20. Классификация несущих систем больших пролетов, особенности их работы, преимущества и недостатки, типы несущих конструкций и генеральные размеры

Разнообразие функционального назначения большепролетных зданий обусловило применение в их несущих каркасах практически всех видов конструктивных систем — балочных, рамных, арочных, преднапряженных, комбинированных и пр. Выбор конструктивного решения в каждом конкретном случае делается на основе вариантного проектирования, сравнения технико-экономических показателей, оценки архитектурно-композиционных достоинств вариантов с целью выбора оптимального решения.

Для значительной части большепролетных покрытий основной нагрузкой является собственный вес несущих и ограждающих конструкций. Применение высокопрочных и легких конструкционных материалов дает большую эко­номию в силу эффекта обратной связи. Снижение собственного веса кон­струкции уменьшает усилия в ее элементах и, как следствие, материало­емкость, что, в свою очередь, снижает нагрузку от ее веса и дополнительно уменьшает материалоемкость.

Весьма эффективно использование сталей повышенной и высокой проч­ности, алюминиевых сплавов, применение предварительного напряжения, использование конструктивных систем с максимальным числом растянутых элементов, мембранных покрытий и т.д. Для ограждающих конструкций рационально применение профилированных настилов из сталей и алюминиевых сплавов, пенопластов, стеклопоров, минеральной ваты и других легких утеплителей.

Классификация систем. Порядок компоновки

Принципы, лежащие в основе боль­шепролетных несущих систем: концентрации металла и многосвязности. На основе принципа концентрации ме­талла создаются плоские несущие системы. В этих си­стемах выгодно сосредотачивать основную массу метал­ла в отдельных элементах, так как при больших на­грузках и, следовательно, больших усилиях в стержнях сравнительно меньше дополнительно тратится металла на обеспечение устойчивости и жесткости.

На основе принципа многосвязности создаются про­странственные системы — материал сравнительно рав­номерно располагается по всему покрытию. Характер­ный признак пространственной системы — силу, прило­женную в любой точке покрытия, воспринимает вся система. Благодаря этому, можно снижать расход ме­талла.

Подавляющее количество несущих систем чело­век позаимствовал у природы еще в глубокой древ­ности.

Плоские системы:

1. балочные (в статическом смыс­е, при действии поперечной нагрузки возникают только поперечные реакции, нет распора, не считая сил трения в опорных частях) (рис. 12.1, а); работают по типу балки, возникает момент от поперечных нагрузок. При пролете более 50 м большая металлоемкость, поэтому применяется при пролетах менее 50 м. Зато не дают распора. Ген.размеры – пролет, высота полезная и т.п.

2. рамные (рис. 12.1, б); дают распор, но меньший пролетный момент. Бывают бесшарнирные, 2хшарнирные, 3хшарнирные. Сквозные и сплошные по типу сечения опор. Можно перекрывать пролеты до 200 м, иногда даже до 250 м. Ген.размеры – полезная высота, высота верха покрытия, пролет.

3. консольно-рамные (рис. 12.1, в);

4. арочные (рис. 12.1, г); Бывают бесшарнирные, 2хшарнирные, 3хшарнирные. Форма очертания арки по дуге окружности, по квадратной параболе. Сплошностенчатые и сквозные. Отношение высоты сечения к пролету 1/50 и 1/80 для сплошных, 1/50-1/30 – для сквозных. Арки могут быть пологими, нормальными и подъемистыми.

5. комбинированные (комбинация балки и арки) (рис. 12.1, д); 6) плоские вися­чие и вантовые системы, включая комбинированные (балка с нитью) (рис. 12.1, е).

Пространственные:

1. купольные (рис. 12.1, ж); могут быть ребристыми, кольцевыми, сетчатыми. Система распорная

2. оболочки и складки (рис. 12.1, з);

3. структурные плиты (рис. 12,1, и);

4. висячие из перекрестных тросов (рис. 12.1, к); Система также распорная, но тросы стремятся сблизиться.. Для висячих систем применяют стабилизацию. 2 вида: первоначалальное напряжение и стабилизационный 2й трос.

5. мембранные (рис. 12.1, л).

В каждой из систем заложена своя идея, по-раз­ному реализуется восприятие изгибающего момента, создаваемого поперечными нагрузками.

Обычно используются следующие этапы компоновки:

1. Устанавливаются габариты здания (пролет, длина, высота), исходя из назначения здания, обеспечения экономичности и унификации размеров.

2. Устанавли­ваются места размещения температурных и деформа­ционных швов.

3. Выбирается основная несущая систе­ма.

4. Выбирается шаг колонн или плоских несущих систем.

5. Определяется планировочная схема покрытия.

6. Устанавливаются габаритные размеры несущей си­стемы.

7. Выбирается схема фахверка с учетом типа стенного ограждения.

8. Решается система связей как в покрытии, так и по колоннам.

Такая последовательность не является строго обя­зательной, каждый из этапов органически связан с соседними. На каждом этапе, помимо разработки схем, необходимо эскизно прорабатывать узлы сопряжений элементов.