Особенности проектирования большепролетных конструкций общественных и промышленных зданий

Общие сведения

А) общественные здания

· По назначению

· По этажности

· По планировочному решению

· По конструктивным схемам

· По физико-техническим признакам

Б) Промышленные здания

· По технологии

· По этажности

· По планировочному решению

· По конструктивным схемам

· По подъемно-транспортному оборудованию

· По пожарной безопасности

· По санитарной характеристики

Типы общественных зданий

· Специализированные

· Универсальные (многофункциональные) здания

· По назначению: Культура, спорт, искусство, торговля

· По функции: спланированное, универсальное

· По вместимости: малый, средний, большой

· Эвакуация: непрерывная (вокзал), кратковременная (театр)

· Строительный тип: открытый, крытый, полуоткрытый, комбинированный

· Несущие конструкции: плоскостные, пространственные

 

Понятия о плоскостных и пространственных конструкциях. Характеристика, преимущества, недостатки.

Плоскостные конструкции.

В плоскостных конструкциях - все элементы работают под нагрузкой автономно, как правило, в одном направлении и не участвуют в работе конструкций, к которым они примыкают.

Работа плоских конструкций основана на использовании физико-химических материалов.

Материалы: ж/б, сталь, алюминий, дерево (до 12-18 м), метало-деревянные конструкции.

Недостатки: недостаточно впечатляет, дополнительные расчет на прогиб.

Преимущества: элементы более технологичны в изготовлении (чем пространственные), процесс возведения проще.

Основная форма плана: квадрат и прямоугольник.

 

Стропильные фермы

Стержневые конструкции, нижний пояс, верхний пояс, раскосы.

Материал: деревянные, металлические, смешанные

 Различают: сегментные, арочные, с параллельными поясами, полигональные, треугольные.

-пролет до 36 м 1/6...1/8 (отношение длины к высоте)— ж/бетон

пролет до 36 м 1/6...1/8 — металл

пролет до 48 м (до100м) 1/10...1/12 — металл

 

Сегментная фера

Арочная ферма

С паралленльными поясами

Полигональная ферма

Треугольная ферма

Металлическе конструкции:

Ферма из круглых труб

Ферма из двух полуферм

Ферма рыбка

2.2.3. Подстропильные конструкции: балки и фермы. Характеристика. Примеры применения.

Подстропильные конструкции применяют для опирания стропильных конструкций в тех случаях, когда шаг средних колонн больше шага крайних колонн.

 Подстропильные конструкции устанавливаются вдоль пролета на средние колонны.

Существуют железобетонные подстропильные фермы при шаге колонн 12 м и стальные подстропильные фермы при шаге колонн от 12 до 24 м.

Подстропильные балки с

Для скатной и плоской кровли разработны применительно к стропильным балкам пролетами 12 и 18м.

Основные габариты

Пролет складчатой конструкции (расстояние между диафрагмами): 12-36 м.

Длина волны: до 12м

Высота складки: 1/10, 1/20 пролета

Толщина плит-граней из сборного ж/б: 50-60 мм

                                     Из армоцемента: 20-30 мм.

 

Для покрытия залов общественного назначения применяют сборные крупноразмерные однопролетные длинные складки (арх. Выразительность интерьеров).

Деревянные складки

По конструктивному исполнению могут быть:

· сплошностенчатыми

· ребристыми

Сплошностенчатые – сечение покрытия сплошное, плиты складок представляют собой склеенные пакеты досок.
Применяются складки в виде плит, обшитых с обеих сторон фанерой или листовым пластиком. Каркас плиты состоит из продольных, поперечных и диагональных ребер. Пустоты заполняют утеплителем.

Пролет деревянных складок (обычно треугольного профиля): до 24-30 м.

Высота складок: 1/4 - 1/10 пролета

Угол наклона плит к горизонтали: 20-45 градусов.
Толщина плит: 100-150 мм

 

Примеры применения складчатых конструкций в архитектуре:

Курский вокзал в Москве

Советский павильон на ЭКСПО-70

Здание Даниловского рынка в Москве

 

 

2.3.2. Оболочки нулевой (положительной) и отрицательной (двоякой) кривизны. Купола. Что называется, оболочкой. Материал, габариты. Привести примеры покрытий с различной формой плана.

Оболочка – это криволинейная, тонкостенная конструкция, толщина которой очень мала по сравнению с остальными размерами.

Материалы: ж/б, аргоцемент (дороже), клеедеревянные, металлические (реже)

Габариты: пролет от 24 м до 100,180,200м.

Методы возведения: сборные(ж/б), монолитные, сборно- монолитные.

Способы опирания: длинные опоры или на стены фундамента.

По форме: разнообразны

По способу образования:
1. Способ переноса. Перенос образующей линии прямолинейной или криволинейной, вдоль направляющей, лежащей в плоскости перпендикулярной плоскости образующей.

2. Способ вращения. Вращения вокруг оси, лежащей в ее плоскости.

По кривизне:

- нулевая или положительная кривизна (пологие и цилиндрические оболочки)

- отрицательной или двоякой кривизны (жесткие оболочки –гипары, гиперболические параболоиды)

А) оболочка нулевой кривизны

Б) оболочка положительной кривизны

В) покрытие из составных гипаров

Г) схема из сочетания гиперболических параболоидов

I – составляющие оболочки

 

 

 

а, г – нулевой; б, д – положительной; в, е – отрицательной гауссовой кривизны;

 

Оболочки в виде гиперболических параболоидов из крупноразмерных плит: 1 – плиты; 2 – контурные затяжки; 3 – коньковые балки

 

Конструктивные схемы составных оболочек с различной формой плана (размеры в метрах):

а, б – секториальные оболочки с осесимметричным планом;

в – оболочка в виде крестового свода;

г, д – оболочки на вытянутом плане

Купола.

Это пространственная конструкция с криволинейным (чаще круглым) или многоугольным планом. Имеют криволинейное или многоугольное очертание в вертикальной плоскости.

Конструктивные схемы: купола оболочки (гладкие или ребристые), ребристые, ребристо – кольцевые и сетчатые.

Материалы: см. оболочки

Габариты: от 24м до 120м (монолитные ж/б)

А) Монолитный купол (разрез и план): 1 – криволинейная плита, 2 – нижнее опорное кольцо.
Б) Купол из крупноразмерных цилиндрических плит (разрез и план): 1 – плиты, 2 –верхнее кольцо, нижнее опорное кольцо.
В) Ребристо – кольцевой купол (разрез и план): 1 – ребра-полуарки, 2- горизонтально кольцевые балки, 3- криволинейные плиты, 4 – опорное кольцо.

 

2.3.3. Перекрестно – ребристые и перекрестно – стержневые (структурные). Область применения. Основные габариты и варианты опирания конструкций.

Структура – единое целое из частей. Дает широкие возможности формообразования многократно повторяемых одним элементом. Новый аналитический стройматериал в отличии от конструктивного материала.

Преимущества:

-обтекает форму,

-работает в двух или нескольких направлениях,

- небольшая высота (эконом. пространства)

- подвесной потолок – легко прикрепить

- подъемно – транспортное оборудование тоже легко (до 5т)

- на слабых и просадочных грунтах отлично

- в многоугольных планах

Наиболее эконом. Структуры 1:1, 1:1.2

Из металла (прокаты, трубы) сборка на земле, далее поднятие на рабочую отметку, компактная упаковка.

Опирание происходит из нескольких вариантов:

И т.п.

Перекрестно ребристые. Обычные плоские балки и фермы, могут пересекаться в двух или трех направлениях, оч. жесткая связь в узлах. Работа ее приближена к работе одной плиты. (перекрестно – ребристые плиты из балок, а перекрестно – стержневые из ферм)

Материалы.
1. Металлические балки – прокатные, двутавровые. H = 1/25: 1/35 от пролета

2. Деревянные балки. H = 1/16: 1/25 от пролета. (ниже пример крепления)

Так же это бывает пространственная сетка, которая воспринимает крутящие моменты, возникающие при прогибе системы. Жесткие сплошные или решетчатые диски. – ПСПК (металлические перекрестно-стержневые пространственные конструкции):

- система МАРХИ

- ЦНИИСК

- и др.

