Розділ 9

ПРОСТОРОВІ І СПЕЦІАЛЬНІ КОНСТРУКЦІЇ

З ДЕРЕВА І ПЛАСТМАС

9.1. Просторові конструкції

Просторові конструкції — це такі будівельні конструкції, осьові поверхні яких не збігаються з вертикальною осьовою поверхнею площинних конструкцій — арок, рам і ферм. При цьому просторові конструкції працюють і розраховуються не в одній, а в двох площинах, і всі їхні елементи працюють і розраховуються одночасно. Просторові конструкції менш матеріалоємкі і мають меншу власну масу, ніж площинні. Вони характеризуються підвищеною жорсткістю і надійністю. Місцеві дефекти й ушкодження не приводять, як правило, їх в аварійний стан. Просторові конструкції є в багатьох випадках одночасно і несучими і захисними і ними можна перекривати особливо великі прольоти.

Просторові конструкції мають наступні основні форми — плоску, циліндричну — склепінчату, сферичну — купольну і поверхонь подвійної кривизни (рис. 9.1).

Перехресна балкова клітка з клеєдерев’яних балок є плоскою просторовою конструкцією. Балки цієї клітки жорстко з'єднуються у вузлах їхніх перетинань за допомогою металевих кріплень. Розрахункова схема цієї балкової клітки є статично невизначеною з ступенем, що відповідає числу їхніх перетинів. Перевагою цієї балкової клітки є те, що балки тут мають істотно меншу висоту, ніж головні балки звичайних балкових кліток із клеєдерев’яних балок. Однак конструкція їхніх з'єднань більш складна і металоємка.

Кружально-сітчасте склепіння (рис. 9.2) - це решітка-сітка з окремих стержнів — косяків. Косяки можуть бути суцільно дерев’яними дощатими, клеєдерев’яними або клеєфанерними коробчатого перерізу - постійного або змінного, прямими або гнутими. Ці косяки з'єднуються у вузлах болтами, чи шипами сталевими кріпленнями і накладками.

Рис. 9.1. Схеми просторових дерев'яних конструкцій:

а — склепіння-оболонка; б — складка

Суцільнодерев’яне кружально-сітчасте склепіння може мати прольоти довжиною до 18 м у зв'язку з обмеженим сортаментом дощок. Клеєдерев’яні і клеєфанерні кружально-сітчасті склепіння можуть мати прольоти до 60 м, оскільки довжини і перерізи косяків для них можуть бути будь-яких необхідних розмірів. Склепіння може мати чи не мати затяжок, що сприймають його розпір. Опорами склепіння є інші основні несучі конструкції будинку. Кінці склепіння спираються на фронтони гнутої форми.

Рис. 9.2. Кружально-сітчасте склепіння:

а- схема; б — косяк; у — вузол; 1 — склепіння; 2 — затягування; 3 — фронтон; 4 — мауерлат

Основними перевагами кружально-сітчастого склепіння є його збірність, можливість бути основою настилів покриття, без прогонів і утворювати кесонні стелі, особливо раціонально влаштовувати їх у приміщеннях громадських будинків.

Клеєдерев’яні куполи є ефективними конструкціями великопрольотних покриттів громадських будівель. Їх виготовляють діаметрами від 50 до 100 м при висоті від ¹/₆ до ¹/₂ діаметра. Більшість цих куполів мають сферичну поверхню. Рідше застосовуються куполи шлемовидної форми. По конструкції куполи бувають ребристими, ребристо-кільцевими, сітчатими і ребристо-сітчастими.

Ребристий купол (рис.9.3,а) складається з таких основах елементів. Гнуті клеєдерев’яні ребра, вигнуті по дузі кола, розташовуються в меридіональних напрямках на рівних відстанях один від одного, максимальних на опорах і мінімальних у коньку. Конькове кільце може мати клеєдерев’яну чи металеву конструкцію і служить для з’єднання верхніх кінців ребер. Опорне нижнє кільце має кругову чи багатокутну форму. Воно в більшості куполів має залізобетонну конструкцію, а в деяких куполах є клеєдерев’яним. По ребрах купола укладають прогони і настили з дощок чи плити клеєфанерних настилів. Аркові ребра з'єднуються скатними зв'язками. Вузлові з’єднання елементів цього купола виконуються в більшості випадків із застосуванням лобових упорів, болтів і сталевих опорних башмаків, оскільки в них діють подовжні стискаючі сили.

Ребристо-кільцевий купол (рис. 9-3,6) складається з таких же основних елементів, як і ребристий. На додаток до них його конструкція має ще проміжні горизонтальні кільця - правильні багатокутники з клеєдерев’яних балок, що зменшуються в розмірах від опор до конька, розміщених на рівних відстанях по дугах ребер.Вони з'єднують усі ребра купола в єдину просторову конструкцію, яка має більшу несучу здатність, ніж ребристий купол без цих кілець.

