книги из ГПНТБ / Брудка Я. Легкие стальные конструкции

Рис. 8-40. Нижний опорный узел стропильной фермы

Рис. 8-41. Верхний опорный узел стропильной фермы

8.4.ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ

8.4.1.Общие сведения

Легкие пространственные кровельные конструкции , позволяют соз­ давать интересные архитектурные решения, делать перекрытия с боль­ шим пролетом и получать помещения большой высоты. Такие конст­ рукции встречаются в зданиях: общественных (в театрах, спортивных залах, железнодорожных вокзалах, выставочных павильонах), промыш­ ленных и производственных (ангарах, гаражах и т. п.). Чаще всего про­ странственные кровельные конструкции применяют в виде складчатых конструкций или сетчатых и сплошных сводов-оболочек в прямоуголь­ ных в плане зданиях, а также в виде куполов и шатровых покрытий в зданиях, многоугольных и круглых в плане. Эти конструкции могут быть однослойными, а при больших пролетах — двухслойными. Кро­ вельные покрытия чаще всего изготовляют из легких плит, например из листового алюминия, многослойных плит и т. п. Особую группу состав­ ляют каркасные конструкции и структурные покрытия. Каркасные кон­ струкции могут быть прямоугольными решетчатыми (фермы пересека­ ются под прямым углом), треугольными (пересекающиеся фермы обра­ зуют в плане сетку из треугольников) и диагональными (пересека­ ющиеся фермы образуют сетку, скошенную по отношению к линии опор).

Развитие каркасных конструкций привело к созданию структурных покрытий в форме повторяющихся пирамид, кубов или каких-либо дру­ гих геометрических тел. В таких конструкциях имеются системы с дву­ мя плоскими поверхностями. Узлы верхней плоскости в плане сдвинуты по отношению к нижним узлам. Одним из вариантов структурных по­ крытий являются конструкции с криволинейными поверхностями, пред­ ставляющими собой развертку кристаллографических решеток.

Согласно утверждению Маковского, структурные покрытия (в анг­ лийских условиях) почти на 10% дешевле конструкций со стропилами

ипрогонами.

Кпространственным конструкциям относятся также оболочки, в ко­ торых покрытие используют в качестве несущей конструкции.

Пространственные конструкции обладают многими достоинствами: имеют сравнительно небольшую массу. Благодаря учету главным образом пространственного характера работы конструкции и введению таких ее форм, в которых для каждого сечения характерна постоянная величина напряжений, показатели расхода стали при использовании лег­ кого покрытия близки к показателям расхода арматурной стали в же­

лезобетонных конструкциях с теми же размерами пролетов; позволяют провести полную стандартизацию элементов и соедини­

тельных деталей, способствующую полной индустриализации производ­ ства;

ускоряют время проведения монтажа, при этом повышается безо­ пасность труда.

Гибкие элементы в пространственных конструкциях должны быть

275

тщательно предохранены от возможной потери устойчивости. Увеличе­ нию устойчивости стержней способствует применение совместно рабо­ тающих плит покрытия в виде стальных оболочек толщиной 1—4 мм. Для увеличения устойчивости листовому металлу придается соответству­ ющая форма и используются элементы жесткости. Применяются также

имногослойные плиты.

Впространственных конструкциях особое внимание обращается на

архитектурную выразительность самой конструкции и всех ее узлов. Су­ ществует множество литературы, посвященной вопросам пространст­ венных конструкций. В данной работе ограничимся более подробным описанием только пространственных конструкций из листового металла и холодногнутых профилей.

8.4.2. Сплошные покрытия

Наиболее простыми покрытиями являются плиты из волнистой (рис. 8-44) или складчатой (рис. 8-45) стали.

В о л н и с т а я л и с т о в а я с т а л ь играет двоякую роль: несущей конструкции и покрытия. При небольших пролетах листы волнистой стали изготовляют в виде сегмента цилиндра (рис. 8-46); ряд подобных элементов образует цилиндрическое покрытие. Обычно число листов в своде нечетно, поэтому в центре покрытия нет стыка.

Из практических соображений на стройках листы стали чаще всего соединяют с помощью заклепок: на отрезке стыка тремя-пятью диа­ метром 6 мм и более (в зависимости от величины листа), размещая их в верхней части волны (рис. 8-47). Клепка осуществляется холодным способом. Под головку заклепки сверху и снизу листов кладут под­ кладки. В пяте свода находятся двутавровые или швеллерные балки, которые передают распор на затяжки. Опорные детали свода, переда­ ющие реакции на опоры или стены, должны быть расположены друг от друга на расстоянии е = (0,16-f-0,18) I (где / — пролет свода), что обыч­ но составляет 2,2—5 м. В плоскости опорной подушки для передачи го-

S

Рис. 8-46. Сводчатое покрытие из волни­ стой листовой стали

276

нистой стали. В сводах этого типа применяется стрела подъема в пре-

1 1

делах- —------— пролета свода.

