Пространственные конструкции покрытий зданий. Классификация по различным признакам. Область применения

В основу классификации простр-ных конструкций положены геометрическая форма и принципы статической работы.

1.Мягкие оболочки

А.тентовые покрытия, б. ванто-тентове покрытия, в.пневматические: пневмопанельные (пневмокаркасные), воздухоопорные, оболочки (усиленные канатами или сетками).

2.Вантовые покрытия

А.вантовые 2-хслойные(с легким покр.), б. вантовые 1-слойные(жб)}- с вантовыми системами: параллельными, радиальными, полигональными, перекресными; в. мембраны:

1-слойные, 2-слойные.

3.Структурные плиты ─

А.решетчитые (сквозные): перекрестные фермы 2-3-х направлений, стержневые пирамиды, складчатые с-ма из плоских и 3-гранных ферм; б. Пластинчатые (сплошные).

4. Вспарушеные

А. Оболочки с единой поверхностью: а1.положительной гауссовой кривизны- купола с криволинейным планом, оболочки с прямоугольным планом, а2. отрицательной гауссовой кривизны- гиперболические парабалойды, коноиды, гипербалойды вращения, а3. 0-ой гауссовой кривизны- длинные цилиндрические оболочки, короткие цил.обол-ки; б. своды- бочарные, складчатые, волнистые; в.Сопряженые(составные): в1. составные и произвольной формы – оболочки, типа висячик, складки(криволин.), комбинированные, в2. складки: шатры, балочного типа- треугольные и трапециевидные.

Пространственные покрытия - это системы, состоя­щие из тонкостенных оболочек (тонких плит) и контур­ных конструкций (бортовых элементов, опорных колец, диафрагм в виде балок, арок и т. п.). Все эти элементы связаны между собой и работают как единое целое. Это снижает расход материала и массу покрытия, делает его более экономичным и позволяет перекрывать большие площади без промежуточных опор. Кроме того, прост­ранственные покрытия отличаются особой архитектурной выразительностью.

Тонкостенные пространственные покрытия применяют в первую очередь для ангаров, спортивных залов, крытых рынков, выставочных павильонов, вокзалов, зрелищных предприятий, производственных зданий и других подоб­ных сооружений, в которых нежелательны или недопу­стимы промежуточные колонны.

Оболочкам придают очертания криволинейных по­верхностей или многогранников. Основными типами про­странственных покрытий являются своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки двоякой кривизны, покрытия с составными оболочками и подвесные покрытия.

В строительной практике находят применение и дру­гие разновидности тонкостенных пространственных по­крытий, выбор типа которых зависит от назначения со­оружения, его архитектурной компоновки, размеров, спо­собов возведения

27. Цилиндрические оболочки.

Пространственная работа обеспечивается жесткими торцевыми диафрагмами, к-рые воспринимают тангенциальные усилия, возникающие по краям оболочки.

Длинные цилиндр.оболочки.

Рекомендуемые пролеты: L=24-40 м; Высота по проекту; Материал: ЖБ, армоцемент, сталь, алюмин.сплавы.

Длинные цилиндрические оболочки - многоволновые конструкции с отношением пролета к длине волны 1/L > 2 и со стрелой подъема не менее 1/8. Поверхность оболочек образуется перемещением прямой по направляющей: криволинейной, круговой, эллиптической, параболической, коробовой.

Такие оболочки относят к оболочкам нулевой гауссовой кривизны (показатель кривизны K=1/(R1*R2=0).

В составе одной волны различают:

собственно оболочку - тонкую плиту, гладкую или ребристую, изогнутую по цилиндрической поверхности,

бортовые элементы (h=0.3÷ 0.5´ H), окаймляющие оболочку вдоль пролета

поперечные диафрагмы (фермы или арки с затяжками).

Недостатки: их применяют в зданиях без разветвленных инженерных коммуникаций в пределах строительной высоты покрытия.

Короткие цилиндр. и канонические оболочки.

Рекоменд.пролеты: 18-30м, Строительная высота: 1/8-1/10, Материал: ЖБ.

Короткие цилиндрические оболочки по своей форме близки к плоскостным конструкциям.

Отличаются они от последних тем, что путем сварки выпусков арматуры и замоноличивания плит настила с диафрагмами настил включается в работу на основной пролет.

В отличие от длинных цилиндриче­ских оболочек, короткие не выявляются в структуре фасадов, а интерьеры решают как без подвесного, так и с подвесным потолком.

цилиндрическим оболочкам.

Несущую способность цилинд. Оболочек можно увеличить при устройстве бортовых элементов. Оболочку с диафрагмами можно и борт.элементами можно опереть на 4 точки; отсутствие диафрагм превращает оболочку в свод, опираемый по продольным сторонам.

