Пространственные покрытия промышленных зданий (оболочки, купола, висячие покрытия)

По расходу бетона оболочки экономичнее плоских систем на 30%, по расходу металла - на 20%.

Оболочки в металле могут выполняться цельнометаллическими, где оболочка выполняет функции несущей и ограждающей конструкции.

Однослойные металлические оболочки выполняются из стального или алюминиевого листа. Для увеличения жесткости оболочек иногда вводятся поперечные рёбра

Оболочки бывают одинарной и двоякой кривизны.

Оболочки одинарной кривизны. К оболочкам одинарной кривизны относятся оболочки с цилиндрической и конической поверхностью. (рис. 9.1 а-в).

Цилиндрические оболочки имеют круглое, эллиптическое или параболическое очертание и опираются на торцевые диафрагмы жесткости, которые могут быть выполнены в виде стен, ферм, арок или рам. (рис. 9.1 а, б).

Длинные цилиндрические оболочки.По продольным краям длинных оболочек предусматриваются бортовые элементы (рёбра жесткости), в которых размещается продольная арматура, позволяющая работать оболочке вдоль продольного пролёта подобно балке.

Длина волны l длинной цилиндрической оболочки обычно не превышает 12 метров.

Сборные длинные цилиндрические оболочки членятся обычно на цилиндрические секции, бортовые элементы и диафрагмы жесткости.

Короткие цилиндрические оболочки по сравнению с длинными имеют большую величину длины волны и стрелы подъёма. Короткие сборные оболочки выполняются из плоских элементов как показано на рисунке 9.1 д,7. На рисунке 9.1 г показаны основные элементы длинной цилиндрической оболочки.

Среди оболочек двоякой кривизны можно выделить две группы:

оболочки с одинаковым направлением одной и другой кривизны - купола, оболочки с поверхностью переноса – эллиптические параболоиды, сферические оболочки и др. (рис.10.1);

оболочки с противоположным направлением второй кривизны – коноиды, однополые гиперболоиды, гиперболические параболоиды (рис.8).

Купола. Купол, в основании которого круг, имеет поверхность, образованную вращением кривой линии (арки) вокруг центральной вертикальной оси. В зависимости от образующей кривой купола могут иметь сферическую форму, параболическую, стрельчатую и эллиптическую. Купола неблагоприятны в акустическом отношении, т.к. форма покрытия способствует фокусированию звуковой энергии.

Распор от купола, воспринимается нижним опорным кольцом, работающим на растяжение, выполняемым из железобетона или металла. В верхней части куполов может устраиваться отверстие для световых и аэрационных фонарей. Это отверстие обрамляется верхним опорным кольцом, испытывающим сжимающие усилия.

Современные купола: гладкие, ребристые, ребристо-кольцевые, сетчатые, волнистые, складчатые и геодезические (рис. 10.1, а-е).

Гладкие купола (рис. 10.1, а) имеют гладкие внутреннюю

и внешнюю поверхности и осуществляются, из ж.б. монолит. констр-ций.

Ребристые купола (рис.10.1, б) образуются при помощи полуарок прямоугольного сечения или сегментных ферм (ребер), по которым укладывается ограждающая конструкция. Ребра опираются на нижнее растянутое кольцо и верхнее сжатое опорное кольцо.

Ребристо-кольцевые купола (рис. 10.1, в), помимо меридиальных ребер, имеют соединенные с ними гориз-ные кольца, придающие конструкции пространст. жесткость и воспринимающие усилия распора.

Сетчатые купола (рис.10.1,г) представляют собой системы стержней (прямолинейных или изогнутых) с узловыми соединениями вписанными в сферическую поверхность. В качестве стержней используются стальные и алюминиевые трубы. Сетчатая конструкция обеспечивает единство пространственной работы системы.

Геодезический купол (или многогранный) представляет собой многогранник, по форме близкий к сферической поверхности (рис.10.1,д), грани которого треугольные, ромбические или много-угольные элементы.

Волнистые (и складчатые) купола (рис.10.1,е) имеют поверхность, состоящую из оболочек двоякой кривизны или складок, сходящихся к полюсу купола. Пространственная жесткость таких покрытий обеспечивается ребрами, образующимися по линиям пересечений оболочек от опор до полюса купола.

Оболочки с поверхностью переноса применяют при покрытии прямоугольных или многоугольных в плане помещений. Опираются такие оболочки на диафрагмы по всем сторонам многоугольника. (рис. 10.1,ж).

Сферические парусные оболочки (парусный свод) образуются в том случае, когда сферическая поверхность ограничивается вертикальными плоскостями, построенными на сторонах квадрата. Диафрагмы жесткости в этом случае одинаковы для всех 4 сторон (рис. 10.1,з)

Вспарушенные, и пологие оболочки широко используются в покрытиях зальных помещений прямоугольной формы в плане (крытые рынки, выставки и др.). Как правило, оболочки выполняются, в сборных конструкциях (рис. 10.1 и, к).

10.3.Оболочки с противоположным направлением одной и другой кривизны.

К ним относятся коноиды, однополые гиперболоиды вращения и гиперболические параболоиды.

Рис. 10.2. Оболочки с противоположным направлением Рис. 10.3 Схемы висячих покрытий с плоскими несущими

кривизны конструкциями

а – коноид; б, б1 – однополый гиперболоид (б1 – гипер- а – однопоясное висячее покрытие; б, в – тоже, двухпояс- болическая оболочка); в – гиперболический параболоид; ное (б – ферма с неперекрещивающимися поясами;

1 – направляющая – круг, парабола; 2 – направляющая в – тросовая ферма с перекрещивающимися поясами);

- прямая; 3 – образующая - прямая г, д – схемы восприятия распора (г – наклонными рамами

ми; д – наклонными рамами – трибунами)

Рис. 10.4 Схемы пространственных висячих покрытий а – однопоясное; б,в – двупоясное (б – выпукло – вогнутое; в – выпукло –вогнутое с перекрещивающимися тросами); центральное стальное кольцо; 2 – 1 с.б. кольцевой контур; 3 – колонны; 4 – внутренний водосток.

Рис. 10.1 Оболочки двоякой гауссовой положительной кривизны а – гладкий купол; б – ребристый купол; в – ребристо – кольцевой купол; г – сетчатый купол; д – геодезический или многогранный купол; е – вол- нистый купол; ж, з – оболочки двоякой положительной кривизны; ж- обо- лочка с поверхностью переноса (эллиптический параболоид); з – тоже сфе- рическая оболочка; и, к – сборные оболочки; 1 – парабола (направляющая); 2 – эллипс, круг (образующая; 3, 4 – круг, парабола (образующие или нап- равляющие); 5 – круг, парабола (образующая); 6 – диафрагма в виде ферм; 7 – криволинейные сборные элементы, 8 – плоские элементы.