Тема 7. Однопоясные висячие покрытия и мембраны

Однопоясными будем называть покрытия, в которых непосредственно на несущие гибкие металлические эле­менты (стержни или тросы) уложены плиты покрытия, несущие утеплитель и гидроизоляцию кровли. В боль­шинстве осуществленных покрытий применялись железо­бетонные или керамзитобетонные плиты. Все покрытия с железобетонными плитами обычно во время монтажа предварительно напрягались, швы между плитами замоноличивались, и покрытие превращалось в железобетон­ную предварительно напряженную висячую оболочку с несущей арматурой.

Разновидностью этой конструктивной формы явля­ются металлические оболочки-мембраны, в которых ме­таллические листы соединены на монтаже в единую ме­таллическую оболочку-мембрану. Последняя служит одновременно основанием для утеплителя и кровли, г. е. осуществляет одновременно несущую и ограждающую функции покрытия, чем выгодно отличается от других несущих систем.

Сравнительная простота этой конструктивной формы позволяет иметь небольшое число типоразмеров элемен­тов покрытия, что способствует их индустриальному из­готовлению и простому монтажу.

Пространственная работа покрытия значительно уве­личивает его жесткость, а совместная работа покрытия и опорной конструкции значительно облегчает работу конструкции. Эти преимущества данной конструктивной формы и определили ее широкое распространение

В настоящее время применяются покрытия, выпол­ненные с применением железобетона и изготовленные из металла.

7.1. Однопоясные покрытия с железобетонными плитами

К специфическим преимуществам покрытий с при­менением железобетона относятся их большая жест­кость по сравнению с металлическими оболочками большая огнестойкость и меньшие эксплуатационные расходы, а к недостаткам — большой собственный вес приводящий к повышенному расходу материалов на поддерживающую покрытие конструкцию.

Покрытие обычно состоит из плоских сборных керамзитобетонных или ребристых железобетонных плит заводского изготовления, уложенных на основные арма­турные стержни, замоноличенные и предварительно на­пряженные в процессе монтажа покрытия. Криволиней­ную поверхность из плоских сборных плит образуют швы замоноличивания.

В качестве высокопрочной арматуры в висячих обо­лочках чаще всего применяются стальные канаты и тросы. Они более удобны, чем другая высокопрочная ар­матура, используемая для предварительно напряженно­го железобетона, так как очень компактны, восприни­мают большие усилия и изготавливаются большой дли­ны, не требующей промежуточных стыков.

7.2. Металлические висячие оболочки-мембраны

7.2.1. Общие свойства металлических мембран.

В металлических оболочках благодаря их малой толщине напряжения от изгиба пренебрежимо малы по сравнению с напряжениями от их растяжения и обыч­но не учитываются в работе оболочки. Такие оболочки называют безмоментными, или мембранными. Металлическая мембрана, работающая на растяжение, пред­ставляет собой весьма благоприятную конструктивную форму для использования положительных свойств металла, в частности его высокой несущей способности при работе на растяжение. Именно поэтому мембранные покрытия экономичны по расходу металла на единицу перекрываемой площади и могут перекрывать большие пролеты. Кроме того, мембраны менее деформативны, чем аналогичные тросовые системы' Для оценки деформативности мембран большую роль играет такая, харак­теристика, как гауссова кривизна их поверхности.

В практике используются мембраны с цилиндричес­кой и конической поверхностью (имеющие нулевую га­уссову кривизну), различные формы провисающих поверхностей — сферическая, оболочки вращения (имею­щие положительную гауссову кривизну), шатровые и седловидные мембраны (имеющие отрицательную гауссову кривизну). Кинематический анализ показывает, что мембраны нулевой и положительной гауссовой, кривиз­ны работают подобно изменяемым системам, более деформативны и при некоторых видах нагружений, вызы­вающих в них сжимающие напряжения (например, вет­ровой отсос), могут потерять общую устойчивость.

Мембраны отрицательной гауссовой кривизны не могут потерять общую устойчивость, так как независи­мо от вида нагрузки и ее распределения всегда есть на­правления, в которых мембрана работает на растяже­ние. Поэтому такие покрытия оказываются малодсформируемыми, даже не будучи предварительно напряжен­ными.

Конструкция мембраны обычно состоит из направ­ляющих элементов («постели»), на которые при монта­же укладывают лепестки мембраны, заранее раскроен­ные в соответствии с формой мембраны. Эти лепестки прикрепляют к направляющим элементам. Лепестки мембраны сваривают на заводе, рулонируют и привозят на монтаж в виде готовых рулонов.

Материалом для мембран обычно служит листовая малоуглеродистая или низколегированная сталь толщи­ной 4—б мм. Чтобы уменьшить опасность коррозии, луч­ше применять атмосферостойкую низколегированную сталь типа 10ХНДП.