7. Классификация оболочек по материалу и геометрии.

Воздухоопорные оболочки

простые

составные

сложные

Усиленные Ме сетями

воздушный шар

Многопролетные системы

Коноид тор

Воздухонесомые (пневмокаркасные)

стержни

арки

кольца

панели

плоский торец

Изотропные (работают в 2-х направлениях) нити

Ортотропные(в одном)

переборчатые

своды

Арочные своды

купола

Двойные усеченные панели с переборкой

Висячие покрытия

Параллельные канаты с опорами

радиальные

В одном уровне

На разных уровнях

Вогнутое покрытие

Шатровое покрытие

Материалы для мембран:

- без покрытий: - х/б мембрана с откр. пористостью;

- стальная мембрана (откр. сетка);

- фторполимерная мембрана;

- с покрытием: - фторполимерная мембрана;

- мембрана из полиэстера, покрытая поливинилхлоридом(ПВХ);

- решетчатая мембрана на основе полиэстера, покр-тая ПВХ;

- на основе стекловолокна, покр-тая политетрафторидэтиленом(PTFE)- закрытая пористость;

- на основе стекловолокна, покр-тая силиконом, открытая пористость;

- из полтэстера, покр-тая ПВХ, закрытая пористость;

- прозрачная мембрана – пленка из этилентетрафторидэтилена(ETFE);

- прозр. мембрана на основе ПВХ.

8. Оболочки отрицательной Гауссовой кривизны. Материалы, основы расчета. Упрощенные инженерные методы расчета. Различные композиции покрытия здания (лепестки, ритмы).

Для несущих элементов висячих покрытий используют канаты из сталь­ной проволоки одинарной или двойной свивки, а также пучки и пряди тонкой проволоки, реже — круглую или поло­совую сталь, иногда склеенные по длине деревянные доски. Не исключается ис­пользование многозвеньевых цепей.

При анализе напряженно-деформи­рованного состояния гибкой нити учитывают ее свойство не сопротивляться изгибу и при любых комбинациях на­грузки принимать такую форму, при которой изгибающий момент внешних нагрузок во всех ее точках становится равным нулю.

При приближенных расчетах снача­ла решают кинематическую часть за­дачи, т. е. определяют форму нити из условий равновесия действующих сил, а затем находят величину ее натяжения.

Максимальное натяжение гибкой нити N находят как равнодействующую распора F_h и вертикальной составляю­щей F_v опорной реакции по формуле

Монтаж висячих покрытий сравни­тельно несложен, их основные несущие элементы (канаты) имеют малые транс­портные габариты. Однако главным достоинством висячих покрытий яв­ляется - легкость.

Висячие покрытия имеют три ос­новные особенности, которые находят отражение в архитектуре тех сооруже­ний, где они играют заметную роль в объемном решении: наличие сил распо­ра, приложенных к наиболее возвы­шенным точкам сооружения; трудности водоотвода с вогнутой поверхности покрытия; кинематическая неустойчи­вость покрытия, обладающего малой изгибной жесткостью.

Кинематическая подвижность вися­чего покрытия, проявляющаяся особен­но заметно при неравномерных его загружениях, требует специальных ме­роприятий по стабилизации, которые нередко приводят к рождению новых конструктивных и архитектурных форм.

О дним из критериев оценки вариантов висячих покрытий, рассматриваемых ниже, является стабильность их по­верхности.

Когда единственным видом нагрузки является собственный вес нити и поддерживаемой ею кровли, т. е. постоянная нагрузка, то форма нити описы­вается уравнением цепной линии. Любая временная нагрузка (снег, ветер и др.) вызывает временное изменение первоначальной конфигура­ции нити. Естественно, что чем больше постоянная нагрузка по сравнению с временной, тем стабильнее форма нити. Поэтому один из наиболее простых способов ее стабилизации сводится к искусственному утяжелению покрытия путем укладки на канаты бетонных кровельных панелей. (Например, концертный зал Спутник в Сочи, Крытый рынок в Киеве)

Дополнительный эффект стабилизации пригрузкой достигается предвари­тельным натяжением канатов. Оно выполняется: замоноличиванием швов между кровельными панелями при кратковременном загружеиии покрытия; использованием расширяющегося цемента для замоноличивания швов; натя­жением домкратом канатов, располагаемых в каналах кровельных панелей..

