5 Вопрос

Из этой группы оболочек в покрытиях общественных зданий применяют своды (волнистые, складчатые, бочарные), купола, пологие оболочки положительной гауссовой кривизны, оболочки отрицательной кривизны и различные сочетания названных форм в комбинированную конструкцию. Все эти конструкции распорные. При этом только своды и купола имеют многовековую историю, остальные созданы в 20 в.

Волнистые, складчатые и бочарные своды используют для покрытий прямоугольных в плане поме­щений. Эти конструкции представляют собой современную интерпретацию классических каменных сводов. С переходом к железобетону, армоцементу, металлу, материалам, прочность которых существенно выше, чем у каменной кладки, стало возможным значительно увеличить величины перекрываемых пролетов при тонкостенной несущей конструкции. Однако при больших пролетах и нагрузках в работающей на сжатие тонкостенной конструкции свода возможна местная потеря устойчивости. Для повышения устойчивости своду придают специальную профилировку (волнистую, складчатую) в направлении, перпендикулярном пролету. Таким образом, сформировались современные формы тонкостенных сводов из бетона, армоцемента, деревянных или металлических конструкций. Ширина волны (складки) составляет менее 1/4 пролета свода. Волнистый (складчатый, бочарный) свод имеет аналогичные аркам условия статической работы и одинаковые расчетно-конструктивные схемы двух-, трех- шарнирную или бесшарнирную. Очертание свода проектируют по дуге окружности, цепной линии или парабо­лы (последнее предпочтительнее). Стрела подъема свода 1/6-1/10 про­лета, ширина отдельной волны 3 – 12 м. Сечение волнкриволинейное – по окружности (бочарный свод), по параболе, складчатое с треугольными или трапецеидальными складками. При очень больших пролетах свода – 150 м и более для повышения его устойчивости применяют двухрядные волнистые оболочки, раскрепленные диафрагмами.

Распор сводов (аналогично арочным конструкциям) воспринимают фундаменты, затяжки, контрфорсы, несущие конструкции смежных помещений, обстраивающих зал, перекрытый сводом.

Повторяемость элементов волнисто­го свода обогащает интерьер зала выразительными ритмичными члене­ниями перекрытия и в то же время способствует индустриальности его возведения с использованием сборных элементов или инвентарной опалубки. Разработаны типовые конструкции сборно-монолитных волнистых и складчатых сводов для пролетов 18 – 36 м. В уникальных зданиях сборно-монолитные своды применены для пролетов от 75 до 95 м.

Сборные конструкции волнистых сводов монтируют из отдельных плоских или криволинейных плит размером 3х6 м с укрупнительной сборкой на месте строительства в волну свода или из укрупненных фрагментов волн – панелей оболочек (панелей-складок).

Сборные волны-оболочки соединяют друг с другом сваркой по закладным деталям или арматурным выпускам, расположенным с шагом, равным ширине волны, и замоноличиванием швов.

Передача нагрузки от сборного волнистого свода на опорные конструкции осуществляется через специальные опорные балки, тип сечения которых назначают в зависимости от величины пролета: сплошное при пролетах до 24 м, коробчатое при больших пролетах.

Грань опорного элемента, примыкающую к своду, располагают в плоскости, перпендикулярной касательной к поверхности свода у опоры. Волнистые сборные своды проектируют с максимальной заводской готовностью, включая заводское утепление и гидроизоляцию сборных элементов.

Деформационные швы по длине свода устраивают через 40 –50 м и заполняют их упругими прокладками. Примыкающие к шву волны усиливают поперечными диафрагмами, а край волны – продольным ребром. Для исключения протечек кровли по шву стык волны поднимают над кровлей специальными стенками, перекрывают стальным нащельником – компенсатором.

В сводах пролетов более 40 м свободу температурно-влажностных деформаций следует обеспечивать путем свободных горизонтальных перемещений одной из опор свода. В местах примыкания свода к торцовым стенам здания или пересечения этих стен с устройством карнизного свеса между сводом и стеной предусматривают в 50 мм, заполненный упругими прокладками.

Геометрическая форма волнистого свода способствует естественной орга­низации наружного водоотвода. Однако при сборной конструкции свода опорный элемент может создавать преграду водостоку. Во избежание застоя воды и протечек по стыку свода с опорным элементом устраивают забутовку между волнами.

Естественное освещение залов проектируют верхним или верхнебоковым. Устройства верхнего света могут быть спроектированы с применением продольных или поперечных фонарей или отдельных светопроемов.

При устройстве в сборно-монолитном волнистом (складчатом) своде продольных фонарей панели-оболочки, расположенные в его зоне, заменяют горизонтальными железобетонными опорными рамами фонаря или стекло-железобетонными панелями.

