Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Конструктивные системы зданий




Общие принципы проектирования несущих конструкций зданий

Конструктивные системы зданий

Конструктивное решение здания, также как и объемно-планировочное, должно быть функционально и технически целесообразным, экономичным в строительстве и эксплуатации. Кроме того, как отмечалось, конструктивное решение должно отвечать всем многообразным требованиям прочности, устойчивости, долговечности, пожарной безопасности и благоустройства.

Конструктивные элементы, из которых состоит остов здания, т.е. несущие конструкции, размещаются в строго определенном порядке, образуя конструктивную систему, способную воспринимать все внешние силовые воздействия и передавать их на основание здания.

Т.о. конструктивная система представляет собой совокупность взаимосвязанных несущих конструкций здания, обеспечивающих его прочность, жесткость и устойчивость.

Конструктивные системы различаются по форме, устройству и характеру работы, т.е. по способу распределения и передачи усилий, возникающих от внешних воздействий.

Известны три конструктивные системы зданий:

- стоечно-балочная;

- арочная (сводчатая);

- висячая (вантовая).

Простейшая и вместе с тем наиболее распространенная в строительстве – стоечно-балочная конструктивная система (рис. 3.1.).

Рис. 3.1. Элементы стоечно-балочных конструктивных систем: а – балка на двух опорах; б – плита (горизонтальная панель); в – плита, опирающаяся по контуру; г – стойка (колонна, столб); д – плита (вертикальная панель); е – рама с шарнирным опиранием ригеля; ж – рама с жесткими соединениями; з – каркас с элементами жесткости; и – стеновой конструктивный тип; 1 – шарнирное сопряжение; 2 – жесткое сопряжение; элементы жесткости; 3 – рама; 4 – стена; 5 – связи; 6 – каркас с шарнирным сопряжением; 7 – перекрытие (горизонтальные связи).

 

Элементами этой системы являются балка и стойка (рис. 3.1.. а, г).

Балка – прямой брус, опирающийся на одну или несколько опор и загруженный в основном вертикальной нагрузкой.

Балка свободно лежащая на двух опорах и перекрывающая один пролет называется разрезной, несколько пролетов – неразрезной, многопролетной (рис. 3.1. а, е).

Стойка (столб, колонна) – прямой брус, используемый в качестве вертикальной опоры (рис. 3.1. г).

Балка работает на изгиб, свайно передает нагрузку на фундамент, при этом в ней возникают сжимающие и часто изгибающие усилия.

Ряд балок или стоек, как бы расположенных вплотную друг к другу и жестко связанных между собой образуют стену (рис. 3.1. д) и плиту (рис. 3.1. б).

Стоечно-балочная конструктивная система может быть плоскостной (все элементы расположены в одной плоскости) и пространственной (каркас здания).

Деление на плоскостные и пространственные условно, поскольку конструктивные элементы здания всегда образуют пространственную систему. Однако для упрощения конструирования и расчета конструкция условно расчленяется на плоскостные системы или элементы.

Стоечно-балочная конструктивная система из плоских элементов наиболее распространена. Основные преимущества этой системы:

- простота расчленения на сборные элементы;

- облегчение типизации заводского изготовления;

- удобство транспортирования и монтажа.

Но в связи с тем, что элементы этой системы, прежде всего горизонтальные, работают на изгиб, неэффективно используется материал конструкций. Например, отношение высоты элементов перекрытий к их пролету для обеспечения требуемой жесткости для железобетонных плит перекрытий, опертых по всему контуру, должно быть не менее 1/30-1/40, а для балочных 1/20-1/30.

Вторая конструктивная система зданий – арочная (сводчатая). Простейшая криволинейная плоская система – арка– брус, имеющий в продольном направлении криволинейное очертание (окружности, параболы и т.п.) (рис. 3.2. а). В арке возникают сжимающие и только при определенных условиях изгибающие усилия. Поэтому в арках материал работает более эффективно и ими можно перекрывать значительно большие пролеты, чем балками.

Арка передает на опоры не только вертикальные силы, но и горизонтальные, так называемый распор, который может быть погашен устройством затяжки– элемента, затягивающего пяты арки и работающего на растяжение.

 

Рис. 3.2. Арочная (сводчатая) конструктивная система: а – арка; б – цилиндрический свод; г – сомкнутый свод; д – купол; е – парусный свод; ж – пологая оболочка; з – бочарный свод; и – лотковый свод; к – поверхность в форме гиперболического параболоида; л – покрытие из четырех оболочек в форме гиперболического параболоида; 1 – затяжка; 2 - распалубка; 3 – щека.

 

Помимо арочной (плоскостной) применяется сводчатая (пространственная) конструктивная система (рис. 3.2. в-л).

Особенность статистической работы ее состоит в том, что восприятие внешних нагрузок, прочность и устойчивость конструкции обеспечивается за счет работы материала в двух направлениях и пространственной формой конструкции, без подразделения характерного для плоских систем на основные и встроенные несущие конструкции и без последовательной передачи усилий от второстепенных элементов к основным. Благодаря этому в пространственных конструкциях материал работает более эффективно. Несущая способность пространственной конструкции определяется не величиной поперечного сечения несущих плоских элементов, а главным образом, пространственной формой конструкции. Так для купольных железобетонных покрытий толщина сечения составляет всего 1/500-1/750 пролета.