Экономичность определяется системой узлового соединения, структура «типо модуль»

30х30, 36х36, от 2 до 6 метров, толщина 1, 4
(Тупалев. Звездчатые купола 120 м)

 

снизу слева фото того, как перекрестно стержневые нам показала дудина, а справа скрин из книги пономарева

 

Варианты решения опорных структур.

2.3.4. Висячие (вантовые) и комбинированные конструкции (фермы, однопоясные и двухпоясные, висячие оболочки, подвесные мачтовые и башенные). Характеристика. Область и примеры применения.

Висячими конструкциями – называются конструкции образованные системой тросов (канатов). Работающих в основном на растяжение, как правило конструкция имеет опору на контур.

Преимущества:

- полное использование несущей способности высокопрочной стали

- малый собственный вес

- разнообразие форм и архитектурная выразительность

- высокая сесмостойкость

Недостатки:

-повышенная деформативность

- необходимость устройства дополнительных конструкций для восприятия распора

- относительная трудность водоотвода

Висячие покрытия – покрытия, у которых основная несущая конструкция, перекрываюая пролет. Работает на растяжение.

Вантовые покрытия – покрытия, пролетная часть которых образована сетью несущих гибких нитей (вант) с последующей укладкой на нее ограждающих элементов для обеспечения их совместной работы между собой и с опорным контуром.

 

Комбинированные висячие покрытия – покрытия, пролетная часть которых состоит из гибких вант и жестких элементов, работающих на изгиб.

 

Ванта – прямолинейный или провисающий стержень, работающий на растяжение, не несущий поперечной нагрузки в пролете.

 

Канат – гибкий стержень из тонких стальных проволок, объединенных в систему путем свивки, прошивки, склеиванием и другими способами.

 

Трос – разновидность каната, в котором проволоки свиты в пряди, а пряди – в канат.

 

Материалы

Гибкие нити висячих покрытий обычно выполняют из канатов, а при малых пролетах иногда используют круглую сталь.

Жесткие нити проектируют из фасонного проката, а для мембран применяют тонколистовой прокат (3 − 6 мм).

 Канаты бывают витые и невитые из высокопрочной проволоки диаметром более 1,5 мм (по соображениям антикоррозионной стойкости − и до 6 мм).

 

Канатные- балочные системы.

Висячие покрытия

 

Однопоясные системы

 

Двухпоясные системы

 

Однопоясные покрытия

Двухпоясные покрытия

 

Тросовые сети седловидных поверхностей

 

Преимущества:

1- Малая масса

2- Удобная транспортировка

3- Простота монтажа

4- Конструктивная относительная безопасность

Применение:

- временные сооружения

- павильоны

- в качестве опалубке

Примеры:

 

 

Воздухооперные конструкции

-

Представляют собой знание, в котором объединены стеновая и кровельная части.

Работает засчет избытка давления воздуха.\

После закреплегния контупа оболочки и наполнения ее воздуом конструкция приходит в эксплуатируемое состояние, которое поддерживается центробежными или осевыми вентиляторами.

 

Воздухонесомые конструкции

-

Конструктивные стержневые элементы (стойки, балки, арки и т.п.) или панельные элементы.

Давление воздуха в оболочках создается компрессорами при расзовом или редком периодическом наполнении, что требует очень высокой герметичности оболочки.

 

Функциональное различие между воздухоопорными и воздухонесомыми сооружениями состоит в том, что эксплуатируемое пространство первых находится под избыточным давлением, для вторых остается атмосферным.

Геометрическая форма

Линзы (подушки)

Усиленные канатами или сетями

Стержни

Панели

простые составные сложные            

 

Тентовые покрытия обычно применяются для временных сооружений.

 

 Состоят они из мягкой водонепроницаемой ткани, которая натягивается, закрепляясь одними концами за возвышающиеся опоры, другими — за анкеры в грунте или за оттяжки, за тросы-подборы и т. п.

 

По своей статической работе тенты очень близки сетчатым, предварительно напряженным вантовым покрытиям, но вантовые сетки из металлических канатов могут выдержать значительно более высокие напряжения. Поэтому перекрываемые ими пролеты редко превосходят 10 м.

