Навигация:
Главная → Все категории → Большепролетные конструкции

Легкие металлические стержневые системы типа структур


Легкие металлические стержневые системы типа структур

Пространственно-стержневые металлические конструкции, так называемые структуры (рис. III.1), образуемые на основе многократно повторяющихся элементов, обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными решениями покрытий.

К преимуществам относятся:
-- пространственность работы системы, что создает возможность перекрывать без промежуточных опор большие пролеты;
-- повышенная надежность от внезапных разрушений; снижение строительной высоты покрытия; облегчение ограждающих конструкций кровли благодаря частой сетке узлов;
-- максимальная унификация узлов и стержневых элементов, что создает условия для перехода к поточному изготовлению металлических конструкций;
-- сокращение затрат на транспорт;
-- возможность использования совершенных методов монтажа-сборки на земле и подъема покрытия крупными блоками либо в полностью законченном виде;
-- сборно-разборность (при необходимости); архитектурная выразительность и универсальность применения для зданий самого различного назначения.

В Москве в объединении «Мосреммаш» организовано поточное производство элементов структур по хорошо отработанной технологии, что определило широке применение структурных покрытий в строительстве.

Принципиальной особенностью структурных конструкций является их геометрическое строение, сходное с кристаллическими решетками металла и являющееся типичным примером пространственной системы. Нагрузка, приложенная к любому узлу структуры, вызывает усилие, в первую очередь, в примыкающих к узлу пространственно расположенных стержнях, т. е. пространственную реакцию, сходную с сопротивлением сплошной системы (плиты или оболочки).



Рис. 1. Перекрестно-стержневые системы типа структур а —план (слева — верхние пояса и раскосы; справа — нижние пояса и капители); б — варианты опирания структур на подстропильные фермы; I, V — при расположении подстропильной фермы снизу; II—IV— при расположении подстропильной фермы в одном уровне со структурой; 1 — структура; 2 — подстропильная конструкция; 3 — распорка; 4 — несущие тросы; 5 — капитель; в — подвесное структурное покрытие; г — стержневой элемент — модуль 3 м


Структурная система не имеет прогонов и связей, традиционных для металлических конструкций. Их функции выполняют несущие стержни поясных сеток и наклонной решетки. Легко убедиться, что даже ортогональная структура без диагоналей, поясные сетки которой сами по себе изменяемы, в целом является геометрически неизменяемой без всяких связей; роль связей выполняют наклонные раскосы.

Систему можно построить, взяв за основу пирамиду с прямоугольным основанием и присоединив к ней каждый последующий узел тремя стержнями.

Поскольку структуры благодаря пространственности и частому расположению пересекающихся ферм, обладают повышенной жесткостью, обычное для них отношение высоты к пролету 1/16—1/25 (против 1/6—1/10 в плоских фермах). Пониженная по сравнению с традиционными решениями покрытий высота конструкции позволяет существенно сократить объем здания и связанные с ним эксплуатационные расходы.

Сокращение пролета кровли с 6 или 12 м до 2—3 м в структурах создает условия для применения беспрогонных металлических настилов.

Структурные конструкции доставляют на место строительства в виде отдельных элементов. Следует особо отметить, что, несмотря на большое число элементов, из которых на месте собирают конструкцию, монтаж ее оказывается более быстрым и экономичным, чем при обычных покрытиях.

Стержневые строительные конструкции собирают непосредственно на землю вручную, при этом не требуется никаких механических средств, так как вес типового трубчатого стержня не превышает 75 кг. Благодаря высокой точности изготовления элементов конструкции, ее сборка осуществляется легко, с автоматическим обеспечением центрирования.

Опыт возведения конструкций показывает, что бригада из 4—5 чел. за 5 рабочих смен собирает блок покрытия размером в плане 900—1300 м2 с расходом рабочей силы 0,15—0,2 чел.-дн/м2. Чем длиннее стержень, тем быстрее идет сборка конструкции при равных размерах в плане.

В стесненных условиях, когда площадка не позволяет полностью собирать конструкцию на земле, ее собирают на подмостях на уровне рабочих отметок или поэлементно, с наращиванием отдельных стержней или секций небольшого размера на ранее смонтированную часть конструкции.

Определенным ограничением применения легких металлических покрытий являются требования противопожарной безопасности. Применение структурных покрытий разрешается при условии обеспечения предела огнестойкости 0,75 ч. Это достигается применением огнезащитных красок «Экран-М», ВПМ-2. В качестве огнезащитного мероприятия возможно также устройство подвесных потолков.

Стоимость перекрестно-стержневой конструкции покрытий одноэтажных зданий составляет (без элементов кровли, прогонов, профилированного настила): с длиной стержня 2 м — 19,6 руб/м2, с длиной стержня 3 м — 11,6 руб/м2.

Конструктивные системы типа структур сборно-разборные и могут применяться многократно.

Структурные системы допускают возможность использования строительной высоты конструкции для размещения различных инженерных коммуникаций, имеют привлекательный внешний вид, что позволяет обходиться без подвесных потолков.

Стержневые пространственные конструкции типа структур имеют минимальное число опор. Отличие перекрестно-стержне-вых конструкций от других пространственных систем заключается в возможности опирания их в любых точках пересечения ребер, т.е. на свободно расположенных опорах. Это свойство позволяет в каждом конкретном случае находить наиболее рациональный вариант опирания, соответствующий экономическим, архитектурным и эксплуатационным требованиям. В качестве опорных точек могут быть использованы не только конструктивные опоры, но и стационарное технологическое оборудование, трибуны и т. д. При этом не образуется четко выраженного опорного контура — опоры располагаются под покрытием

свободно. Принцип свободного расположения опор дает в ряде случаев значительный экономический эффект, позволяет уменьшить строительную высоту конструкции.

