2. Пространственные конструкции покрытия
Пространственные конструкции покрытия– тонкостенные конструкции, пространственная форма которых работает преимущественно на сжатие, что обеспечивает жесткость и устойчивость покрытия. Пространственные конструкции покрытий подразделяются на:
- сплошные плоскостные тонкостенные;
- сплошные пространственные криволинейные тонкостенные;
- решетчатые.
К тонкостенным пространственным конструкциям относят складки, шатры, складки-оболочки, пологие оболочки, оболочки-купола, перекрестно-стержневые конструкции покрытия.
2.1. Сплошные плоскостные тонкостенные в которых плоские плиты расположены друг к другу под углом (складки, шатры, складчатые своды-оболочки).
Складки – пространственные тонкостенные покрытия, образованные плоскими взаимно- пересекающимися элементами, жестко скрепленными между собой под различными углами (рис. 11.10 а, б, в, д, ж, м, н). Конструктивная высота складок принимается 1/10 – 1/15, а толщина плит – 1/100 – 1/150 главного пролета. Складки перекрывают пролеты до 60 м, при этом плиты выполняются толщиной 30 – 60 мм. Складчатые покрытия устраивают монолитными и сборными, гладкими и ребристыми.
Рис.11.10. Складки и шатры:
а – складка пилообразная; б – складка трапециевидного профиля; в – складка из однотипных треугольных плоскостей; г – шатер на прямоугольном основании с плоским верхом; д – складка сложного профиля; е – многогранный складчатый свод;
ж – складка-капитель; и – четырехгранный шатер; к – многогранный шатер;
л – складчатый купол; м – сборная складка призматического типа; н – сборная складка с затяжками из плоских элементов
Шатры – пространственные конструкции, перекрывающие прямоугольное или многоугольное в плане пространство смыкающимися кверху с четырех или более сторон плоскостями (рис. 11.10 г, и, к, л).
Складчатые своды и оболочки – образуются из плоских или ребристых криволинейных элементов, собранных в складчатые оболочки или своды, жестко соединенные между собой (рис.11.10 е, рис. 11.11). Элементы складчатых оболочек выполняются из монолитного бетона, реже из сборных железобетонных плит, металла, строительного пластика, дерева.
Рис 11.11. Складки-оболочки:
а – сводчатая оболочка, собираемая из плоских элементов; б – формы плит, применяемых в складках (а); в, г, д – покрытие универсального спортивного зала «Дружба» в Москве (в-фасад; г- вид сверху; д- опорная складка-оболочка); 1 – опорная плита свода; 2 – рядовая плита свода; 3 – опорный контур; 4 – затяжка; 5 – закладные элементы в плитах; 6 – сборные опоры ромбовидных складчатых оболочек; 7 – ребра сборных элементов
2.2. Сплошные пространственные криволинейные тонкостенные – пространственные пологие оболочки с одинарной и двоякой формой кривизны.
Пространственные пологие оболочки по методу возведения подразделяют на монолитные, сборные и сборно-монолитные. По форме сечений оболочки можно разделить на гладкие, ребристые сетчатые и кристаллические.
К оболочкам одинарной кривизны относят оболочки цилиндрические, многоволновые цилиндрические и синусоидальные (рис. 11.9 а, б, в, к). Опирание покрытия в них производится на торцовые и промежуточные диафрагмы жесткости, которые жестко с ними связаны и обеспечивают тем самым пространственную устойчивость. Диафрагмы могут быть выполнены в виде несущих стен, ферм, арок или рам (рис. 11.9 в, г, д). Длина волны цилиндрических и синусоидальных оболочек обычно не превышает 12 м. Отношение стрелы подъема к длине волны f / l 1 / 7, а к длине пролета f / l 1 / 10. Перекрываемые пролеты могут быть 80 – 100 м.
К оболочкам двоякой кривизны относятся бочарные оболочки (рис. 11.9 е, ж) и оболочки типа гипар (рис. 11.12). Бочарные оболочки имеют продольную ось, изогнутую по кривой с выпуклостью кверху, очерченную по окружности большого радиуса. Работают такие оболочки как в продольном, так и в поперечном направлении подобно сводам. Распор в продольном направлении воспринимают затяжки, находящиеся или на уровне опор, или под землей. В поперечном направлении распор могут воспринимать затяжки, бортовые элементы или диафрагмы жесткости. Возможны комбинированные покрытия, составленные из нескольких симметричных оболочек, соединенных между собой стержнями, фермами (рис. 11.13 а) или жестко соединенных между собой (рис. 11.13 б).
Рис. 11.12. Оболочки с поверхностью гиперболического параболоида (гипар):
а – построение оболочки гипар; б, в – покрытие здания оболочками из четырех гипаров;
г – комбинированная оболочка из двух пересекающихся цилиндров; д – из трех бочарных оболочек; е – из четырех цилиндрических оболочек с наклонными осями
Рис 11.13. Комбинированные покрытия из оболочек -гипаров значительной кривизны:
а – покрытие из двух гипар; б – покрытие из восьми пересекающихся гипар; 1 - опорный контур; 2 – стяжки-распорки между двумя опорными контурами; 3 – железобетонная монолитная оболочка; 4 – оттяжки, заанкеренные в грунте; 5 – две боковые опоры, поддерживающие всё покрытие; 6 – линии пересечения поверхностей оболочек-гипар; 7 – столбчатые фундаменты; 8 – расположенные под землей затяжки, воспринимающие распор от оболочки
Купольные оболочки представляют собой поверхность вращения вокруг вертикальной оси кругового сегмента. В большинстве купольные оболочки имеют форму поверхности шара, опирающегося по всему периметру или на отдельные точки, расположенные по контуру купола (рис. 11.14). Купольная оболочка наиболее проста и экономична по расходу материала. Диаметр покрытий может доходить до 100 м при толщине оболочки 60 – 150 мм (1 / 200 – 1 / 700 пролета).
Рис.11.14. Купольные оболочки:
а – гладкий купол; б – ребристый купол; в – сетчатый купол; г – многоволновый купол;
д – купол на вертикальных стойках; е – купол на наклонных стойках; ж – кристаллический (звездный) купол из треугольных плит и стержней; 1 – оболочка; 2 – опорное кольцо;
3 – стержни сетчатого купола; 4 – стойки; 5 – связи жесткости; 6 – опоры; 7 – типовые треугольные плиты; 8 – стержни или затяжки в проемах звездного купола