К основным недостаткам этих систем относится:

- монтаж, пространственных конструкций требует, как правило, устройства лесов, которые при большой высоте требуют дополнительных затрат материалов и времени (до 40%);

- для пространственных металлических стержневых систем не требуется возведения лесов, но значительные затраты металла.

Третьей, возникшей уже в ХХ веке, конструктивной системой зданий является висячая (вантовая) (рис. 3.3.). Основным несущим элементом для висячих конструкций могут служить металлические канаты, тросы или, как обычно их называют, ванты, металлические полосы и целые листы из стали и алюминия (мембраны), металлический прокат, синтетические и другие материалы. Они закрепляются по концам на опоры, провисают, образуя линию гибкой нити и работают на растяжение. Прочность материала в висячих конструкциях используется наиболее полно: стальной лист толщиной 1мм позволяет покрыть круглое здание диаметром 100 м; толщиной 2 мм – 200 м и 3 мм – 300 м при расчетной нагрузке 200 Н/м2. 1 мм толщины листа на 0,785 d2 квадратных метров перекрываемой площади: 7850, 31400 и 70650м2 соответственно. Ребристым, работающим на изгиб настилом, штампованным из листа той же (1 мм) толщины, можно перекрыть пролет не более 3 м, или 1,5-3 м2. Для выпуклой и потому противоестественной конструкции оболочек, в которых материал работает преимущественно на сжатие, их толщину приходится увеличивать в десятки раз из расчетов на устойчивость против требуемой из расчета на прочность. Стрела провисания меньше стрелы подъема и поэтому строительная высота вогнутых висячих конструкций меньше, чем выпуклых. И все же. Все же подъемистая и торжественная, свободная взгляду и привычная как небо над головой парящая форма будь то иракского свода Так и Кесра, куполов римского Пантеона и константинопольской св. Софии или оболочки парижского выставочного дворца всегда будут соперничать с висячими покрытиями, сама форма которых хоть и естественная, но ассоциируется с едва ли не аварийным ее провисанием от нагрузки. Красота и целесообразность дополнительны, но иногда все же противоположны.

Рис. 3.3. Схема висячей конструктивной системы: 1 – висячее покрытие; 2 – опорные железобетонные балки; 3 – наклонная оттяжка; 4 – тарельчатый анкер; 5 – стойка; 6 – вертикальная оттяжка; 7 – железобетонная распорка; 8 – анкерная балка; 9 – фундамент

 

Висячие конструкции передают на опоры не только вертикальные, но и горизонтальные усилия, направленные внутрь сооружения. Для их восприятия необходимо устройство оттяжки, надежно заанкеренных в грунте (рис. 3.3., рис. 3.4.) или мощного жесткого опорного контура (рис. 3.5.).

Рис. 3.4. Схема висячего покрытия с плоскими несущими элементами

 

 

Рис. 3.5. Схема однопоясного висячего покрытия: а – разрез; б – аксонометрия; 1 – стальные тросы; 2 – железобетонный опорный кольцевой контур; 3 – центральное стальное опорное кольцо; 4 – фонарь (световой или аэрационный); 5 – колонны; 6 – ограждающая конструкция; 7 – внутренний водосток

 

Опорные контуры висячих покрытий могут быть двух видов незамкнутые и замкнутые.

Незамкнутый опорный контур характерен для висячих покрытий прямоугольных зданий с опорами в виде колонн, расположенных по двум сторонам этот вид покрытий носит название «палаточный». Замкнутый опорный контур может иметь прямоугольную, круглую, эллиптическую и овальную форму с устройством опорного кольца по всему периметру здания.

В висячих покрытиях по тросам укладывается ограждающая конструкция из железобетонных плит, деревянных щитов, легких гибких листов (волнистого алюминия, стали, пластмасс и др.).

По ограждающей конструкции устраивается кровля при необходимости по пароизоляции и утеплителя.

Кроме уже отмеченных к достоинствам висячей конструктивной системы относятся:

- стрела прогиба 1/15-1/25 пролета по сравнению с пологими выпуклыми поверхностями (1/5-1/18 пролета) значительно уменьшает строительный объем здания;

- широкие возможности для разнообразных архитектурно-пластических решений;

- поверхность способствует рассеиванию звуковой энергии;

- возможность возведения без лесов и подмостей.

Выбор конструктивных систем – один из основных вопросов, решаемых при проектировании зданий. Конструктивные элементы зданий, строительные конструкции, их архитектурная форма и конструктивная сущность находятся в тесной зависимости от материала, из которого они выполнены, а также от нагрузок, которые на них воздействуют, размера перекрываемых пролетов, если рассматривать пролетные конструкции. Зависят от уровня знаний в области строительной механики и ее разделов сопротивления материалов и теории упругости, от доступности тех или иных методов их возведения. Зависят и от моды.

 







Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 2563. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2020 год . (0.004 сек.) русская версия | украинская версия