Пространственные большепролетные конструкции

4) структуры – сетчатые системы регулярного строения плоской формы, пространственные фермы, работающие в двух направлениях. За счет большого количества связей имеют повышенную надежность но и повышенную трудоемкость;

5) оболочки – односетчатые или двухсетчатые системы регулярного строения криволинейного очертания на прямоугольном плане. Распор должен восприниматься затяжкой или стенами;

6) купола – сквозные конструкции двоякой кривизны на круглом или многоугольном плане. Распор может восприниматься специальным опорным кольцом, работающим на растяжение;

7) висячие большепролетные конструкции, основой которых является стальная гибкая нить, полоса или мембрана, работающие только на растяжение, на круглом, овальном или прямоугольном плане. Работа стали в гибких нитях и мембранах на растяжение делает их наименее металлоемкими, но требуется работающая на сжатие опорная конструкция, воспринимающая натяжение тросов или мембран. Эти конструкции имеют повышенную деформативность и чувствительны к сосредоточенным нагрузкам [7].

В большепролетных конструкциях в нагрузках на главные несущие элементы значительно возрастает доля от собственного веса конструкций. Это стимулирует использование в них предварительного напряжения. Поэтому в большепролетных покрытиях весьма эффективно применение облегченных кровельных конструкций: профилированного настила, легких утеплителей, пластмасс. Для главных несущих элементов можно использовать стали повышенной прочности и алюминиевые сплавы [5, 7]. Однако повышенные рабочие напряжения в сталях и более низкий (почти в 3 раза) модуль упругости алюминиевых сплавов приводят к повышению деформаций, которые велики в большепролетных конструкциях и сами по себе являются проблемой. Не следует также забывать и о высокой стоимости алюминиевых сплавов.

Размеры большепролетных элементов не всегда допускают транспортировку их частей железнодорожным транспортом, часто поставка идет линейными элементами (россыпью). Это приводит к необходимости организации вблизи стройплощадки сборки крупных монтажных элементов с доставкой их на место монтажа автотранспортом.

Особой заботы в большепролетных покрытиях требует организация водоотвода и уборка снега [5], включая наземные водоприемники. Следует обеспечить герметичность и долговечность кровли.

Подъемно-транспортное оборудование при больших пролетах может быть подвесным и напольным, что требует увеличения площадей и расхода металла.

Необходимость устройства большепролетных покрытий (9 м и более) в основном возникает при проектировании общественных и промышленных зданий. Общественные здания с большими пролетами – это зрелищные, спортивные, торговые, выставочные, учебные и др. здания зального типа. В промышленных зданиях устройство таких покрытий необходимо по требованиям технологического процесса – в цехах с громоздким оборудованием (тяжелое машиностроение), в зданиях ТЭЦ, АЭС, в ангарах для самолетов и т. п. зданиях.

Большепролетные покрытия классифицируются по следующим признакам:

1) по конструктивной системе:

а) плоскостные покрытия:

– большепролетные настилы выполняются пролетами 9, 12, 15, 18 и 24 м в виде тонкостенных железобетонных ребристых плит или плит коробчатого сечения – см. рис. 3.50. Такие настилы одновременно являются несущей и ограждающей конструкцией покрытия и применяются в общественных и жилых зданиях.

 

 

 

Рис. 3.50. Типовые сборные железобетонные настилы покрытий:

а – ребристая;

б – сводчатая;

в – двухконсольная типа 2Т;

г – коробчатого сечения;

д – настил-воздуховод

 

– балки, фермы, арки и рамы (см. рис. 3.51) являются несущими конструкциями в большепролетных покрытиях и устанавливаются на колонны каркаса или на несущие стены здания с шагом 6 или 12 м с последующей укладкой на них плит покрытия или металлического профилированного настила. Пролет балок составляет 9 ¸ 18 м, ферм – 18 ¸ 96 м, рам и арок – 12 ¸ 80 м.

