В) Пространственные конструкции покрытий в виде сводов
Для покрытий большепролётных залов общественных зданий широко применяют пространственные конструкции в виде сводов, оболочек, куполов и складок. Сводчатые конструкции в зависимости от формы и конструктивного исполнения бывают цилиндрическими гладкими, ребристыми, волнистыми и с распалубками, а также сомкнутыми или крестовыми. Распорные усилия от сводчатых конструкций передаются на фундаменты или усиленные стены. Помимо этого опорные элементы сводчатых конструкций (например, крестовых сводов) могут соединяться затяжками.
Материал сводов работает преимущественно на сжатие и их чаще всего выполняют бетонными или железобетонными монолитными, сборными либо сборно-монолитными. Ими можно перекрывать пролёты до 100 м и более.
На рис. 8.12 представлен вариант конструктивного решения сборно-монолитного волнистого свода, перекрывающего выставочный зал пролётом 95 м в г. Турине (Италия).
Рис 8.12. Сборно-монолитный волнистый свод над выставочным залом в г. Турине (Италия) – размеры в метрах: а – поперечный разрез; б – поперечное сечение волнистого свода; 1 – сборные армоцементные элементы волнистого свода; 2 – наклонные опоры; 3 – замоноличенный стык между диафрагмами; 4 – укладываемые по впадинам и гребням арматура и бетон; 5 – диафрагма; 6 – железобетонное ребро; 7 – обрамление светового проёма
Каждая волна данного свода собрана из сборных армоцементных элементов длиной 4,5 м, шириной 2,5 м и высотой 1,45 м, имеющих по наклонным граням световые проёмы, а по концам – диафрагмы жёсткости. Каждые три собранные волны свода по обоим концам опираются на монолитные железобетонные консольные (наклонные) опоры, расположенные с шагом 7,5 м и способные воспринимать распорные усилия. После полного монтажа волнистых элементов по впадинам и гребням волн укладывалась замоноличиваемая арматура.
На рис. 8.13.А показана аксонометрия аэровокзала в г. Сан-Луи (США), имеющего в плане размер 125х37 м и покрытого тремя крестовыми сводами размером 37х37 м каждый. Своды имеют стрелу подъёма в 10 м и опираются по углам на высоте 7,2 м на колонны. Каждый свод имеет по наружным краям консольные напуски в 3,5 м, образующие козырьки над витражами и промежутки между колоннами. Промежутки между сводами и колоннами остеклены. Своды имеют толщину 11,5 см и усилены в местах диагональных пересечений и по контуру рёбрами. Распорные усилия от сводов воспринимаются затяжками, расположенными на уровне опирания сводов на колонны.
Рис. 8.13.А. Покрытие крестовыми сводами аэровокзала в г. Сан-Луи (США)
Волнистой сводчатой конструкцией, опирающейся на несущие стены, усиленные подпорными элементами, покрыты в г. Минске крытые теннисные корты (рис. 8.13.Б).
Г) Пространственные конструкции покрытий в виде оболочек
Оболочки, применяемые для покрытий зальных помещений общественных зданий, бывают одинарной или двоякой кривизны. Они представляют собой жёсткие криволинейные пространственные системы, распор которых воспринимает сама конструкция оболочки. Их выполняют монолитными или сборными из железобетона либо армоцемента, работающих в этих системах преимущественно на сжатие, что обеспечивает существенное снижение расхода металла и бетона по сравнению с плоскостными конструктивными системами. К тому же оболочки можно легко приспособить к различным объёмно-планировочным решениям зальных помещений.
Оболочки одинарной кривизны бывают гладкими, ребристыми или складчатыми цилиндрического или параболического очертания в поперечном сечении, по длине – однопролётными или многопролётными, а по ширине – одноволновыми или многоволновыми (рис. 8.14). По торцам эти оболочки имеют вертикальные или наклонные диафрагмы, жёстко скреплённые с ними и воспринимающие распорные усилия, а также придающие пространственную устойчивость и жёсткость всей конструкции. В продольном направлении оболочки одинарной кривизны работают как балки криволинейного сечения, в связи с чем они имеют по нижним продольным краям усиленные армированием бортовые элементы, способные воспринимать растягивающие усилия.