Пример решения опорного узла представлен на рис. 8-49. Своды из волнистой стали рассчитывают как двухшарнирные арки с затяжкой. Влияние удлинения затяжки чаще всего не учитывается. Расчет таких сводов производится с учетом постоянных и кратковременных перемен­

Статические величины можно легко рассчитать при помощи таблиц. Критическую величину горизонтального давления, при которой про­

исходит продольный изгиб, определяют по формуле

277

Рис. 8-50. Двухшарнирная арка

грузка крыши, опертой на уровне зем ­ ли; б — ветровая нагрузка крыши, опер­ той на опоры

278

Рис. 8-51. Нагрузка на крайнюю балку

►

Рис. 8-52. Ангар системы «Хуннебек» [128]

й-й

Рис. 8-53. Здание про­ мышленного типа со стальными фермами больших пролетов, по­ крытое волнистой ли­

стовой сталью

Рис. 8-54. Здание про­ мышленного типа с покрытием из профи­ лированного сталь­ ного настила, совмест­ но работающего со стропильными фер­

мами

279

Опорная балка изгибается в плоскостях х—х и у—у (рис. 8-51). Изгибающие моменты и соответствующие величины напряжений

равны:

рых профилированный стальной настил работает совместно с другими несущими элементами конструкции.

Решение конструкции ангара по системе Хуннебека, в котором нас­ тил работает с решетчатыми стальными фермами, представлено на рис. 8-52.

На рис. 8-53 приведена схема конструкции промышленного здания пролетом 85 м, в котором использованы поперечные арки двойной кри­ визны, совместно работающие с профилированным стальным настилом, а на рис. 8-54 показано решение конструкции промышленного здания пролетом 85 м, в котором настил воспринимает нагрузки совместно с параболическими стропильными фермами, расставленными через 10 м.

8.4.3. Решетчатые (сетчатые) покрытия

Гнутые легкие элементы находят применение в многорядных склад­ чатых конструкциях, балках-оболочках и куполах.

Многорядная складчатая конструкция состоит из складок, которые в поперечном сечении образуют кривую или ломаную линию (рис. 8-55). . Многорядные складчатые покрытия используют главным образом в промышленных зданиях с подвесным транспортом. Сосредоточенные

нагрузки от мостовых кранов распределяются на соседние складки. Балки-оболочки изготовляют со сплошными стенками или решетча­

тыми. К ним относятся:

Рис. 8-55. Многорйдная складчатая конструкция, использованная для конст­ рукции крыши

280

в-В 55

*20

СО2 8 ВО

Л

BL10

l 60*80*81 1В1 8 5 0 4 0 * 5 0 0 0

бет он 2 2 с м \

\V

]. 20

Рис. 8-56. Сетчатая оболочка, примененная в конструкции ангара

а — вид сверху; б — разрез; в — узел; г — основной элемент оболочки; б — опорный узел

Рис. 8-57. Цилиндрический свод типа «Теодор Вуоперманн» [128]

281

цилиндрические сетчатые оболочки, состоящие из стандартных лег­ ких стержней и применяемые для перекрытия помещений большого размера;

цилиндрические оболочки в форме многоугольных призматических оболочек, ребра которых расположены на цилиндрической поверхности; двухслойные пространственные призматические системы, состоящие из поперечных и продольных решетчатых ферм, соединенных с по­

мощью стяжек.

Сетчатые покрытия чаще всего применяют в сборных конструкциях. На рис. 8-56 показано конструктивное решение сборно-разборного ан­ гара пролетом 24 ж с сетчатой конструкцией оболочки. Основным эле­ ментом этой конструкции являются штампованные профили толщиной

системы «Тецет», используемые для строительства ангаров, гаражей, промышленных зданий и т. п.; это цилиндрические своды, возводимые из профилей холодной штамповки (рис. 8-57) фирмой «Теодор Вупперманн». Такая конструкция характеризуется небольшим расходом стали и низкими затратами на строительство. Элементы зданий можно легко монтировать, демонтировать и перевозить на новое место строительст­ ва. Здание собирают из двух полуарок на земле, а затем после подъема соединяют в одно целое (рис. 8-58).

На рис. 8-59 показан узел свода, в котором конструктивные элемен­ ты лоткового сечения, выполненные из профилей холодной штамповки, соединены с помощью болтов. Следует отметить большую привлека-

282

направлены по касательной к срединной плоскости.

Крайние плоскости (торцовые стены), служащие опорами оболочки, принимают на себя силы, действующие на касательной к срединной плос­ кости оболочки.

Применение диафргам делает возможным более рациональную ра­ боту пространственной несущей системы и передачу возникающих в оболочке краевых сил.

8.4.4. Многослойные покрытия (структуры)

Многослойные конструкции появились после второй мировой вой­ ны главным образом как подражание формам, встречающимся в

небольшая высота конструкций; устойчивость к авариям даже в случае повреждения некоторых эле­

ментов; большая жесткость конструкций и малая деформация;

легкость и быстрота монтажа; сравнительно низкие показатели расхода стали и использования ра­

бочей силы.

283