Общественные здания с крупными зальными помещениями

В зданиях с помещениями больших размеров, в которых в связи с их

назначением не могут быть установлены промежуточные опоры (в зрительных и спортивных залах, бассейнах, выставочных павильонах и др.), систему конструкций покрытий выбирают в зависимости от условий эксплуатации и намеченного архитектурно-композиционного решения.

Широкое внедрение в строительство современных высококачественных строительных материалов (железобетон, высокопрочная сталь, алюминий, синтетические материалы и др.) обеспечило возможность широкого применения эффективных конструкций для перекрытия больших пролётов.

В зависимости от применяемого в покрытии материала эти конструкции можно разбить на три большие группы:

из жёстких материалов (металл, бетон, дерево, пластмассы);

из нежёстких (гибких) материалов (тросы, кабели, тонкие металлические листы, ткани, синтетические плёнки);

комбинированные (сочетающие в себе материалы разных групп).

Покрытия из нежёстких материалов свою несущую способность, устойчивость и требуемую жёсткость приобретают только путём натяжения или после предварительного натяжения (висячие, тентовые, пневматические).

Конструкции большепролётных покрытий, кроме того, делятся по условиям статической работы на плоскостные и пространственные.

К плоскостным относятся такие конструкции, у которых каждый несущий элемент, перекрывающий пролёт, работает только в своей вертикальной плоскости. Отдельные виды плоскостных несущих конструкций покрытий имеют свои схемы работы.

Балки и фермы работают автономно в своей вертикальной плоскости и передают на опорные конструкции (колонны или стены) соответствующие вертикальные опорные реакции.

Рамы и арки передают на опорные элементы не только вертикальные опорные реакции, но и возникающие в конструкциях распорные усилия.

Пространственные большепролётные конструкции покрытий из жёстких

материалов включают: перекрёстные системы, своды и

тонкостенные пространственные конструкции (оболочки, складки, и шатры).

Применение таких конструкций уменьшает расход строительных материалов на покрытие и сокращает объём работ по устройству опор и фундаментов по сравнению с плоскостными конструкциями. Однако возведение пространственных большепролётных конструкций требует более сложной организации производства работ.

К пространственным большепролётным конструкциям из нежёстких материалов относятся висячие конструкции, где основными несущими

элементами, перекрывающими пролёт, служат металлические тросы, металлические листовые мембраны, мембраны из синтетических материалов, а также воздухоопорные и каркасные пневматические

конструкции.

Плоскостные безраспорные конструкции из жёстких материалов

Фермы, балки. Обычное техническое решение плоского покрытия заключается в установке стропильных ферм или балок на расстоянии 6 м друг от друга с покрытием в виде железобетонного ребристого настила или профилированного и стального листа.

ВОЗ стропильные фермы редко оставляют открытыми и закрывают снизу декоративным подвесным потолком. Фермы могут иметь прямоугольную форму с параллельными поясами, трапециевидную, сегментную, в зависимости от архитектурного замысла. Стропильные фермы применяются не только в покрытиях, но и в междуэтажных перекрытиях для образования больших помещений в промежуточных этажах.

Целесообразное решение покрытий достигается также при применении длинномерных сборных настилов, укладываемых по продольным балкам, опертым на колонны, или по несущим продольным стенам. Такие настилы могут быть пустотелыми (типа «динакор») высотой 80-100 см, ребристыми шириной 1,5-3 м, типа ТТ, сводчатыми типа КЖС, вспарушенными, гиперболического очертания и т.д.

Плоскостные распорные конструкции из жёстких материалов

Арочные покрытия перекрывают пролеты 100 м и более.

Высокие архитектурные качества арочных конструкций позволяют во многих случаях получить выразительные интерьеры крупных залов

Арки могут быть деревянными, металлическими и железобетонными, сплошного или решетчатого сечения. При малых пролетах до 30 м деревянные и железобетонные арки имеют прямоугольное сечение, а металлические - двутавровое. При пролетах от 30 до 50 м независимо от материала - двутавровое, а при пролетах более 50 м - решетчатое.

Подъем арок обычно составляет от 1/4 до 1/6 пролета, а расстояние между арками 6-12 м. Арки с затяжками применяются в спортивных залах, ангарах и складах.

Пространственные конструкции из жёстких материалов Перекрёстные системы покрытия

Перекрестно-стержневая конструкция - пространственная сетка, состоящая из перекрещивающихся поясных стержней и пространственной решетки, поставленной по диагонали квадратных ячеек. Возможности такой конструкции (структуры) очень широки, так как ее можно опирать на колонны в любой точке. При этом все возможные варианты получаются на основе ограниченного сортамента стержней, что позволяет организовать их поточное производство с высокой степенью механизации и автоматизации технологических процессов. Расход материалов на такое пространственное покрытие на 20-30% ниже, чем в обычных покрытиях по стропильным фермам.

