§ 16.3. Своды-оболочки и призматические складки

Своды-оболочки, или цилиндрические оболочки открытого про­филя* опирающиеся на жесткие торцовые диафрагмы и имеющие продольные бортовые элементы, являются весьма рациональным видом покрытия. Форма и характер опирания свода-оболочки обес­печивают ему пространственную работу, что позволяет использо­вать их при небольшой их массе для перекрытия значительных пролетов. Форма цилиндрических оболочек не отличается архитек­турной выразительностью, однако простота формы в значительной степени облегчает изготовление таких оболочек, позволяя без осо­бого раскроя широко использовать листовые материалы.

По статической схеме и характеру работы к сводам-оболочкам близки призматические складки, поверхность которых образована наклонными плоскими гранями. Складки с точки зрения расхода материала являются менее рациональной конструкцией, однако они проще в изготовлении. Своды-оболочки и складки выполняют в одноволновом и многоволновом вариантах. Такие покрытия, изго­товленные из дерева и пластмасс в различном конструктивном ис­полнении, нашли применение в общественном и промышленном строительстве.

В деревянных конструкциях применяют своды-оболочки и склад­ки (рис. 16.2) двух видов: тонкостенные и ребристые. В первом варианте сечение покрытия может быть сплошным (скле­енные между собой дощатые настилы) или каркасным (к каркасу из брусков высотой до 15 см на гвоздях и клею с одной или двух сторон крепятся обшивка из фанеры, древесноволокнистых плит или досок). Во втором варианте, в настоящее время устарелом, как правило, жесткие ребра располагают в поперечном направлении с шагом 2—6 м, а по ним укладывают продольный настил (для восприятия продольных усилий) и два косых настила под углом друг к другу (для восприятия сдвигающих усилий); иногда по реб­рам вместо настилов укладывают листы фанеры, обеспечивающие восприятие продольных и сдвигающих усилий.

Пластмассовые своды-оболочки и складки используют в таких конструктивных вариантах, в которых недостаточная жесткость ма­териала (невысокий модуль упругости) компенсирована увеличе­нием жесткости отдельных элементов, например за счет примене­ния объемных или трехслойных элементов.

Трехслойные цилиндрические оболочки пролетом до 25 м могут быть собраны из криволинейных трехслойных элементов за­водского изготовления (рис. 16.3,а). Конструкция трехслойного элемента аналогична трехслойной панели.

242

Рис. 16.2. Многоволновая складка из дерева:

/ — фанерный или дощатый настил; 2 — дере­вянное ребро; 3 — стальная затяжка

Рягчет свода-оболочки или призматической складки со свобод-о висяшиьш продольными краями при соотношении длины проле­та к длине волны /i//₂^3 /длинная оболочка) в про­дольном направлении на симметричную нагрузку

можно выполнять, как для балки корытообразного се­чения с недеформируемым контуром. Среднюю оболоч­ку или складку в многовол­новом покрытии независимо от соотношения пролета и длины волны можно также рассматривать как балку с недеформируемым контуром. В такой балке для вычисле­ния напряжений можно ис­пользовать формулы сопро­тивления материалов. При этом можно пренебречь не­равномерностью распределе­ния нормальных напряжений в продольном направлении ai (т. е. пренебречь изгиба­ющими моментами в про­дольном направлении mi). В расчете необходимо учесть продольные усилия в про­дольном и поперечном на­правлениях N\ и nz (рис. 16.3, б), сдвигающие усилия S, поперечные изгибающие моменты М₂=М и соответст­вующие им поперечные уси­лия Q2 = Q.

Наибольшие продольные нормальные напряжения о\ от равномерно распределен­ной нагрузки на единицу

площади q можно опреде- Рис. 16.3. Трехслойная цилиндрическая

лить, как для балки: оболочка из алюминия и пенопласта:

в — общий вид; б — схема внутренних усилий; I — диафрагма; 2 — панель; 3 — бортовой эле­мент; 4 — срединная поверхность

4W

где W — момент сопротивления поперечного сечения оболочки от­носительно нейтральной оси.

При вычислении положения нейтральной оси и величины W с известной степенью приближения можно пренебречь наличием

243

редких продольных ребер, расстоянием между обшивками в трех­слойном сечении и принять поперечное сечение оболочки очерчен­ным по срединной поверхности.

В оболочке возникают также усилия в поперечном направлении. Эти усилия можно найти из условий равновесия поперечной поло­сы единичной ширины, находящейся под действием внешней нагруз­ки и сдвигающих усилий. При расчете оболочки в поперечном на­правлении вычисляют момент инерции и момент сопротивления для продольного сечения единичной ширины с учетом всех особен­ностей структуры сечения.

Для оболочек и складок средней длины' (l=^/i//2^3) приведен­ную методику можно использовать лишь для ориентировочного расчета с целью назначения основных геометрических размеров в соответствии с заданными нагрузками и пролетами покрытия. Для более точного расчета может быть использован метод переме­щений.