 

Они представляют собой криволинейные поверхности (гипары), седловидные поверхности и др. Тент может быть натянут и на многопролетный каркас с наклонными стойками.

 

Такой тент в своей верхней части опирается на опорный трос, соединяющий вершины противостоящих наклонных стоек, а в нижней части прижимается накладным тросом.

 

Натяжение тентов производится подтягиванием оттяжек, заанкеренных в грунт, накладных тросов, тросов-подборов и т. п.

 

Тент может иметь сложную поверх­ность, например, состоящую из взаимно пересекающихся гипаров, причем сами линии пересечения, если нет соот­ветствующих накладных тросов, могут быть размытыми, т. е. закругленными.

 

При таком решении концы тента не обязательно должны доходить до уровня грунта, а могут заканчиваться оттяжками, концы которых на некото­ром расстоянии от покрытия были бы заанкерены в грунт.

Тентовые покрытия:

а — конусообразное; б — с поверхностью гипара; в — на опорных арках; г — многоопор­ное с поверхностью гипаров;

1 — тент; 2 — стойка; 3 — трос или шнур-подбор; 4 — крепление к анкерам; 5 — оттяжка; 6 — на­клонные опорные арки; 7 — опорный трос; 8 — накладной, предварительно натянутый трос

 

 

Общие сведения

А) общественные здания

· По назначению

· По этажности

· По планировочному решению

· По конструктивным схемам

· По физико-техническим признакам

Б) Промышленные здания

· По технологии

· По этажности

· По планировочному решению

· По конструктивным схемам

· По подъемно-транспортному оборудованию

· По пожарной безопасности

· По санитарной характеристики

Типы общественных зданий

· Специализированные

· Универсальные (многофункциональные) здания

· По назначению: Культура, спорт, искусство, торговля

· По функции: спланированное, универсальное

· По вместимости: малый, средний, большой

· Эвакуация: непрерывная (вокзал), кратковременная (театр)

· Строительный тип: открытый, крытый, полуоткрытый, комбинированный

· Несущие конструкции: плоскостные, пространственные

 

Особенности проектирования большепролетных конструкций общественных и промышленных зданий

Большепролетные конструкции характерны для одноэтажных или малоэтажных зданий, промышленных и общественных (спортивные залы, дворцы спорта, здания супер- и гипермаркетов).

Особенности:

1. крупнее в плане, капитальные сооружения с оригинальной инженерной конструкцией
2. производственные здания простые в плане
3. каркасная система с сеткой колонн (сборный ж/б, сталь) и большепролетные плоскостные или пространственные покрытия
4. В зальных общественных помещениях используются крупные конструкции перекрытий и покрытий с пролетами от 18 до 30 м
5. большие пролеты при сравнительно небольшой высоте
6. пологие скаты с применением внутренних опор
7. многопролетные здания устраиваются с внутренним водостоком вдоль каждого ряда колонн
8. совмещенное освещение (световые, зенитные фонари)
9. размещение кранового оборудования

 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ (специализированные и универсальные, по назначению, вместимости, строительному типу сооружения, по признакам объемно-планировочной организации, по этажности, по конструктивному решению, по капитальности, по эксплуатационным характеристикам)

Специализированные:

1) образовательные;

2) НИИ и проектные учреждения, здания общественных организаций и управления;

3) здравоохранения и отдыха;

4) спортивные;

5) зрелищные;

6) торговля;

7) транспорт;

8) здания коммунального хозяйства;

9) многофункциональные.

Универсальные:

1) здания многоцелевого назначения с возможностью трансформации. К ним относятся, например, зрелищно-спортивные здания с залами большой вместимости, рассчитанные на проведение большого числа мероприятий;

2) здания с гибкой планировкой - изменение размеров помещений и их перегруппировку.

По назначению:

Культура, спорт, досуг, медицина, образование, искусство, торговля и тд.