Транспортировка перекрестно-стержневых конструкций осуществляется без применения специальных фермовозов, панелевозов и грузовых платформ, а укрупнительная сборка производится вручную и не требует высококвалифицированных рабочих.

Возможная величина пролетов таких конструкций - 36 х 36 м.

Модульная сетка пространственных перекрестно-стержневых конструкций строится по ортогональной (преимущественно 3 х 3 м), треугольной или шестиугольной системам.

Такие конструкции применяют для самых разнородных покрытий с опиранием по контуру на внутриконтурные колонны. Устраиваемые консоли по всем или некоторым сторонам могут придавать покрытию любую форму в плане. Подобные конструкции применяются при строительстве крупных павильонов.

Тонкостенные пространственные конструкции. Оболочки.

Цилиндрические оболочки из железобетона появились в конце 20-х годов XX в. и не потеряли своего значения до сих пор.

Цилиндрические оболочки могут применяться при пролетах до 24 м при ширине оболочки 6-12 м, высоте 2-3 м и толщине 3 см. Иногда цилиндрическим оболочкам придают несимметричное сечение, например при устройстве шедовых (пилообразных) покрытий больших пролетов.

Оболочки вращения

Купольные покрытия являются наиболее эффективными с инженерной точки зрения, позволяя с незначительным расходом материалов перекрывать большие пространства. Не случайно купола получили в архитектуре такое широкое распространение с древних времен.

Современные купола сооружают из металла, железобетона или клееных деревянных конструкций. Конструкции куполов могут быть гладкими, ребристыми, ребристо-кольцевыми, кристаллическими, звездчатыми и т.д. Гладкий монолитный

железобетонный купол Новосибирского театра оперы и балета, возведенный по проекту П. Л. Пастернака, при пролете 56 м имеет толщину в коньке всего 8 см.

Волнистыми или складчатыми сводами перекрывают спортивные залы, цирки, крытые рынки, залы собраний и другие большепролетные общественные здания. Толщина плиты волнистого свода при любом пролете не превышает 3 см, а расход железобетона на 30-35% меньше, чем в обычной конструкции покрытия по стропильным фермам. Пологий свод-оболочка при подсветке различного рода светильниками создает в интерьере иллюзию взлета покрытия и развитого свободного пространства.

В пологих оболочках можно устраивать отверстия для установки световых фонарей любого типа, в том числе зенитных, перекрытых пластмассовыми колпаками.

Стремление уменьшить число типоразмеров сборных деталей привело к изысканию новых типов куполов с так называемой кристаллической разрезкой поверхности на треугольные плоские элементы. Число типоразмеров треугольников на сфере в наиболее употребляемых разрезках составляет обычно 5-8. Металлические купола наибольших пролетов 160-220 м были построены для покрытия стадионов в США (Хьюстон, Детройт, Лос-Анджелес).

Конструкция куполов с кристаллической разрезкой впервые была разработана Фуллером (США), построившим купола из стальных и алюминиевых стержней во многих странах, в том числе и в Москве.

При больших пролетах применяются также сетчатые своды с перекрестным направлением стержней (система В. А. Шухова).

Оболочки переноса

Гиперболические параболоиды (гипары) - наиболее экономичны по расходу материалов по сравнению с другими пространственными конструкциями (не более 0,05 м3 железобетона на 1 м2 покрытия.)

Форма гиперболических параболоидов в плане может быть квадратной, прямоугольной, овальной и т.д.

Тонкостенные пространственные конструкции. Складки

Наиболее простые пространственные конструкции - это складки, т.е. пространственные балки, составленные из отдельных плоских элементов.

Пространственные конструкции из нежёстких материалов Висячие конструкции

В висячих конструктивных системах основные несущие элементы – гибкие тросы, цепи или кабели. В висячих конструкциях они воспринимают только растягивающие усилия, работают на растяжение и называются вантами.

Сетка из таких тросов имеет массу 2-3 кг на 1 м2. Однако при высокой прочности тросы не обладают достаточной жесткостью и при неравномерной нагрузке дают

весьма значительные деформации, поэтому в висячих покрытиях применяются стабилизирующие тросы, которые создают предварительное натяжение в

несущих тросах.

Висячие покрытия подразделяются на покрытия, уложенные непосредственно по тросам, и на покрытия, подвешенные к несущим тросам.