Своды.Современные сводчатые покрытия - тонкостенные конструкции из железобетона или армоцемента (из металла), несущая способность которых обеспечивается, прежде всего, их геометрической формой: кругового очертания, параболического, стрельчатого,

в виде коробовой кривой и т.п.

Такие покрытия совмещают в себе несущие, ограждающие, а иногда и гид­роизолирующие функции.

Подобными конструкциями можно перекрывать здания любой длины. Своды, как и арки (они и рассчитываются как арки) - распорные конструкции. Распор воспринимается затяжками, фундаментами, рамными пристройками, контрфорсами.

Выбор того или иного способа восприятия распора определяется функциональными и архитектурными требованиями. Требуемая изгибная жесткость сводчато­го покрытия значительных пролетов может быть обеспечена путем подкрепления его ребрами или придания ему волнистого или складчатого профиля в поперечном направлении. К недостаткам сводчатых конструкций относят: устройство затяжек и контрфорсов, большое число опор по продольным сторонам, увеличение строительного объема здания, трудности, возникающие при решении входов и освещения с боковых фасадов.

армоцементные пространственные конст­рукции и др.

28 Оболочки двоякой кривизны. Поверхности гипербалического парабалойда в покрытиях зданий.

Поверхности двоякой кривизны могут быть образова­ны способом вращения плоской кривой (образующей) вокруг оси, находящейся вместе с ней в одной плоскости, или способом переноса, т. е. поступательным перемеще­нием плоской образующей по параллельным направляю­щим.

Криволинейная поверхность может быть положитель­ной (рис. 125, а, б) или отрицательной кривизны (рис. 125, в).

Железобетонные прямоугольные в плане покрытия с оболочками положительной кривизны по расходу ма­териалов экономичнее цилиндрических оболочек на 25......30 %. Для них допускается еще более резкое размеще­ние опор, благодаря чему создаются исключительно благоприятные условия для эксплуатации многих помещений производственного и общественного назначения.

Конструкция такого покрытия состоит из тонкостен­ной плиты, изогнутой в двух направлениях, и диафрагм, располагаемых по контуру и связанных с ней монолитно. Покрытие в целом опирается по углам на колонны, но возможно и опирание оболочки по всему контуру.

Рис. 125. Оболочки двойной кривизны, а б - положительной кривизны; в - отрицательной кривизны 1 - поверх­ность переноса; 2-диафрагма; 3 - сборный плоский элемент оболочки; 4-сферическая поверхность

В отечественной практике сборные покрытия с поло­гими оболочками положительной кривизны выполнялись по различным конструктивным схемам. В одной из них оболочку членили на панели с одинаковыми номиналь­ными размерами в плане 3X3 м (рис. 125, а). Пане­ли делали плоскими, усиленными по контуру ребрами. В средней части оболочки панели имели квадратную фор­му, в периферийной - ромбовидную. Кроме контурных ребер панели имели диагональные ребра, в концах ко­торых были предусмотрены выпуски стальной арматуры. Соединение плит оболочки между собой достигалось сваркой выпусков арматуры с последующим замоноличиванием швов. Необходимая связь скорлупы-оболочки с контурными фермами осуществлялась сваркой арматуры, выпущенной из верхних поясов ферм, с арматурой, выпущенной из ребер крайних и угловых панелей, и замоноличиванием стыков бетоном.

К недостаткам такой конструкции относятся сравни­тельно мелкие размеры сборных элементов, дорогой и трудоемкий монтаж на сложных кондукторах, большое число швов и сварных соединений. В другой конструк­тивной схеме (см. рис. 125, б) сферическую оболочку расчленяют на цилиндрические панели с номинальными размерами в поверхности оболочки 3X12 м. Здесь нет недостатков, присущих предыдущей схеме, однако, ци­линдрические панели сложны при изготовлении и транс­портировании. Возможны и другие конструктивные схемы.

Гиперболические параболоиды образуются прямой образующей, которая перемещается параллельно вертикальной плоскости по двум прямым направляющим, не лежащим в одной плоскости. Поверхность гиперболического параболоида имеет в одном направлении кривизну выпуклостью вверх, а в противоположном направлении выпуклостью вниз. Наиболее простой формой гиперболического параболоида является оболочка, основанная на квадратном плане, борта которой представляют собой пространственный четырехугольник.
Некоторые из поверхностей второго порядка отрицательной гауссовой кривизны обладают замечательным свойством: содержат два семейства прямых линий прямолинейных образующих.

Типичными представителями таких поверхностей являются: рассмотренный выше гнперболический параболоид и гиперболоид вращения.

Наличие прямолинейных образующих позволяет выделить из зтих поверхностей косоугольные фрагменты поверхности двоякой кривизны, ограниченные четырьмя прямыми линиями.