Тема 3.10. Конструкции большепролетных покрытий общественных зданий

Все конструктивные системы покрытия можно рас­сматривать с двух позиции, оказывающих влияние на архитектурный облик всего здания. Во-первых, с позиции работы конструкции в одном, двух или нескольких направлениях одновременно, и тогда мы делим их на плоскостные и пространственные. Во-вторых, с позиции отсутствия или наличия распора в конструкции, и тогда мы имеем дело с безраспорными и распорными конструкциями.

Плоскостными называют конструкции, работающие только в одной вертикальной плоскости, проходящей через опоры; к ним относятся балки, фермы, рамы, арки.

В отличие от плоскостных пространственные покрытия рабо­тают одновременно в двух или нескольких направлениях. К ним относятся: оболочки, складки, висячие покрытия, пневматические конструкции и др.

У распорных конструкций под влиянием собственной массы и внешних вертикальных нагрузок на опорах возникают помимо вер­тикальных еще и горизонтальные составляющие реакций, именуемые распором. Безраспорными конструкциями называюттакие, у которых горизонтальные составляющие опорных реакций отсутствуют.

Балки и фермы представляют собой основные виды безраспор­ных плоскостных конструкций (рис. 3.61).

Железобетонные балки заводского изготовления для пролетов! 2,15, 18 м являются наиболее простыми несущими конструкциями; они получили наибольшее распространение благодаря экономному расходу металла, простоте монтажа и соответствию противопожар­ным нормам. Разработано несколько типов бапок для горизонтать- ных и скатных с небольшим уклоном (до 1: 5) покрытий. Сечение таких балок принимается прямоугольным (при L < 12 м), тавровым или двутавровым (при L > 12 м).

1 — односкатная балка; 2 — двускатная балка; 3 — решетчатая балка; 4 — сегментная раскосная ферма; 5 — арочная безраскосная ферма

 

Стальные фермы обычно применяют при пролетах 12—18 м и выше.

Очертание стальных ферм может быть разнообразным, чаще все­го применяют трапециевидные двускатные, с параллельными пояса­ми и др. В верхнем поясе фермы раскрепляются железобетонными плитами покрытия, привариваемыми к узлам верхнего пояса. В ниж­нем поясе и в вертикальной плоскости над опорами фермы раскрепляются металлическими связями. Конструируют металли­ческие фермы с применением прокатных уголков и швеллеров. При пролетах более 40 м и при больших нагрузках эти профили рацио­нально заменить трубчатыми или коробчатыми сечениями.

«

В пространственных покрытиях в отличие от плоскостных их тонкая плита оболочки работает на сжатие, а растягивающие уси­лия сосредоточены в контурных элементах, работающих в разных плоскостях. Основными видами пространственных покрытий являются оболочки, складки, шатры, висячие и пневматические покрытия.

Оболочки бывают одинарной и двоякой кривизны. Первые представляют собой цилиндрические или конические поверхности. Оболочки двоякой кривизны могут быть и оболочками вращения с криволинейной образующей (купол, гиперболический параболоид, чллипсоид вращения).

На рис. 3.62 показаны основные формы сводов.

По структуре оболочки бывают гладкие, волнистые, ребристые, сетчатые (рис. 3.63). Изготовляют их из монолитного или сборного железобетона. В сборных конструкциях помимо железобетона ис­пользуют асбестоцемент, металл, пластик. Ребристыми являются обо­лочки^ которых тонкая криволинейная стенка усилена ребрами. Сет­чатая оболочка состоит только из ребер или стержней, промежутки между которыми заполняют ненесущим материалом (стеклопласти­ком, пленкой). Гладкие железобетонные оболочки выполняют все­гда монолитными. Железобетонные и металлические оболочки прим еняют для устройства покрытий пролетом до 100 м и более.

Цилиндрические оболочки опираются на торцовые и промежу­точные диафрагмы, которые жестко с ними связаны, обеспечивая тем самым устойчивость всей оболочки. Бочарные оболочки в от­личие от цилиндрических имеют продольную ось не прямолиней-

а б с Рис. 3.62. Основные формы сводов: а — гладкий свод и его опорные реакции; б — ребристый; в-д — сомкнутый; е — зеркальный; ж — цилиндрический; з — крестовый

Рис. 3.63. Своды-оболочки: а — цилиндрическая; б — цилиндрическая многоволновая; в — сплошная диафрагма жесткости; г — рамная диафрагма; д — арочная диафрагма; е, ж — бочарный свод-оболочка; з — схема монтажа бочарного свода; и — сетчатые оболочки; 1 — оболочка; 2 — диафрагма жесткости; 3 — ребро жесткости; 4 — подвески; 5 — затяжки

 

ную, а изогнутую по кривой с выпуклостью кверху, которая чаще всего очерчена по окружности. Сферические оболочки представля­ют собой часть поверхности шара и чаще всего имеют форму купо­ла, опирающегося по всему периметру или на отдельно стоящие опоры, расположенные по периметру. Они могут быть монолитны­ми и сборными.

