15.3.3 Оболонки

Оболонки - це криволінійні просторові сітчасті конструкції покриття. Оболонки поділяють на односітчасті та двосітчасті.

А.Односітчасті оболонки.

Односітчасті оболонки проектуються у вигляді циліндричної поверхні і використовуються для покриття прямокутних в плані будівель. По циліндричній поверхні оболонок розміщені стержні, які утворюють сітки різних систем.

Загальний вигляд оболонки наведений на рис. 15.28.

Рис. 15.28. Загальний вигляд оболонки: 1-цилідрична оболонка; 2-торцева діафрагма; 3- в’язі вертикальні (бортові елементи); 4-в’язі горизонтальні (бортові елементи); 5-колони; 6-окремі плоскі ферми.

Можливі системи сіток оболонок (рис.15.29): а) ромбічна сітка;

б) сітка з поздовжніми ребрами; в) сітка з поперечними ребрами; г) сітка з поздовжніми і поперечними ребрами.

Рис. 15.29. Системи сіток оболонок

Найбільш проста сітка – це ромбічна, яку просто отримати з легких стандартних стержнів. Однак ромбічна сітка, яка не має поздовжніх елементів, не забезпечує необхідної жорсткості конструкції в поздовжньому напрямку (вздовж сторони L). Така конструкція працює як склепіння в поперечному напрямку (з прольотом В), передаючи навантаження на поздовжні стіни (вздовж сторони L). Розпір склепіння повинен сприйматися стінами або затяжками, які з’єднують обв’язки склепіння, що вкладаються на стіни. Стержні можуть бути з прокатних або штампованих профілів, з труб, а в потужних склепіннях – у вигляді решітчастих прогонів або фермочок невеликої висоти (1/80…1/120 прольоту В). Стержні складають кут 45…60° з напрямною циліндричної поверхні. Основна перевага конструкції в тому, що циліндрична поверхня і регулярність сітчастої схеми забезпечує стандартність всіх стержнів і вузлів.

Що являє собою поняття ,,склепіння”?

Склепіння – несуча просторова конструкція покриття у вигляді криволінійної плити, що відрізняється наявністю розпору.

При розрахунку склепіння вирізають смугу шириною, рівною ширині однієї комірки ,,а”, для якої обчислюють значення згинаючих моментів М₀ і поздовжніх сил N₀. Перерізи стержнів підбирають за зусиллями М і N:

де α- кут між стержнем сітки і твірною склепіння.

Переріз, який утворюється у вузлі з’єднання стержнів, перевіряється на повні зусилля М₀ і N₀.

Далі за відповідними формулами переходять до M і N в стержнях, які розраховують як позацентрово стиснуті елементи.

Суттєво збільшити жорсткість конструкції можна введенням поздовжніх елементів (сітка,,б”), тоді конструкція може працювати як оболонка прольотом L. Опорами оболонки можуть служити торцеві стіни (вздовж сторони В), або чотири колони з торцевою діафрагмою у вигляді ферми (поз.2 на рис.15.28). При цьому доцільно вільні грані (вздовж сторони L) підсилити бортовими елементами (в’язями, поз. 3,4) для збільшення жорсткості оболонки.

Найбільш жорсткими і вигідними з точки зору витрат сталі є сітки, які мають і поздовжні, і поперечні стержні (ребра) , а решітка направлена до них під кутом 45° (сітка ,,г”). Конструкція оболонок з такою сіткою відрізняється тим, що їх збирають при монтажі з окремих плоских ферм, які з’єднуються болтами по циліндричній поверхні вздовж сторони L.

При використанні для найбільш навантажених поздовжніх стержнів прокатних кутиків односітчастими оболонками можна перекривати прольоти до 70 м (для сталі з R_y=230…240 МПа) та до 90 м (для сталі з R_y=375…480 МПа).

Оболонки без поперечних ребер розраховуються як безмоментні складки (спосіб Еллерса). При наявності поперечних ребер, які забезпечують жорсткість контуру, розрахунок виконується за моментною теорією В.З. Власова.

Б. Двосітчасті оболонки.

Конструктивні схеми двосітчастих оболонок (рис.15.30) аналогічні схемам двосітчастих стержневих плит-структур. Ці оболонки утворюються системами перехресних ферм, які зв’язані по верхнім і нижнім поясам додатковими в’язями – решіткою. По верхньому поясу решітка може бути замінена металевим настилом, прикріпленим до поясів ферм.

Основна роль в сприйняті зусиль належить криволінійним сітчастим площинам, які працюють як звичайні оболонки і розподіляють внутрішні зусилля в двох напрямках. Решітка, яка з’єднує сітки, менше приймає участь у передачі зусиль, але надає конструкції більшу жорсткість.

Двосітчасті оболонки більш жорсткіші, ніж односітчасті. А тому ними можна перекривати більші прольоти. Наприклад, при стержнях з прокатних кутиків зі сталі з R_y=230…240 МПа прольоти досягають 500 м, зі сталі з R_y=375…400 МПа – 700 м.

_{Обпирання оболонок найчастіше виконується на поздовжні стіни або на металеві колони. По торцям оболонки опираються на жорсткі діафрагми-стіни, ферми, арки з затяжками.}

_{Відношення відстані між сітчастими поверхнями (товщина поверхні t) до радіуса поверхні r приймається в межах}

_{при відношенні}

Рис. 15.30. Приклад двосітчастої оболонки

_{Найбільш вигідний розподіл зусиль в оболонці отримується при B=L. Розрахунок двосітчастих оболонок може виконуватись точними і наближеними методами. За характером своєї роботи вони аналогічні тришаровим оболонкам, у яких роль заповнювача (серединного шару ) відіграє решітка.}

_{Точний розрахунок виконується за допомогою ЕОМ. Для наближеного розрахунку оболонки необхідно стержневі сітчасті поверхні привести до еквівалентних суцільних оболонок і встановити модуль зсуву середнього шару, еквівалентного за жорсткістю з’єднувальній решітці.}

_{Перехід від розрахункових зусиль в еквівалентній суцільній оболонці до зусиль в окремих стержнях двосітчастої оболонки виконується за спеціальними формулами.}

_{Стержні двосітчастої оболонки працюють на осьовий розтяг або стиск.}