Оболочки двоякой положительной кривизны, расположенные на квадратном плане, называются парусными. При этом если отношение стрелы подъёма оболочки к её пролёту составляет от 1/6 до 1/5, то она называется пологой, а если от 1/4 до l/1 – то вспарушенной. Оболочками двоякой положительной кривизны можно перекрывать значительно большие пролёты, чем оболочками одинарной кривизны. Так, например, Комаровский рынок в г. Минске покрыт сборной железобетонной оболочкой двоякой положительной кривизны, имеюшей в плане размер 103х103 м (рис. 8.15).
Рис. 8.14. Виды цилиндрических оболочек и их элементы: а – однопролётная; б – много-пролётная; в – многоволновая; 1 – плита-оболочка; 2 – диафрагма; 3 – бортовой элемент; l1 – длина оболочки; l2 – пролёт оболочки
Распорные усилия в оболочках двоякой положительной кривизны воспринимают расположенные по контуру бортовые элементы или в виде диафрагм, или балок арочного очертания, или ферм, или других элементов, опирающихся на стойки (рис. 8.16.А и 8.16.Б).
Рис. 8.16.А. Сборные оболочки двоякой положительной кривизны с бортовыми элементами в виде арочных безраскосных (а) и раскосных (б) ферм: а – сборная оболочка из криволинейных элементов; б – то же из плоских плит
Рис. 8.16.Б. Сборная оболочка двоякой положительной кривизны с криволинейной многопролётной контурной балкой
Достижению разнообразия в решении конструктивных и художественных задач при проектировании общественных зданий позволяет применение в их покрытиях разных сочетаний оболочек двоякой кривизны. На рис. 8.17 показан вид сверху и фасад Дворца спорта в г. Гренобле (Франция), покрытого двумя парными железобетонными монолитными оболочками-скорлупами двоякой кривизны с пролётами 95 м и 65 м и имеющими консольные выносы по 20 и 35 м в каждую сторону. Общая площадь покрытия 135х135 м. Парные противоположные оболочки-скорлупы соединены рёбрами и расположены на разных уровнях, что позволило устроить на покрытии фонари верхнего света. Оболочки опирают на монолитные рамы, связанные затяжками, расположенными ниже уровня пола.
Рис. 8.17. Ледовый дворец в г. Гренобле (Франция), покрытый двумя парными оболочками-скорлупами двоякой положительной кривизны: а – аксонометрический вид сверху; б – фасад
К оболочкам двоякой отрицательной кривизны относятся оболочки типа гиперболических параболоидов (гипары), образующие поверхности в форме седла (рис. 8.18).
Рис. 8.18. Схема гиперболического параболоида (гипара) седловидной формы:
1 – парабола с вершиной вверх; 2 – парабола с вершиной вниз; 3 – гипербола; 4 – прямые, образующие линейчатую поверхность
Такие оболочки эффективны для устройства покрытий больших пролётов, они имеют меньшую толщину по сравнению с другими оболочками того же пролёта. К тому же их можно использовать для покрытий помещений, имеющих разные формы в плане (прямоугольную, овальную и др.), а также применять при их устройстве прямолинейные элементы для опалубки, арматуру и др. Оболочки в виде гипаров выполняют монолитными или сборными из железобетона, армоцемента, а также из металла или дерева. Распорные усилия, возникающие в оболочках-гипарах, воспринимают затяжки или контурные рёбра либо их сочетания.
Возможны разнообразные конструктивные решения покрытий при устройстве их из комбинации нескольких оболочек-гипаров. На рис. 8.19 приведены схемы покрытий из четырёх гипаров, имеющих форму «скрученных квадратов», при опирании их на одну, две или четыре опоры. Линии пересечения гипаров образуют рёбра, повышающие пространственную жёсткость покрытия. При выпуклых схемах распорные усилия воспринимают затяжки, устраиваемые на уровне опор оболочек, а при вогнутых – контурные рёбра.
Рис. 8.19. Схемы покрытий из четырёх гипаров, имеющих форму «скрученных квадратов»: а – типа «зонт»; б – щипцовое; в – шатровое
На рис. 8.20 представлен общий вид и фасад здания ресторана в г. Лонг-Бич (США), покрытого шестиугольной в плане оболочкой пролётом в 65 м., опирающейся на три опоры и состоящей из трёх гиперболических параболоидов.
Рис. 8.20. Общий вид здания ресторана в г. Лонг-Бич (США), имеющего покрытие в виде
оболочки из трёх гиперболических параболоидов