 

 

 

 

Рис. 3.51. Плоскостные несущие конструкции покрытий:

а – типовые сборные железобетонные балки;

б – типовые сборные железобетонные фермы;

в – двухшарнирная металлическая рама пролетом 80 м

 

б) пространственные покрытия:

– своды, купола, оболочки, складки отличаются большим разнообразием форм и применяются при проектировании как общественных, так и промышленных зданий – см. рис. 3.52, 3.53. Большинство данных конструкций покрытий одновременно выполняют несущие и ограждающие функции в здании.

Пространственные большепролетные покрытия являются наиболее перспективными и экономичными. Выбор геометрических форм пространственных конструкций производят с учетом функциональных, градостроительных и эстетических требований, а также условий рациональной статической работы и членения поверхностей на сборные элементы, отвечающие индустриальности изготовления и монтажа.

Пролет пространственных покрытий может составлять 18 ¸ 100 м;

– висячие покрытия, в которых основными несущими конструкциями являются гибкие тросы, воспринимающие только растягивающие усилия – см. рис. 2.43.

Висячие покрытия состоят из трех основных частей: несущей конструкции, опорных контуров и плит ограждения. В качестве несущих конструкций применяются вантовые (тросовые) системы, комбинированные системы из вант и балок, а также вантовые фермы. Висячие покрытия отличаются высокой прочностью, гибкостью, долговечностью, а также малым расходом стали. Данный тип большепролетных покрытий применяется при проектировании общественных и промышленных зданий с пролетами 18 ¸ 100 м.

2) По материалу:

а) металлические;

б) железобетонные;

в) деревянные (пролетом до 30 м).

 

Рис. 3.52. Основные формы большепролетных пространственных покрытий:

а – цилиндрический свод;

б – крестовый свод;

в – сомкнутый свод;

г – купол;

д – парусный свод;

е – пологая оболочка;

ж – бочарный свод;

з – лотковый свод;

и – поверхность в форме гиперболического параболоида;

к – покрытие из четырех оболочек в форме гиперболического параболоида

 

 

Рис. 3.53. Складчатые пространственные покрытия (складки):

а – балочная;

б – арочная

 

Рис. 3.54. Висячие пространственные покрытия:

а – плоское,

б – пространственное двоякой кривизны;

в – пространственное горизонтальное

Развернутая версия:

1. Классификация пространственных конструкций по конструктивной форме:

а) тонкостенные оболочки,

б) ребристые складки и оболочки,

в) сетчатые конструкции,

г) перекрестно балочные системы и структуры.

В основу классификации пространственных конструкций положены геометрическая форма и принципы статической работы.

1) криволинейные (вантовые покрытия, мягкие оболочки);

2) конструкции из прямолинейных элементов, не образующие криволинейную форму (структурные плиты или структуры).

1) Вантовые покрытия (мембраны):

- вантовые двухслойные;

- висячие однослойные.

Мембраны:

- однослойные;

- двуслойные (с вантами).

Мягкие оболочки

- тентовые покрытия;

- ванто-тентовые покрытия;

- пневматические:

пневмопанельные (пневмокаркасные);

воздухоопорные;

оболочки усиленные канатами или сетками.

Оболочки с единой поверхностью:

- положительной гауссовой кривизны:

купола с криволинейным планом;

оболочки с прямоугольным планом;

- нулевой гауссовой кривизны:

длинные цилиндрические оболочки

короткие цилиндрические оболочки

- отрицательной гауссовой кривизны:

гиперболические параболоиды;

коноиды;

гиперболоиды вращения;

- своды:

бочарные;

складчатые;

волнистые;

- сопряженные (составные)

- составные и произвольные формы:

оболочки;

криволинейные складки;

комбинированные.

2) Складки:

- балочного типа

- треугольные и трапециевидные;

- призматические.

Структурные плиты:

- решетчатые (сквозные):

перекрестные фермы двух и трех направлений;

стержневые пирамиды;

складчатая система из плоских или трехгранных ферм;

- пластинчатые (сплошностенчатые).