Другие решения связаны с введением в висячую конструкцию дополнительных элемен­тов — вантовых оттяжек, поперечных балок и т. п. (Например, дворец спорта им. В.И.Ленина во Фрунзе)

С нижение деформативности висяче­го покрытия возможно также при повышении изгибной жесткости нитей. Идея «жесткой нити» (равно как и «висячей фермы») состоит в том, чтобы использовать ее сопротивление изгибу и заставить работать на те временные нагрузки, которые вызывают дополни­тельные перемещения w относитёльно ее первоначального очертания, определяемого действием постоянных нагрузок. Жесткая нить— это длинный стержень, которому при изготовлении при­дано.очертание веревочной кривой от постоянной нагрузки. Будучи закрепленной по концами на опорах, жесткая нить. испытывает главным образом растягивающие усилия. Но, обладая не­которой изгибной жесткостью она сопротивляется изменению своей формы действием несимметирчных временных нагрузок. (Например, дворец спорта в Вильнюсе, павильон СССР на всемирной выставке в Монреале)

Создаваемый висячими конструк­циями распор воспринимают одим из двух основных способов: с помощью стоек и оттяжек, заанкеренных в грун­те, или же с использованием силы тяжести или жесткости присоединяемых массивных сооружений.

Однопоясное висячее покрытие на удлиненном плане представляет собой ряд параллельно расположенных кана­тов с шагом 1,5...3 м и стрелой провеса, равной 1/10…1/20 пролета. Канаты крепят к бортовым элементам (обвязкам), поддерживаемым колонна­ми, шаг которых назначают кратным шагу канатов. Примерные размеры сечения бортовых элементов: в направ­лении канатов— 1/10 шага колонн, другой размер в 1-,5...2 раза меньше. Водоотвод обеспечивают постепенным увеличением стрелы провеса канатов от середины к торцам, создавая уклон кровли 1,5...2 %.

Функциональные и эстетические со­ображения приводят к ряду вариаций однопоясных покрытий с использовани­ем промежуточных линейных опор в ви­де арок или гибких нитей.

К огда распор нитей не погашается внутри самой конструкции, как это происходит, например, в замкнутых кольцевых системах, то устройства, про­тиводействующие распору (оттяжки, противовесы, пилоны и др.), становятся зримыми и требуют архитектурного выражения их работы. Распор нитей может быть воспринят торцовыми конструкциями несущего остова здания — балками, арками, тро­сами-подборами . Как прави­ло, с целью уменьшения пролета торцевых конструкций канаты располагают параллельно длинной стороне сооруже­ния. При этом распор от арок воспринимают затяжки, а от тросов-подборов – котрфорсы или распорки.

В исячие покрытия на круговом пла­не. Расположение несущих канатов од-нопоясных висячих покрытий на круго­вом плане довольно разнообразно и зависит прежде всего от типа кровельного настила и способа стабили­зации висячего покрытия. Наиболее естественным выглядит радиальное рас­положение канатов. При равномерном загружении покрытия все несущие нити находятся в одинаковых условиях работы, их натяжения равны и поэтому опорное кольцо испытывает сжатие без изгиба в своей плоскости.

При овальном очертании опорного кольца его безызгибное состояние мо­жет быть обеспечено соответствующим расположением несущих радиальных нитей (изменением, центрального угла между ними).

Висячие покрытия на квадратном плане. Квадратный опорный контур в отличие от кругового, испытывает значительный изгиб, вызываемый при­ложением сил распора всех нитей. Изгибающим моментам противо­стоит жесткий опорный контур, на­пример контурная ферма. Значитель­ное облегчение работы контурных эле­ментов достигают постановкой угловых раскосов или некоторым срезом углов контура. Радикальные меры исключе­ния изгиба контура предусматривают освобождение его от нитей, чего дости­гают, сосредоточивая их в углах этого контура. Контурные элементы в таком случае испытывают только сжатие.