7. Пространственные деревянные конструкции

1. Основные типы пространственных деревянных конструкций

7. Общие положения

Совокупность деревянных конструкций покрытия любого сооружения образует пространственную систему. В общем случае определение усилий и напряжений в такой системе представляет сложную многократно стати­чески неопределимую задачу; решение ее практически не всегда возможно.

В целях упрощения расчета и конструирования этих систем они при проектировании расчленяются на отдельные плоские конструкции, условно работающие независимо одна от другой. Например, в покрытии на плоских стропильных фермах, связанных между собой поперечными связями и кон­структивными элементами кровли, каждая ферма рассматривается как самостоятельная плоская система. При этом пренебрегают возможностью перераспределения расчетной нагрузки между смежными фермами и уча­стием в основной работе ферм ограждающих конструкций крыши. В связи с этим по существующей классификации такие системы условно относятся к плоскостным конструкциям. Фактически же пространственная работа таких покрытий, как правило, создает дополнительную надежность, не учи­тываемую расчетом.

С этой точки зрения к пространственным системам следует отнести лишь такие, в которых при расчете сооружения по главным пролетам и на воз­действие основных нагрузок учитывается совместная работа большинства элементов покрытия, включая в ряде случаев и элементы ограждения.

При этом совместная пространственная работа элементов покрытия должна быть обеспечена соответствующими конструктивными мероприя­тиями, главным из которых является устройство надежной связи элементов между собой. Надежность этих связей должна быть проверена на усилия взаимодействия элементов, определенные из расчета покрытия как простран­ственной системы.

В плане пространственные покрытия могут быть прямоугольной, квад­ратной, трапециевидной, многоугольной и круглой формы.

Геометрические формы поверхностей пространственных деревянных покрытий также весьма разнообразны и могут быть подразделены на следую­щие основные виды:

1. поверхности переноса одинарной (цилиндрические поверхности) и двоякой положительной и отрицательной гауссовой кривизны (поверхности сводов-оболочек двоякой кривизны);

2. поверхности вращения с вертикальной и горизонтальной осью — поверхности куполов и бочарных сводов;

3. коноидальные;

4. складчатые;

За последнее десятилетие за рубежом получили распространение про­странственные деревянные конструкции с довольно сложной поверх­ностью —тонкостенные конструкции с поверхностью параболоида, эллипсоида, коноида, гиперболоида, гиперболического параболоида и др.

По характеру опорных реакций пространственные системы деревянных конструкций делятся на распорные и безраспорные.

Рис. 8.1. Виды сводов-оболочек и складки

а – тонкостенный свод-оболочка; б – ребристый свод оболочка; в – ребристая складка

Можно также классифицировать их по способу опирания.

К распорным пространственным конструкциям относятся цилиндриче­ские своды и купола, опирание которых происходит преимущественно по контуру.

К безраспорным относятся своды-оболочки и складки различного очер­тания, опирающиеся на торцовые стены и диафрагмы.

К комбинированным пространственным конструкциям, образованным пересечением цилиндрических сводов, относятся крестовые своды, опираю­щиеся преимущественно в углах на колонны или по периметру, и сомкнутые своды, опирающиеся преимущественно по периметру. При опирании сомк­нутых сводов только в углах на колонны требуется по контуру их вводить балки большого сечения, в связи с этим их применение нецелесообразно.

Основными конструктивными типами пространственных деревянных покры­тий, нашедшими применение в практике строительства, являются (табл.8.1):

1. цилиндрические тонкостенные и ребристые своды-оболочки, а также складки (рис. 8.1);

2. тонкостенные и ребристые купола-оболочки, а также сомкнутые своды

(рис. 8.2);

3. кружально-сетчатые своды (рис. 8.3);

4. кружально-сетчатые сферические и сомкнутые купола (рис. 8.4).