Наиболее целесообразно применение стержневых пространственных конструкций на квадратном или близком к квадрату плане при расположении опор по контуру или внутри контура. При соотношении сторон опорного контура больше 1.: 1,2 максимальные моменты в коротком направлении начинают резко возрастать и применение конструкции становится экономически нецелесообразным. Поэтому при необходимости перекрывать вытянутые планы их разбивают на близкие к квадрату участки и на каждом из образованных участков применяют отдельную независимую конструкцию (ячейковый или модульный тип зданий).

Структурные системы могут быть не только плоскими, но и образовывать сложные пространственные формы покрытий. Другим направлением рационального использования перекрестных конструкций является проектирование комбинированных систем с опиранием перекрестно-стержневой конструкции на подстропильные балки, фермы, рамы или ванты. Подстропильные конструкции в зависимости от их типа, назначения здания и других факторов могут располагаться по отношению к основной перекрестной конструкции снизу или в одном уровне с ней.

В основе геометрического построения структуры, как уже отмечалось, лежит пирамида на квадратном основании (тетраэдр). Пирамиды состоят из трубчатых стержней диаметром 50—133 мм или из прямоугольных труб. В качестве узлового элемента используется полусферический или сферический узловой элемент, позволяющий одновременно прикрепить 8—12 стержней. Узловой элемент имеют отверстия с резьбой в направлении всех сходящихся стержневых элементов.



Рис. 2. Примеры формообразования с использованием структурных систем в проекте климатрона


Материал труб стержневых элементов структуры — сталь Ст20, узловых элементов и втулок стержневых элементов—Ст45. Стержни структуры монтируют на высокопрочных болтах МЗО из стали, термически обработанной в готовом изделии (болт), с временным сопротивлением разрыву после термообработки не ниже 1100 МПа.

Соединение стержня и узлового элемента осуществляется вращением специальной втулки, которая ввинчивает болт в узловой элемент, сообщая болту вращательно-поступательное движение. Усилия растяжения при этом передаются болтом, а сжимающие усилия — специальной втулкой. При сопряжении с узловым элементом плотность соединения обеспечивается созданием некоторого предварительного напряжения болта.

Такая конструкция узла позволяет собирать покрытие на месте строительства из элементов полной заводской готовности, что резко снижает трудоемкость сборки и монтажа.

Наиболее целесообразно собирать структурное покрытие на земле и в полностью законченном виде поднимать в проектное положение, что обеспечивает простоту и наименьшую трудоемкость монтажа. Так это и было сделано на ряде олимпийских объектов. „с

Кровлю по структурной конструкции выполняют из металлического профилированного листа с эффективным утеплителем (утеплитель при этом должен быть несгораемым, например, типа фенольно-резольного пенопласта ФРП, жестких минера-ловатных плит и др). Это решение снижает массу кровли до 25—30 кг/м'2. Следует особо подчеркнуть, что преимущества структурных покрытий по расходу стали определяются в значительной степени облегчением собственной массы кровли — применением эффективного утеплителя и легкого несущего металлического профилированного настила.

Стеновые ограждения в зданиях, где использованы структурные конструкции покрытия, могут быть навесными — в виде панелей-витражей из витринного стекла или стеклопрофилита с глухими участками, выполненными из трехслойных асбес-тоцементных щитов или панелей на основе профилированного настила, самонесущими — из стеклопрофилита. Предпочтительно применение навесных стен с несущими вертикальными импостами, которые сверху подвешиваются на конструкцию покрытия, а снизу крепятся к легкому железобетонному цоколю, выступающему из усиленной арматурными стержнями бетонной подготовки. Достоинство этого варианта — отсутствие фундаментов по периметру здания, сокращение земляных работ и дополнительная экономия материалов.

Общая жесткость и устойчивость каркаса здания со структурным покрытием обеспечиваются, как правило, защемлением колонн в фундаментах или устройством специальных диафрагм жесткости.

Эффективность применения перекрестно-стержневых пространственных конструкций типа структур в значительной степени зависит от полноты использования типового сортамента стержневых и узловых элементов, выпускаемых промышленностью.

Выпуск «на склад» стержней и узловых элементов обеспечивает универсальность структурных конструкций и возможность возведения из единого сортамента деталей не только отдельных секционных конструкций размерами 30X30, 36x36, 48X48 м, но и применение их для покрытия многопролетных зданий с квадратной расстановкой опор с ячейкой 18X18 или 24X24 м. Из типовых элементов можно возводить покрытия и каркасы стеновых ограждений.

Расход стали на структурное покрытие: при длине стержня 2 м —21,4 кг/м2, при длине стержня 3 м — 18,4 кг/м2. При применении в качестве покрытия профилированного металлического настила по стальным прогонам, укладываемым на структуру, расход металла на модульную ячейку составляет с длиной стержня 2 м 43 кг/м2, с длиной стержня 3 м 41 кг/м2.

Общая стоимость структурного покрытия с профилированным настилом по прогонам без огнезащитных мероприятий 23,8—26,8 руб/м'2.

Применение структуры дает косвенную экономию благодаря возможности облегчения кровли, минимальному числу опор и фундаментов под них, уменьшению в 1,5—2 раза строительной высоты конструкции, а следовательно, и общего объема здания.

Похожие статьи:
Рекомендации из опыта проектирования и строительства большепролетных сооружении Олимпиады-80 в Москве

Навигация:
Главная → Все категории → Большепролетные конструкции

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум