с ячейками квадратного плана: 1 – верхний пояс; 2 – нижний пояс; 3 – диагональные элементы; 4 – раскосы; 5 – стойки; 6 – колонны

 

 

 

 

Рис. 9.1б. Структурное покрытие с ячейками треугольного плана:               1 – верхний пояс; 2 – нижний пояс; 3 – раскосы

 

 

Рис. 9.1в. Варианты решения опор для структурных плит: а - обычные колонны и колонны с решетчатыми капителями; б – колонны с жесткими капителями (разгрузочными балками); в – пространственно-стержневые опоры

 

Рис. 9.2. Структурное покрытие, подкрепленное вантами. План

 

 

Рис. 9.3. Автобусный гараж в Ленинграде

 

 

 

Рис. 9.4. Автобусный гараж в Ленинграде

 

 

Рис. 9.5. Автобусный гараж в Ленинграде

 

 

Дополнительную экономию по приведенным затратам  можно получить, анализируя расходы при разных типах профилей для стержней пространственного покрытия. При этом в процессе расчетов методом итераций можно исключить из КЭ-модели некоторые малонагруженные стержни нижнего пояса и раскосов, контролируя наибольший прогиб всей системы покрытия и предельные гибкости сжатых стержней. При удалении из КЭ-модели «лишних» стержней необходимо контролировать геометрическую неизменяемость пространственной системы.

Недостатки плоских пространственных систем вытекают из основных особенностей, связанных с наличием большого числа стержней и узлов. От типа узла, точности его изготовления, массы узла зависит сложность и трудоемкость изготовления, сборка и экономия металла. Поэтому выбор способа соединения элементов в узлах является наиболее сложной конструктивной задачей. В настоящее время на уровне изобретений имеются десятки разных типов узлов, отвечающих самым разнообразным конструктивно-технологическим и эстетическим требованиям [3, с. 506]. В нашей стране наибольшее применение нашли комбинированные узловые соединения системы «Меро» (ГДР), «МАрхИ» и «Кисловодск» (Московский архитектурный институт и Гипроспецлегконструкция). В этих соединениях [8] одним из узловых элементов является сферическое или полусферическое тело (многогранник или полумногогранник) – коннектор с резьбовыми отверстиями, в которые ввинчиваются вращающиеся на концах стержней болты. В системе «Меро» болты присоединяются к стержням с помощью конических наконечников, а в системах «МАрхИ» и «Кисловодск» с помощью плоских цилиндрических шайб, приваренных к концам трубчатых стержней, а также поводковых втулок-гаек и штифтовых фиксаторов [10, рис. 9.6]; [9, рис. 9.7; 9.8]. Процесс проектного соединения стержня с коннектором состоит в следующем: болт с помощью поводковой втулки-гайки завинчивают в коннектор до плотного касания между втулкой и торцевыми поверхностями коннектора и стержня. Это обеспечивает

 

 

 

Рис. 9.6. Узловое соединение «Меро» и его модификации: а, б – общий вид узла, узловой элемент и детали стержня системы «Меро»; в, г – детали трубчатых элементов в соединениях систем «Веймар» и «МАрхИ»; 1 – отверстие с внутренней резьбой; 2 – болт; 3 – поводковая гайка; 4 – монтажное отверстие;    5 – труба; 6 – оголовок трубы; 7 – ведущий палец; 8 – фиксатор; 9 – шайба;        10 – штифт; 11 – прорезь в гайке

 

 

 

Рис. 9.7. Стержневой элемент структурной конструкции типа «Кисловодск» в сборе: 1 – электросварная труба; 2 – муфта из шестигранника; 3 – высокопрочный болт; 4 – штифт d=4мм; 5 – шайба (размеры без скобок относятся к секции 30х30м, в скобках – к секции 36х36м)

 

 

Рис. 9.8. Узловой элемент «коннектор» структуры типа «Кисловодск»:      а – полумногогранник, б – целый многогранник (размеры без скобок относятся к секции 30х30м, размеры в скобках – к секции 36х36м)

 

 

передачу сжимающего усилия. Передача растягивающего усилия осуществляется через сечение болта нетто (по резьбе). Стержни систем «МАрхИ» и «Кисловодск» обладают высокой компенсационной способностью (возможность сборки, не взирая на неточности изготовления стержня по длине). Системы сборно-разборные с трудоемкостью монтажа 1…1,5 чел.´ч/м² площади покрытия.

Пространственные конструкции системы «МАрхИ» используют [10] унифицированные стержни и узловые коннекторы. Стержни из круглых труб сечениями  имеют длину 1.5; 2.0; 3.0 м. Общее число рекомендуемых сечений унифицированных стержней . При длине стержней 3 м высота сечения пространственной конструкции между поясами равна 2.12 м. Коннекторы двух типов 120´120 и 150´150 мм имеют форму многогранника по числу входящих в него болтов.

Примеры построенных зданий с применением плоских пространственных стержневых конструкций представлены в [8, с.138…140].