Поперечные фонари монтируют между установленными с разрывом на ширину фонаря смежными волнами свода. При этом примыкающие к фонарю волны должны быть усилены на восприятие кручения от краевой нагрузки фонарем и связаны между собой распорками или раскосами. В складчатом своде светопроемы устраивают в боковых наклонных стенках.

Отдельные мелкие проемы (с наибольшим размером до 15 толщин оболочки свода) могут свободно располагаться по поверхности свода. Форму проема следует назначать круглой или равносторонней, многоугольной.

Купола из современных материалов проектируют пологими с отношением стрелы подъема к диаметру купола 1/6-1/10 или подъемистыми в виде тонкостенной оболочки с поверхностью вращения (сфера, коноид, эллипсоид, параболоид) на круглом или эллиптическом плане с гладкой, ребристой, волнистой, складчатой или стрельчатой поверхностью. Современные тонкостенные конструкции куполов принадлежат к наиболее экономичным пространственным конструкциям, которые позволяют перекрыть пролеты до 150 м при толщине оболочки в 1/600-1/800 пролета. В классических каменных куполах это соотношение составляет 1/10 –1/12 пролета.

Поверхность купола проектируют гладкой, ребристой, ребристо-кольцевой, волнистой, складчатой или звездчатой. Конструкция гладкого купола наиболее экономична, применяется в монолитном строительстве для покрытий диаметром до 150 м. Ребристые конструкции предусматривают в конструкциях сборных куполов диаметром до 70 м в вариантах с ортогональной или ромбической сеткой ребер. Сбор­ные элементы ребристых куполов могут быть выполнены со сплошной плитой, плитой со световым отверстием или без плиты – со светопрозрачным заполнением между ребрами. В послед­нем случае для обеспечения устойчи­вости конструкции ребра через шаг объединяют связями.

Сборные элементы соединяют с опорным кольцом и между собой сваркой закладных деталей (арматурных выпусков) и замоноличиванием швов.

 Волнистые и складчатые купола применяют в покрытиях пролетом до 80 м. Их выполняют монолитными и сборно-монолитными из сопряженных сегментов оболочек-волн одинарной или двоякой кривизны (консоидальных, синусоидальных, параболоидных) или складчатых оболочек выпуклой или вогнутой формы.

При большем, чем в гладких куполах, расходе материалов, волнистая (складчатая) конструкция обладает рядом преимуществ: благодаря открытым наружным торцам волн обеспечивается полноценное верхнебоковое естественное освещение внутренних пространств и устройство входов, а выразительная объемная форма конструкции обогащает композицию фасадов и интерьера здания. Торцы волн-оболочек могут выходить за пределы опорного кольца, иметь вертикальную или наклонную плоскость среза. Консольный вынос волны часто используют в качестве стационарного солнцезащитного устройства.

Сомкнутые и крестовые своды из фрагментов (лотков, распалубок) ци­линдрических железобетонных оболочек применяют в покрытиях проле­том 60 – 80 м со стрелой подъема 1/6-1/8 пролета. С увеличением числа лотков форма сомкнутого свода приб­лижается к купольной. Распор сомкну­того свода по ребрам (гуртам) между лотками передают на горизонтальный опорный контур или затяжки.

Естественное верхнее освещение покрытий залов с покрытиями кресто­выми и сомкнутыми сводами обеспе­чивают фонари, установленные в вершине свода (при контакте элементарных оболочек) или светопрозрачные линейные конструкции.

При проектировании пространственных покрытий жесткими оболочками особенности их геометрической формы необходимо учитывать в решении утепления, гидроизоляции и водоотвода с покрытия. Эффективность и легкость несущей конструкции требует применения наиболее легких утепляющих материалов (пенополистирол, пенополиуретан и др.) как при построечном устройстве кровли, так и в случаях выполнения сборных элементов оболочек высокой заводской готовности с утеплением и гидроизоляцией панелей на заводе. При построечном выполнении кровельных работ следует учитывать, что устройство рулонного покрытия по оболочкам двоякой кривизны затруднительно: требуется постоянный подкрои рулонного материала по форме изолируемой поверхности. Поэтому для большинства пространственных конструкций, за исключением складчатых, следует применять мастичные гидроизоляционные покрытия. И мастичные, и рулонные покрытия плохо служат на поверхностях с уклоном свыше 30 – 35° (например, в нижней зоне подъемистых куполов): от солнечного перегрева гидроизоляционная мастика и материалы пропитки рулонных материалов приобретают подвижность и могут стечь по покрытию, что приведет к нарушениям изоляции и внешнего вида. Во избежание этого для подъемистых оболочек (по всей поверхности или в нижней крутоуклонной зоне) используют покрытие плоскими или профилированными плитными либо листовыми материалами (плитки из алюминия, оцинкованной стали, асбестоцемента, полиэфирного стеклопластика) по обрешетке, закрепленной к покрытию отдельными анкерами, проходящими через утеплитель. Эта мера также предохраняет утеплитель от сползания.