Следует заметить, что в таких пространственных конструкциях, как складки, тонкостенные и ребристые своды-оболочки и купола, элементы ограждения, включая настилы, одновременно являются и основными элемен­тами несущей конструкции. Это заставляет с особым вниманием отнестись к вопросам предохранения от загнивания элементов ограждения, особенно в утепленных покрытиях; необходимо надежно предотвратить опасность конденсационного и других видов увлажнения несущих настилов. В по­стоянных сооружениях, помимо э

Рис. 8.2. Ребристые и тонкостенные купола и сомкнутые своды-оболочки

а — тонкостенный купол-оболочка; б — ребристый купол- оболочка; в — тонкостенный сомкнутый свод-оболочка;

г — ребристый сомкнутый свод-оболочка

Рис. 8.3. Кружально-сетчатые своды

а — с передачей распора на фунда­мент; б — с передачей распора на затяжки

того, совершенно обязательно антисептирование древесины.

Рис. 25.4. Кружально-сетчатые сфе­рические и сомкнутые купола

а — сетчатый купол; 6 — сомкнутый кружально-сетчатый свод; в — сферический ку­пол радиальной системы; г —купол из клее­ных арок, пересекающихся под углом 60°; д — купол из колец с треугольной решет­кой между ними

Особым типом пространственных покрытий являются купола, образуемые из пересекающихся в замковом шарнире трехшарнирных арок и рам, опи­рающихся непосредственно на фундаменты или стены. Участие прогонов и настилов крыши в работе основных конструкций — арок обычно не учи­тывается. Такие конструкции, будучи по своей форме пространственными, по принятым методам расчета расчленяются на отдельные плоские трехшарнирные арки. В этих покрытиях прогоны и элементы крыши играют ту же роль, что и в обычных покрытиях на плоских фермах; то же самое от­носится к распорным цилиндрическим сетчатым сводам, которые при рас­чете также расчленяются на плоские арки.

Тип свода, складки, купола	Величина пролета или диаметр купола в м	Стрела подъема в долях пролета L	Стрела выгиба полуарки f1 в долях пролета	Толщина свода в долях пролета	Отношение пролета к ширине свода-оболоч­ки или складки	Централь­ный угол 2α в град	Коэффи­циент собствен­ного веса kсв	Коэффициент, характери­зующий затрату металла kм в %
Тонкостенные своды-оболочки …………………	20—40	1/5—1/6L	—	—	2,5—3	≥120	10—15	4—5
Ребристые своды-оболочки ……………………..	20—100	1/6—1/8L	—	—	4—5	≥90	6—15	5—8
Ребристые складки ………………………………	12—25	1/2—1/9L	—	—	1—3	—	15—20	3—5
Тонкостенные сферические купола-оболочки …	10—35	1/2—1/6D	—	1/200—1/250D	—	—	10—15	3—6
Ребристые сферические купола-оболочки ……..	35—70	1/2—1/6D	—	1/50—1/70D	—	—	10—15	4—6
Сомкнутые тонкостенные и ребристые ку­пола-оболочки ………………………………………….	20—40	1/2—1/6D	—	1/40—1/60D	—	—	10—15	4—6
Кружально-сетчатые распорные своды при круговом очертании ……………………………...	12—80	> 1/7L	—	> 1/100L	—	—	13—15	1—21
То же, при стрельчатом очертании ……………..	12—80	> 1/3L	≥ 1/15L	1/100L	—	—	13—15	1—21
Кружально-сетчатые сомкнутые своды ………...	15—50	1/2—1/6D	—	1/150L	—	—	8—12	1—21
Кружально-сетчатые сферические купола ……..	15—40	1/2—1/6D	—	1/150L	—	—	8—12	1—21
Сферические купола радиальной системы ……..	25—100	1/2—1/6D	—	1/30—1/40D	—	—	3—5	4—6
То же, клееной конструкции …………………….	25—100	1/2—1/7D	—	1/30— 1/40D	—	—	2—4	2—3
Сферический купол, образованный пересекаю­щимися по трем направлениям клееными арками под углом 60° ……………………………………..	20—65	1/3—1/7D	—	1/30— 1/40D	—	—	2—4	3—4
Сферический купол, образованный из ребер, колец и треугольной решетки ……………………	20—65	1/3—1/7D	—	1/30—1/40D	—	—	2—4	3—4

Таблица 8.1