Складки и шатры — пространственные покрытия, образованные плоскими взаимно пересекающимися элементами (рис. 3.64). Их при­меняют для зданий пролетами до 40 м. Складки обычно состоят из ряда повторяющихся в определенном порядке поперек пролета эле­ментов, опирающихся по краям на диафрагмы жесткости. Шатры перекрывают прямоугольное в плане пространство смыкающимися кверху с четырех сторон плоскостями. Толщина плоского элемента складки должна быть не менее '/₂₀₀ пролета, высота — не менее '/₂₀, а ширина грани — не менее '/₅ пролета.

а б в Рис. 3.64. Складки и шатры: а — складка пилообразная; б — то же трапециевидного профиля; в — то же из однотипных треугольных плоскостей; г — шатер на прямоугольном основании с плоским верхом; д — складка сложного профиля; е — многогранный складчатый свод; ж — складка-капитель; з — четырехгранный шатер; и — многогранный шатер; к — складчатый купол; л — сборная складка призматического типа; м — сборная стяжка с затяжками

 

Висячие покрытия отличаются наиболее экономичным расходом металла, работающим только на растяжение (рис. 3.65). Они бывают: седловидными по аркам; седловидными с опиранисм на изогнутый контур; в виде гиперболического параболоида с жестким контуром и т.д. Основными элементами висячего покрытия являются: несущие тросы, жесткий опорный контур, оттяжки, опорные мачты.

Пневматические покрытия (рис. 3.66) позволяют перекрывать пролеты до 30 м и бывают трех основных видов: воздухоопорные оболочки, пневматические каркасы и пневматические линзы.

Воздухоопорные оболочки представляют собой баллоны из про­резиненной или синтетической ткани, внутри которых создается давление воздуха 0,002—0,005 МПа. Эксплуатируемое помещение находится внутри баллона, и попасть в него можно только через шлюз. Этот вид покрытия широко применяют для устройства поле­вых лабораторий, спортивных сооружений.

а б в Рис. 3.65. Типы висячих покрытий: а — седловидное по аркам; б — то же с опиранием на изогнутый контур; в — гиперболический параболоид (гипар) с жестким контуром; г — то же с контуром в виде троса-подбора; д — то же по вертикальным аркам; е — покрытие с опиранием на жесткий опорный диск или объем и наклонную арку; ж — тентовое покрытие с опиранием на жесткий диск и устойчивую стенку; з — то же с опиранием на несущие и стабилизирующие тросы; и — покрытие, опертое по продольной оси на два главных троса пролетом 126 м; 1 — несущие тросы; 2 — предварительно напряженные стабилизирующие тросы; 3 — жесткий опорный контур; 4 — оттяжки; 5 — стойки-оттяжки; 6 — опорные мачты; 7 — трос-подбор; 8 — опорные арки; 9 — опорный объем; 10 — тент; 11 — устойчивая стена; 12 — опорный узел; 13 — железобетонные балки-распорки; 14 — главные тросы, поддерживающие сетчатое покрытие

 

Пневматические каркасы, представляющие собой удлиненные баллоны с избыточным давлением воздуха 0,03-0,07 МПа, изготов­ляют в виде арок. Ряд арок образует непрерывный свод. При уста­новке опор с шагом 3—4 м поверх натягивается водонепроницаемая ткань.

Рис. 3.66. Типы пневматических покрытий: а, б — воздухоопорные; в — пневматическая линза; г — фрагмент стеганой конструкции; д, е — каркасные пневматические сводчатые покрытия; ж — пневматический арочный купол; 1 — воздухонепроницаемая оболочка; 2 — окно-иллюминатор из органического стекла; 3 — анкеры-штопоры для крепления к грунту; 4 — шлюз; 5 — «тяж-простежка»; 6 — стальной опорный пояс линзы; 7 — растяжка для придания продольной устойчивости и поддержки тента покрытия

 

Пневматические линзы выполняют в виде больших подушек, заполненных воздухом с избыточным давлением 0,002—0,005 МПа и подвешенных краями к жесткой каркасной конструкции. Их ис­пользуют для устройства летних театров и других сооружений вре­менного или передвижного характера.