Рис. 9.3. Клеєдерев’яні купола:

а - ребристий; б — ребристо-кільцевий; 1 — ребра; 2 — конькове кільце; 3 — опорне кільце; 4 — проміжні кільця; 5 — зв’зки; 6 — разрахункова схема ребер ребристого купола; 7 — те ж, ребристо—кольцеві купола

Сітчасті клеєдерев’яні куполи являють собою сітки, розташовані на сферичних поверхнях. Ці сітки можуть складатися з трикутних чи п’ятикутних осередків. Вони утворюються клеєдерев’яними стрижнями стандартних розмірів, з'єднаних у вузлах сталевими кріпленнями і болтами. Ці куполи спираються на опорні кільця. У сітчастих куполів відсутні ребра і конькові кільця. Прольоти їх можуть бути такими же великими, як і в ребристих куполів.

Ребристо-сітчастий клеєдерев’яний купол складається з тих же елементів, що і ребристий. Крім того, між ребрами розташовуються сітки, аналогічні сіткам кружально-сітчастого склепіння і сітчастого купола. Цей купол працює і розраховується так, як і ребристий . Сітка цього купола працює і розраховується як обперта по трьох сторонах на два сусідніх ребра та опорне кільце між ними.

Куполи і склепіння оболонки з прозорих склопластиків і оргскла в більшості випадків мають невеликі (до 6 м) прольоти через невелику товщину й обмежену міцність цих матеріалів. Необхідна гнута форма придається їм у процесі твердіння пластмас. Ці конструкції застосовуються як зенітні ліхтарі покрить громадських і деяких виробничих будинків. Працюють і розраховуються вони як оболонки, обперті по контуру.

Купола з тришарових плит складаються з трикутних чи п’ятикутних алюмінієво-пінопластових плит плоскої чи вигнутий у двох напрямках форми. Вони мають значну несучу здатність і можуть перекривати приміщення діаметром до 50 м.

Пневматичні будівельні конструкції, які називють іноді надувними - це оболонки з повітронепроникних тканин чи армованих плівок, несуча здатність яких забезпечується надлишковим тиском повітря Пневматичні конструкції бувають повітряноопорними, пневмовантовими і пневмокаркасними.

Повітроопорні оболонки (рис. 9.4) відрізняються простотою і можливістю перекривати значні (до 60 м) прольоти. Повітроопорна конструкція складається з оболонки, стиснутого повітря, опорного контуру, вхідного шлюзу і повітронадувної установки Оболонка утворюється одним шаром тканини і може мати сферичну форму у вигляді купола чи зрізаної знизу кулі, циліндричну форму у вигляді склепіння з циліндричними чи сферичними торцями. Оболонка утворюється зі смуг тканин, викроєних у відповідності з формою її поверхні. Краї оболонки кріпляться до опорного контуру. Стиснене повітря, що наповняє оболонку, знаходитися під постійним надлишковим тиском невеликої величини. Інтенсивність тиску встановлюється з умови того, щоб вона була не нижче маси снігу і тиску вітру, при якому зберігається додатня кривизнаоболонки.Практично внутрішній тиск приймається рівним 200...500 Па.

Рис. 9.4. Повітроопорні конструкції:

а-загальний вигляд; в-розрахункова схема;

Пневмовантові оболонки в більшості випадків мають такі ж циліндричні чи сферичні форми, як повітроопорні пневмооболонки, та складаються з таких же основних частин. Особливістю пневмовантових оболонок є наявність у їхньому складі вант, закріплених на опорному контурі. Це, як правило, сталеві троси, оцинковані для захисту від корозії, але як ванти можуть служити і канати з полімерних волокон.

Пневмовантове склепіння (рис. 9.5) є найбільше простою конструкцією цього класу. Повітронепроникна тканина між сусідніми вантами під дією надлишкового внутрішнього тиску і вітрового відсоса набуває форми вигнутого хвилястого гофра. Цей гофр має два додатніх радіуса кривизни - великий і малий. Великий радіус гофра має той же розмір, що і радіус кривизни вант і всієї оболонки в цілому.

Рис.9.5. Пневмовантовий склепіння а- і схема роботи оболонки б:

1- оболонка; 2 - сталеві ванти; 3 - фундаменти

Пневмокаркасні конструкції (рис. 9.6) складаються з окремих пневмоелементів, що являють собою герметично замкнуті балони круглого перерізу діаметром 0,2...0,5 м прямолінійної або вигнутої форми. Оболонку балона виготовляють із двох- або трьохшарової високопружної повітронепроникної тканини з додатковою, як правило, гумовою камерою, що забезпечує оболонці підвищену повітрянепроникненість. Торці балона в більшості випадків мають плоскодонні заглушки з ніппелями. Стиснуте повітря усередині балона знаходиться під значним тиском, що досягає 0,5...3 МПа.

Пневмоелементи застосовують для несучого каркасу у вигляді окремих пневмостійок, пневмобалок, пневмоарок, пневмопанелей в поєднанні з покриттям із повітронепроникної тканини. Ці конструкції мають малу несучу спроможність і застосовуються при невеличких прольотах - 6м для балок і до 15 м для арок.

Рис. 9.6. Пневмокаркасні конструкції:

а-пневмоелементи; б-розрахункові схеми; 1-пневмобалка; 2-пневмо-стійка; 3 - пневмоарка;

Розрахунок пневмоелементів роблять на дію зусиль від розрахункових навантажень, що можуть бути визначені загальними методами будівельної механіки і внутрішнього надлишкового тиску. Розрахунок роблять на міцність тканини оболонок, загальної і місцевої стійкості.