ЛЕКЦИЯ+26РЭА

5

ЛЕКЦИЯ 26. Здания зального типа и их конструкции

Необходимость устройства большепролетных покрытий возникает при проектировании большинства спор­тивных, зрелищных, торговых, выста­вочных зданий, а также ряда общест­венных зданий другого назначения (учебных, административных и др.), включающих зальные помещения, и жилых зданий с пристроенными помещениями общественного назначения (торговыми и др.).

Для покрытий залов применяют плоскостные и пространственные ж/б, металлические и деревян­ные несущие конструкции. Среди плос­костных наиболее широко распростра­нены настилы, балки, фермы, арки и рамы, среди пространственных— перекрестно-стержневые системы «структура», тонкостенные жесткие оболочки, висячие системы.

Статическое преимущество про­странственных систем — работа их ос­новных элементов на осевые усилия, что определяет большую экономию материалов. Но простран­ственная форма таких конструкций усложняет и удорожает их изготов­ление и монтаж (экономический баланс оказыва­ется в пользу пространственных кон­струкций при пролетах в 30 м с даль­нейшим увеличением их экономичности при возрастании пролета).

Пролет менее 30 м характерен для большинства зальных помещений об­щественных зданий массового строи­тельства. Соответственно можно счи­тать, что для покрытий залов зданий массового строительства экономически наиболее целесообразно применение плоскостных, а для уникальных зда­ний — пространственных конструкций. Разумеется, это положение не явля­ется всеобщим — отдельные простран­ственные конструкции (например, структурные или из сборных оболо­чек) в конкретных условиях строитель­ства могут быть экономичнее плоскост­ных при пролетах в 30 м и менее.

Плоскостные конструкции покры­тий зальных помещений. Плоскостные покрытия проектируют, как правило, совмещенными. Несущие конструкции покрытий формируют из сочетания стержневых (балка, ригель, рамы, арка, ферма) и плоскостных (насти­лы или панели покрытия) элементов или только из плоскостных — больше­пролетных настилов. Последний вари­ант предпочтительнее - благо­даря совмещению конструкцией несу­щих и ограждающих функций обес­печивается снижение затрат труда и расхода материалов.

Покрытия длинномерными насти­лами проектируют, используя типовые сборные железобетонные изделия, предусмотренные каталогами унифи­цированных индустриальных изделий для строительства.

В соответствии с объемно-плани­ровочным решением здания применяют длинномерные настилы покрытий с плоской или двускатной верхней по­верхностью.

Типовые настилы имеют пролеты 9, 12, 15, 18 и 24 м и выполняются в виде тонкостенных железобетонных ребристых плит (с контурными и по­перечными ребрами жесткости), тонко­стенных сводчатых плит типа СЖС и двухконсольных плит типа Ж (с добором типа 1Т). Наряду, с ними применяют перспективные изделия по­вышенной заводской готовности — комплексные утепленные настилы ти­па 2Т и специальные утепленные настилы покрытий общественных зда­ний, сформованные из конструктивно­го керамзитобетона. Настилы имеют продольные легкобетонные ребра и трехслойную плиту с утеплителем. Последние используют для перекрытия пролетов до 18 м, а утеп­ленные настилы типа 2Т—до 24 м.

После монтажа утепленных насти­лов покрытий на строительной пло­щадке выполняют только гидроизоляционные работы.

В отдельных случаях для покрытия общественных зданий применяют ко­робчатые железобетонные настилы или настилы-воздуховоды.

В плоскостных покрытиях со стерж­невыми несущими элементами (балка­ми, фермами и др.) последние уста­навливают с шагом 6 или 12м (иногда 15 или 18 м), опирая на колонны, реже на несущие стены. Настилы пок­рытия опирают на балки (фермы) и соединяют сваркой стальные закладные элементы этих конструкций. Наилуч­шие экономические результаты дает использование для покрытий настилов из легкого или ячеистого бетона, чем обеспечивается не только несущая спо­собность, но и теплоизоляция покры­тия. Поскольку такие изделия промыш­ленность выпускает только для проле­тов до б м, при большем шаге опор применяют неутепленные тонкостен­ные ребристые настилы с последующим устройством на постройке паро-, тепло- и гидроизоляции покрытия.

