Лекция № 14
стр.
14. Большепролётные и пространственные покрытия
14.1.Общие сведения ……………………………………………..185
14.2.Плоскостные покрытия ……………………………………..185
14.3.Пространственные покрытия………………………………..186
14.4.Висячие покрытия……………………………………………189
14.5.Пневматические конструкции……………………………….192
183
14. Большепролётные плоскостные и пространственные покрытия
14.1. Общие сведения.
Строительство большепролетных зданий в наибольшей мере удовлетворяющих требованиям технологической гибкости и универсальности, для некоторых отраслей промышленности вызывается производственной необходимостью /судостроительные и авиасборочные цехи, ангары и т.д./.
Вместе с тем строительство большепролетных зданий сдерживается из-за сложности конструкции большепролетных покрытий, трудности типизации их элементов и большой трудоемкости возведения. Кроме того, они менее приспособлены для подвески коммуникаций, а также кранового оборудования.
Экономичность большепролетных зданий зависит в основном от конструкции покрытий, т.к. их стоимость часто превышает половину всей стоимости таких зданий. В связи с этим создание простых и экономичных конструкций большепролетных покрытий является весьма актуальной задачей.
По материалу, применяемому на изготовление большепролетных конструкций, их разделяют на металлические, и железобетонные.
Большепролетные конструкции покрытий можно разделить по их статической работе на две основные группы:
плоские системы большепролетных покрытий /балки, фермы, арки, рамы/;
пространственные системы большепролетных покрытий /оболочки, складки, висячие системы, стержневые системы и др./.
14.2. Плоскостные покрытия.
Большепролетные плоскостные покрытие не отличаются от покрытий с обычными пролетами, однако они сложнее по конструкции, вследствие больших пролетов. По несущим большепролетным фермам, балкам, аркам или рамам свободно укладывают и крепят к верхнему поясу ограждающие элементы по беспрогонной или прогонной схеме.
Несущие и ограждающие конструкции в плоскостных больше пролетных покрытиях работают самостоятельно, а поэтому на них
185
расходуется больше материала, они имеют больший собственный вес, возрастающий с увеличением пролета. Вследствие этого большепролетные покрытия плоскостного типа применяют редко.
14.3. Пространственные покрытия.
Более рациональными являются пространственные покрытия, в которых совмещены несущие и ограждающие функции, благодаря чему снижен расход материалов.
Пространственные покрытия выполняют из плоскостных элементов /ферм и панелей/, монолитно связанных между собой и работающих как единое целое, или в виде оболочек одинарной или двоякой кривизны. Материалами для них служат сталь и железобетон /монолитный, сборный и сборно-монолитный/. Больше распространены сборно-монолитные железобетонные конструкции.
В оболочках под действием равномерно распределенной нагрузки возникают взаимно уравновешивающиеся нормальные и поперечные усилия, а изгибающие моменты отсутствуют. Такое уравновешенное состояние оболочек, обеспечиваемое соответствующей кривизной, сравнивают с состоянием натянутой мембраны.
Даже при больших пролетах оболочки имеют небольшую толщину /от 30 до 100 мм/, т.к. бетон в них испытывает в основном сжимающие усилия.
При проектировании оболочек необходимо избегать передачи на них сосредоточенных нагрузок, т.к. при этом возникают изгибающие моменты, вызывающие значительное увеличение их толщины.
Применяется несколько типов оболочек. Простейшими из них являются цилиндрические, разделяемые на короткие и длинные /рис. 14.1, а,б/. Оболочка считается короткой при соотношении ширины /длины волны/ к пролету /расстоянию между торцовыми диафрагмами/ до 1:1,5 и длиной - при большем соотношении.
Пространственная работа оболочки обеспечивается жесткими торцовыми диафрагмами, которые воспринимают тангенциальные усилия, возникающие по краям оболочки.
Несущая способность цилиндрических оболочек увеличивается при устройстве бортовых элементов. Оболочка с диафрагмами и бортовыми элементами может опираться в четырех точках; отсутствие
186
Рис. 14.I Основные виды оболочек:
а – цилиндрическая длинная; б – то же, короткая ;в – купольная /парусная/; е – гиперболичкская ; ж – гиперболоидно-параболическая; и – складчатые; 1 – образующая, а; 2 – то же, б; з – прямолинейные образующие.
Рис. 14.2. Вантовые и висячие покрытия
а,б – вантовые покрытия, соответственно пролетом 96 м и пролетом60+12+60 м; в,г – висячие покрытия / в – однопоясное пролетом12+78+12 м; г – двухпоясное пролетом 9+50+9 м/
188
как правило, является окружность или квадрат. Купола передают на опоры вертикальные нагрузки и распор. /рис.14.I, в/. Основанием куполов, как правило, является окружность или квадрат. Купола передают на опоры вертикальные нагрузки и распор.
Особую группу составляют оболочки с коноидальной поверхностью /рис.14.I, г/. Образующая таких оболочек перемещается с одной стороны по дуге кругового или эллиптического очертания, с другой - по прямой линии или по дуге со значительно меньшей кривизной, чем на противоположной стороне. Коноидальные оболочки часто применяют в шедовых покрытиях, перекрывающих помещение в перпендикулярном остекленной поверхности направлении.
К оболочкам двоякой кривизны относят параболоидальные, в которых оба центра кривизны расположены по одну сторону поверхности, и гиперболоидалъные, имеющие центры кривизны по обе стороны поверхности /рис.14.1,д,е/. В этих оболочках образующие во взаимно перпендикулярных плоскостях имеют различную кривизну.
Двоякую кривизну имеют также гиперболоидно-параболичес-кие.оболочки /рис.14.I, ж/, поверхность которых образуется двумя группами прямолинейных образующих. Для покрытий зданий берут часть поверхности гиперболического параболоида, ограниченную четырьмя прямолинейными образующими, по направлениям которых оболочку разрезают на отдельные близкие к квадрату элементы. Практически оболочку собирают из одинаковых плит; незначительная разница между величиной плит и геометрическими размерами поверхности оболочки компенсируется различной шириной швов замоноличивания. Оболочки типа гиперболический параболоид применяют для покрытий зданий с квадратной /иногда прямоугольной/ сеткой колонн.
К оболочкам весьма близки складчатые конструкции / рис. 14.I, з/, которые образуют из плоских тонкостенных плит, монолитно связанных под определенным углом и опирающихся по концам на диафрагмы Железобетонные плиты, составляющие складку, называют гранями, а линии их пересечения - ребрами.