Пространственные конструкции покрытий зданий.
Стержневые плиты (структуры)
В современном строительстве получили распространение сетчатые системы регулярного строения, называемые структурными конструкциями или просто структурами. Структурные конструкции применяются главным образом в виде плоских покрытий большепролетных общественных и производственных зданий; реже они применяются в криволинейных покрытиях (сводах, куполах и т. п.). Плоские структуры представляют собой конструкции, образованные из различных систем перекрестных ферм.
Структуры, образованные из перекрестных ферм, идущих в трех направлениях (см. рис. 18.2, а), имеют статически неизменяемые кристаллы, могут работать на кручение и поэтому являются наиболее жесткими. Структуры, образованные из ферм, идущих в двух направлениях (см. рис. 18.2,6), имеют статически изменяемые кристаллы, они не работают на кручение и поэтому менее жестки. Структуру из ферм, идущих в двух направлениях, можно усилить диагоналями в угловых зонах (см. рис. 18.2, в).
Цилиндрические односетчатые оболочки.
Односетчатые оболочки, перекрывающие прямоугольное в плане помещение, проектируют в виде цилиндрической поверхности (рис. 18.7), по которой расположены стержни, образующие сетки различной системы (рис. 18.8). Наиболее проста сетка ромбического рисунка (рис. 18.8, а), которую просто получить из легких стандартных стержней. Однако ромбическая сетка, не имеющая продольных элементов, не обеспечивает необходимой жесткости конструкции в продольном направлении. Такая конструкция работает как свод в поперечном направлении (с пролетом В), передавая нагрузку на продольные стены (вдоль стороны L). Распор свода должен восприниматься стенами или затяжками, соединяющими обвязки свода, укладываемые на стены. Стержни могут быть из прокатных или штампованных профилей, из труб, а в мощных сводах — решетчатой конструкции по типу прутковых прогонов или фермочек небольшой высоты. Стержни составляют угол 45—60° с направляющей цилиндрической поверхности. Цилиндрическая поверхность и регулярность сетчатой схемы обеспечивают стандартность всех стержней и узлов, в чем заключается основное преимущество конструкции.
Жесткость конструкции при наличии в сетках продольных элементов (см. рис. 18.8,6) существенно увеличивается; конструкция может работать как оболочка пролетом L. Опорами оболочки могут служить торцовые стены или четыре колонны с торцовой диафрагмой. Чтобы увеличить жесткость оболочки, целесообразно крайние свободные грани усилить вертикальными и горизонтальными бортовыми элементами. Наиболее жесткими и выгодными с точки зрения расхода стали являются сетки, у которых есть и продольные, и поперечные стержни (ребра), а решетка направлена к ним под углом 45°.
Двухсетчатые оболочки.
Двухсетчатые оболочки образуются системами перекрестных ферм, связанных по верхним и нижним поясам дополнительными связями — решеткой. Двухсетчатые обладают большей жесткостью и несущей способностью, так как в них верхняя и нижняя сетчатые системы работают как обычные оболочки, т. е. распределённые внутренние усилия в двух направлениях, передают значительную долю нагрузки непосредственно на опоры, разгружая таким образом соединяющую криволинейные плоскости решетку. Жесткость продольных ферм (поясов и решетки) существенно увеличивает эффект продольной передачи усилий; жесткость поперечных ферм существенно уменьшает деформативность контура поперечного сечения оболочки. Двухсетчатыми оболочками можно перекрывать пролеты до 500 м, используя для стержней прокатные уголковые профили из стали с R = 22О...24О МПа и до 700 м — из стали с R = 375...400 МПа.