В качестве несущих стержневых элементов служат типовые железобе­тонные балки с параллельными поя­сами или двускатные фермы проле­тами 18, 24 и 30 м полигональные, треугольные, сегментные с раскосной или безраскосной решеткой, фермы с параллельными поясами.

Любые несущие конструкции пок­рытий (настилы, балки, фермы) имеют выступающие в интерьер ребра, что не всегда приемлемо по композиции ин­терьера. Поэтому в залах обществен­ных зданий их чаще закрывают под­весным потолком, который не только выполняет декоративные функции, но и обособляет необходимое пространство для размещения инженерных комму­никаций - вентиляции, электропро­водки и др.

Применение рам и арок для кон­струкций покрытий носит эпизодичес­кий характер, связанный со специ­фикой объемно-планировочного реше­ния зала. Чаще всего проектируют однопролетные арки и рамы трехшар­нирные, что снижает чувствительность конструкции к неравномерным осадкам основания. Устойчивость системы из плоскости арок и рам обеспечивают вертикальные связи между стой­ками рам и жесткие связи элементов покрытия с ригелями. При легких (не бетонных) покрытиях используют спе­циальные связи.

Усилия распора передают на раз­мещенные ниже чистого пола затяжки. Если же пяты арок расположены вы­ше пола, распор передают на контр­форсы или примыкающие горизонталь­ные несущие конструкции, например, перекрытия примыкающих к залу поме­щений здания. При пролетах до 30 м ригели рам и арки выполняют сплош­ными, при больших пролетах — сквоз­ными с раскосной или безраскосной решеткой. Для разгрузки ригеля рамы или арки, а также для решения функциональных задач (подвески на ружных ограждающих конструкций, устройства козырьков над входами) иногда предусматривают устройство консолей ригелей или арок, придающих архитектуре здания индивидуальные чертыциями их взаиморасположение с ог­раждающими проектируют в различ­ных вариантах (изнутри, снаружи, частично изнутри, частично снаружи).

При окончательном выборе варианта с учетом технико-экономи­ческих показателей следует иметь в виду, что первый обеспечивает мини­мальный объем внутреннего простран­ства и выступающие наружу несущие конструкции придают тектоничные черты архитектуре здания, второй — максимальный объем и тектоничные членения интерьеру при атектоничном внешнем облике, а последний в умерен­ном и холодном климате пригоден только для неотапливаемых зданий (павильонов сезонных выставок и др.) при несущих конструкциях из стали или железобетона.

Пространственные конструкции вы­полняют из металла, дерева, железо­бетона. В качестве основных материа­лов жестких оболочек наиболее рас­пространены железобетон и армоце-мент. В зарубежной практике чаще всего их выполняют монолитными и сборно-монолитными, в отечественной - преимущественно сборными или сборно-монолитными.

Покрытия складками и длинными цилиндрическими оболочками нулевой гауссовой кривизны применяют для за­лов пролетами 12-60 м. Наиболее распространены конструкции пролета­ми 12-36 м (в сборном варианте - 24-30 м). При пролетах 24 м и более такие конструкции проектируют предварительно напряженными, разме­щая напряженную арматуру в борто­вых элементах оболочек или ендовах складчатого покрытия.

Конструкции складок и цилиндри­ческих оболочек, являющиеся без­распорными в направлении пролета, по схеме статической работы близки к работе тонкостенной балки криво­линейного или ломаного сечения. Рас­пор конструкции в поперечном направлении (тенденция к распрямлению складки или оболочки под вертикальной нагрузкой) воспринимают за­тяжки или диафрагмы жесткости конструкции.

Архитектурно-строительные (устройство верхнего света, выбор разрез­ки конструкции), а также архитектур­но-художественные (увязка формы по­крытия с формой плана, выбор формы диафрагм жесткости в соответствии с композицией интерьера) задачи решают в покрытиях оболочками и складками несколько различно, что требует их индивидуального рассмотрения.

