Покрытия из железобетонных оболочек и складок.
Пространственные покрытия от плоскостных отличаются тем, что тонкая плита оболочки работает преимущественно на сжатие, а растягивающие усилия рационально сосредоточены в контурных элементах, причем все эти элементы работают в разных плоскостях.
Основными видами пространственных покрытий являются оболочки, складки и шатры висячие и пневматические.
Оболочка - пространственная конструкция, ограниченная двумя криволинейными плоскостями, расстояние между которыми (толщина) мало по сравнению с другими ее размерами.
Оболочки бывают одинарной и двоякой кривизны. Первые представляют собой цилиндрические или конические поверхности. Оболочки двоякой кривизны могут быть и оболочками вращения с криволинейной образующей (купол, гиперболический параболоид, эллипсоид вращения, поверхность тора и др.). По структуре оболочки бывают гладкие, волнистые, ребристые и сетчатые (рис. 9,25). Они могут быть монолитными и сборными. В сборных конструкциях помимо железобетона используют асбестоцемент, металл и пластик.
Рис. 9.24. Основные формы сводов: а — гладкий свод и его опорные реакции, б - ребристый, в—d — сомкнутый, е — зеркальный,
ж - цилиндрический, и – крестовый
Складки и шатры — пространственные покрытия, образованные плоскими взаимно пересекающимися элементами (рис. 9.26). Складки обычно состоят из ряда повторяющихся в определенном порядке поперек пролета элементов, опирающихся по краям на диафрагмы жесткости. Шатры перекрывают прямоугольное в плане пространство смыкающимися кверху с четырех сторон плоскостями. Толщина плоского элемента складки должна быть не менее 1/200 пролета, высота — не менее 1/20, а ширина грани — не менее 1/5 пролета. Их применяют для зданий пролетом до 40 м.
Рис. 9.26. Складки и шатры: а — складка пилообразная,, б— то же, трапециевидного профиля, в —то же, из однотипных треугольных плоскостей; г — шатер на прямоугольном основании с плоским верхом, д — складка сложного профиля, « — многогранный складчатый свод, ж — складка-тапитель, и — четырехгранный шатер, к — многогранный шатер, а — складчатый купол, м — сборная складка призматического типа, н — сборная стяжка с затяжками
Достоинства складок:
– проще конструктивные решения покрытия;
– конструкция совмещает в себе несущие и ограждающие функции;
– высокая пространственная жесткость позволяет уменьшить толщину;
– простота изготовления.
Недостатки:
– громоздкость, сложность транспортировки;
– необходимость окраски специальными водостойкими составами.
Пространственные стержневые системы покрытия (структуры).
Структуры – стальные стержневые пространственные конструкции, в которых совмещены функции несущих и связевых элементов. Пространственные стержневые системы покрытия –применяют для плоских покрытий. Узлы и стержневые элементы таких конструкций максимально унифицированы.
Классические структуры по характеру своей работы являются многократно статически неопределимыми пространственными фермами, элементы которых работают только на растяжение или сжатие. Важнейшей особенностью структур является унификация и типизация их стержней и узловых элементов.
Пространственная стержневая система типа структуры из горячекатаных профилей собирается из типовых блоков для перекрытия зданий с сеткой колонн 12 X 18 и 12 X 24 м. По положению в здании блоки подразделяются на рядовые (средние) и примыкающие к стенам и продольным деформационным швам. Последние снабжены консолями для опирания профилированного настила. Каждый блок покрытия представляет собой конструкцию, состоящую из линейных элементов — поясов и раскосов, и плоскостных элементов — торцовых ферм. Все элементы решетки между верхними и нижними поясами расположены в биссекторных плоскостях.
Центры опор блока смещены в обоих направлениях на 0,18 м от сетки осей здания. Продольные пояса системы расположены с интервалом 2,91 м. Отсюда высота блоков в осях продольных поясов 1,45 м. Высотный габарит конструкции в зависимости от профиля элементов примерно 1,62—1,67 м. Верхние продольные пояса, выполненные из двутавров, служат опорой для профилированного стального настила. Все остальные элементы конструкции собираются из одиночных нормальной точности. Необходимые фасонки привариваются. Узлы торцовой фермы сварные. Стык верхних поясов на фланцах, нижних — на накладках Вертикальные составляющие усилия в стыке нижнего пояса, появляющиеся в месте его перелома по оси блока, воспринимаются расположенными в вертикальной плоскости подкосами, присоединенными к одной из половин блока.