По вместимости:

1. Малой (25 тыс.);

2. Средней (30 тыс)

3. Большой (45 тыс и более)

По этажности:

1. Малоэтажные (1-3 этажа)

2. Средней этажности (4-9 этажей)

3. Многоэтажные (10-16 этажей)

4. Повышенной этажности (17-25 этажей)

5. Высотные (25 и более этажей)

По строительному типу сооружений:

Открытые, полуоткрытые, крытые, комбинированные

По объемно-планировочной организации:

а – анфиладная протяженная;

б – анфиладная центрическая;

в – галерейная;

г - коридорная;

д – коридорно-кольцевая;

е – зальная;

ж – комбинированная

По конструктивному решению здания:

1. - каркасная;
2. - бескаркасная (стеновая);
3. - объемно-блочная;
4. - ствольная;
5. - оболочковая.
6. комбинированная / смешанная

По капитальности:

Определяется степенью огнестойкости (5 степеней) и долговечности (4 степени).

По эксплуатационным характеристикам:

1. Отапливаемые
2. Неотапливаемые

Эксплуатационные качества зависят от состава, площади и объема помещений, качества отделки, внутреннего благоустройства, наличия инженерного оборудования: системы водоснабжения, отопления, канализации, освещения и т. п.

 

1.1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ (по производственному назначению, по архитектурно-конструктивным признакам (этажность, характер застройки, конструктивным схемам), пожарной опасности, наличия или отсутствия подъемно-транспортного оборудования, по режиму микроклимата)

По производственному назначению:

1. Производственные, основные технологические процессы предприятия

2. Подсобно-производственные, для вспомогательных процессов производства

3. Энергетические, установки, снабжающие предприятие электроэнергией и т.д.

4. Транспортные, (гаражи, электровозные депо и др.);

5. Складские

6. Санитарно-технические, инженерное оборудование

7. Вспомогательные и общезаводские, административные

 

По этажности:

1. Одноэтажные
2. Двухэтажные
3. Многоэтажные (3 и более этажей)

По характеру застройки:

В зданиях ячейкового типа преобладает квадратная сетка опор с относительно небольшим продольным и поперечным шагом.

В зданиях пролетного типа, наиболее распространенных в практике строительства, ширина пролетов преобладает над шагом опор.

Здания зального типа характерны для производств, требующих значительной площади без внутренних промежуточных опор. В таких зданиях расстояние между опорами может достигать 100 м и более (большепролетные здания).

 

По конструктивным схемам:

а — каркасные;

б — бескаркасные;

в — с неполным каркасом (пилястра – кирпичный выступ);

г — шатровые

 

По пожарной опасности:

1. А, Б – взрывопожаропасные производства
2. В – пожароопасные производства
3. Г – производства несгораемых веществ с выделением лучистого тепла
4. Д – производства несгораемых веществ и материалов
5. Е – взрывоопасное производство (обработка взрывоопасных веществ)

По наличию подъемно-транспортного оборудования:

1. Бескрановое оборудование
2. Крановое:

- Подвесное крановое оборудование (5-10 тонн) (за балки или фермы)

- Спец. подвеска – монорельсы (обслуживание всей площади цеха) (до 10т)

- Мостовые электрические краны (10 тонн и более)

По режиму микроклимата:

Микроклимат – состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое параметрами микроклимата

Параметрами, характеризующими микроклимат являются:

1. Температура воздуха;
2. Температура поверхностей (учитывается температура поверхностей ограждающих конструкций (стены, потолок, пол), устройств (экраны и т.п.), а также технологического оборудования или ограждающих его устройств);
3. Относительная влажность воздуха;
4. Скорость движения воздуха;
5. Интенсивность теплового облучения.

 

2. Большепролетные конструкции.

Общее положение.

1. Большепролетные плоскостные: настилы (фермы и балки, рамы и арки, цилиндрические своды)

2. Большепролетные пространственные конструкции: структуры, складки, оболочки, купола, вантовые конструкции (тросовые), пневматические конструкции.

3. Поиски новых конструктивных решений.

В современном строительном искусстве применяются распорные и безраспорные конструкции.

Распорные - вертикальные и горизонтальные реакции

Безраспорные - вертикальные реакции.

	Плоскостные	Пространственные
Безраспорные		Плиты, опертые по контуру
		перекрестно-ребристые
		перекрестно-стержневые
Распорные		оболочки
		складки
	своды	висячие покрытия