Покрытия длинными цилиндричес­кими оболочками проектируют одно- и многоволновыми, одно- и много­пролетными, сборными и монолитны­ми.

В многопролетных оболочках на опорах применяют единые для смеж­ных пролетов диафрагмы жесткости, в многоволновых — единые бортовые элементы.

Температурно-деформационные швы в многоволновых многопролетных покрытиях устраивают по длине покрытия на парных колоннах между парными диафрагмами жесткости.

Форму покрытия часто выявляют на фасаде здания, консолируя часть оболочки за грань наружных стен. Вместо глухой диафрагмы в плоскости наружных стен в этих случаях раз­мещают затяжку, устраивая между нею и оболочкой светопроемы для верхне­бокового освещения, а консоль исполь­зуют в качестве солнцезащитного ко­зырька над витражом.

В сборных конструкциях оболочек. применяют разрезку на криволинейные или плоские элементы.

Складчатые конструкции проектируют чаще, чем цилиндричес­кие оболочки в связи с большей тех­нологичностью формы. Применяют треугольную, трапецеидальную и шедовую форму складок в монолитном и сборном вариантах. Сборные складки монтируют из плоских У-образных или трапецеидальных элементов. Пос­ледний тип сечения сборных элементов наиболее предпочтителен, так как позволяет выполнить соединения плос­костей складок в ребрах в заводских условиях.

Преимущество 1-образных и трапецеидальных изделий - возмож­ность устройства вдоль стыка верхних плит складки вставок из плоских плит, расширяющих покрытие, или продоль­ных фонарей. Использование таких Складок обусловлено сокращением рас­хода материалов и трудозатрат на устройство кровли, возможностью Скрытого размещения инженерных Систем (воздуховодов, электропровод­ки и др.), исключением образования снежных мешков на покрытии, но соп­ровождается увеличением расхода кон­струкционных материалов.

Неизменяемость формы складчатой конструкции обеспечивают плоские поперечные стенки _ диафрагмы, затяжки, Г- и Т-образные рамные эле­менты, разнообразные поддерживающие конструкции.

Выбор формы эле­ментов жесткости в общественных зда­ниях осуществляют с учетом архитек­турных требований. Применяют покры­тия с параллельными веерными или встречными складками: параллельные и встречные складки — в покрытиях пря­моугольных залов, веерные — трапе­цеидальных.

Аналогично многоволновым много­складчатые покрытия часто выполняют с консольным свесом за грань наруж­ных стен. Они формируют активный профиль венчания здания и служат стационарным солнцезащитным сред­ством, как, например, в здании Курско­го вокзала в Москве.

Конструкция складок может быть применена не только для покрытий, но и для стен общественных зданий. Главным образом их предусматривают 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 ¼ пролета свода. Волнистый (складчатый, бочарный) свод имеет аналогичные аркам условия статичес­кой работы и одинаковые расчетно-конструктивные схемы — двух-, трех­шарнирную или бесшарнирную. Очер­тание свода проектируют по дуге окружности, цепной линии или парабо­лы (последнее предпочтительнее). Стрела подъема свода ¼ - 1/8 про­лета, ширина отдельной волны 3—12 м. Сечение волн — криволинейное — 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. Распор сводов (аналогично ароч­ным конструкциям) воспринимают .фундаменты, затяжки, контрфорсы, несущие конструкции смежных поме­щений, обстраивающих зал, перекры­тый сводом.

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, пер4жрывают 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 зазор 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 воспринятие кручения от краевой нагрузки фонарем и связаны между собой распорками или раскосами. В складчатом своде светопроемы устраи­вают в боковых наклонных стенках.

При устройстве световых проемов в монолитных волнистых сводах ослаб­ление сечения компенсируют контур­ными и промежуточными (при длинных фонарях) армированными ребрами. Ширину проема назначают не более 0,4 ширины волны.

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.

Боковое освещение наиболее удачно решается при опираний свода на отдельные опоры с устройством между ними витражей. Если свод опи­рается непосредственно на фундамент, то для бокового освещения в своде устраивают распалубки.

Купола из современных материалов проектируют пологими 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 1/700—1/900 пролета.