Элементы системы заготавливаются на заводах металлоконструкций и доставляются на монтажную площадку в контейнере. Для пакетировки элементов предусмотрены инвентарные стяжные болты и погрузочные рамки.
Пространственные стержневые конструкции из стальных труб применяются в покрытиях зданий с сеткой колонн до 24 X 24 м и в междуэтажных перекрытиях с сеткой колонн до 9X9 м, под полезную нагрузку до 0,5 тс/м2. Они состоят из совокупности наклонных соприкасающихся ферм, образующих решетчатую плиту. Решетчатая плита собирается из однотипных стержней и узловых элементов. При контурном опирании высота плиты от 1/10 до 1/25 пролета, при внутриконтурном опирании и в многопролетном варианте от 1/12 до 1/40 пролета. Плоские поверхности решетчатой плиты удобны для устройства малоуклонных кровель и легких подвесных потолков. В межферменном пространстве размещаются воздуховоды и другие инженерные коммуникации.
В решении интерьеров применение пространственных стержневых систем обеспечивает «свободный» гибкий план с малым количеством опор, расположенных не по жесткой сетке. Отдельные опоры могут быть при необходимости смещены в соседние узлы системы. Четкий, логично воспринимаемый внешний вид открытых конструкций позволяет применять их без подвесных потолков и в перекрытиях общественных зданий.
Сборка конструкций на месте установки может производиться отдельными стержнями или укрупненным методом. В последнем случае внутренние узлы укрупненных монтажных марок сварные. Пространственные конструкции постержневой сборки состоят из однотипных трубчатых элементов диаметром 57—102 мм с толщиной стенок соответственно от 3,5 до 7 мм и длиной в центрах узлов (модулем) 1,5 или 3 м. Сочленяясь, они образуют равносторонние пирамиды на квадратном основании (пентаэдры).
Укрупненные монтажные марки со сварными узлами могут представлять собой равносторонние пирамиды на треугольном основании (тетраэдры), расположенные в плите вершиной вниз. Поверху они соединяются шарнирно, понизу — промежуточными стержнями. В другом варианте применяются сквозные, плоские либо пространственные фермы одного направления, соединенные промежуточными вставками.
К достоинствам структурных конструкций относятся их архитектурная выразительность и многообразие пространственных форм; повышенная жесткость; компактность при транспортировке; быстрота сборки и монтажа; хорошая сопротивляемость действию подвижных нагрузок, например, от подвесных кранов.
Недостатки структурных конструкций являются логическим продолжением их достоинств: сложность узлов и их дороговизна; высокие требования к точности изготовления элементов. Для систем со сварными узловыми соединениями высока трудоемкость монтажной сборки и сварки узла.
ИЗ ОТВЕТОВ АНДРЕЯ НИЖЕ
Структуры типа «ЦНИИСК» выполняются из прокатных профилей. Их применяют в одно- или многопролетных зданиях, с пролетами 18 и 24 м и высотой этажа от 4,8 до 18 м. Пролеты могут быть оборудованы мостовыми кранами и подвесным транспортом. Собирают блоки структур размерами 24х12 или 18х12 из сварных торцевых ферм и отдельных стержней. Заводские соединения элементов выполняют сварными, монтажные – болтовыми. Блоки структур опирают по четырем углам в уровне верхних поясов.
Структура типа «Кисловодск», выполняется из труб. Покрытие состоит из секций 30х30 м и 36х36 м для сеток колонн 18х18 м и 24х24 м, соответственно. Высота секций составляет 2,12 м. Ячейки сетки 3*3 м компонуют в блоки. Для зданий с покрытием из структур «Кисловодск» характерно наличие консольных участков пролетом 6 м. Блоки покрытия собирают на земле. В торцы труб вварены шайбы, в отверстия которых пропущены стержни высокопрочных болтов с навернутыми на них шайбами. В процессе сборки стержни соединяются болтами при помощи коннекторов – фасонки в виде многогранника, в которых имеются отверстия с резьбой. Секции опираются на колонны с помощью капителей. По периметру здания располагают стойки фахверка.
