Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Конструкции зданий

Тонкостенные пространственные покрытия (оболочки)


Тонкостенные пространственные покрытия (оболочки)

Оболочки в настоящее время находят все более широкое применение для покрытий больших пролетов (сборочные цехи, ангары, стадионы, гаражи, рынки, концертные и спортивные залы, вокзальные, выставочные помещения и т. п.).

Вследствие пространственной работы оболочек соотношение между их собственным весом и полезной нагрузкой значительно меньше, чем в плоскостных конструкциях. Усилия в них распространяются по всей поверхности, и весь материал конструкции участвует в работе. В них совмещены несущая и ограждающая конструкции. Оболочками можно перекрывать помещения любых очертаний в плане.

Все железобетонные оболочки можно разделить на две группы: цилиндрические и двоякой кривизны.

К цилиндрическим относятся длинные и короткие оболочки, а также складки (призматические оболочки).

К конструкциям двоякой кривизны относятся купола гладкие, ребристые и многогранные; пологие и коноидальные оболочки, поверхности переноса, волнистые своды и покрытия висячего типа.

Существенное влияние на развитие тонкостенных покрытий больших пролетов имело применение в конструкциях предварительного напряжения.

Монолитные цилиндрические оболочки

Длинные оболочки. Составными частями длинной оболочки являются собственно оболочка (свод-оболочка), бортовые элементы и диафрагмы или торцовые части.

Сводчатые оболочки вместе с бортовыми элементами работают как балки криволинейного сечения с очень большим моментом сопротивления, опорные давления которых посредством касательных усилий передаются на жесткие диафрагмы. В противоположность обычным сводам они благодаря пространственной жесткости работают не в одном, а в двух направлениях, что позволяет довести до минимума их толщину и обходиться без затяжек.

Пролет оболочек достигает 20—30 м и более; длина волны обычно меньше 20 м.

Различают оболочки: однопролетные, опирающиеся на две диафрагмы; многопролетные, поддерживаемые по длине более чем двумя диафрагмами — крайними (торцовыми) и промежуточными; многоволновые, состоящие из нескольких параллельных оболочек, монолитно связанных между собой.

Длинные оболочки могут быть гладкими и ребристыми; в последних поперечные ребра жесткости могут быть расположены как под плитой, так и над ней. Расположение ребер над плитой облегчает выполнение оболочки при помощи передвижных подмостей, но неудобно в отношении устройства кровли.

Поперечное сечение длинных оболочек рекомендуется принимать очерченным по кругу как наиболее простое и устойчивое.

Промежуточные диафрагмы многопролетной оболочки могут быть в виде балки постоянного сечения (тип I); в виде сплошной балки переменной высоты (с ребрами жесткости), расположенной полностью ниже оболочки (тип II); в виде арки с затяжкой (тип III). Могут быть еще в виде рамы или опорной балки, уложенной непосредственно на стену.

Рис. 1. Длинные оболочки
а — одноволновая (вид сверху); б — многоволновая (вид снизу); в — ребристая; г — типы бортовых элементов; д — типы промежуточных диафрагм; 1 — бортовой элемент; 2 —- диафрагмы; 3 — опоры; 4 — промежуточные бортовые элементы

Температурно-усадочные швы в покрытиях из оболочек, как правило, устраиваются при помощи парных колонн с соответствующими парными бортовыми элементами или парными диафрагмами.

Имеются так называемые шедовые покрытия, основу которых составляют по существу длинные оболочки; наиболее целесообразная для них сетка колонн 18 X 12 м.

Складчатые покрытия (складки). Складчатые конструкции представляют собой системы тонких плит (плоскостей), монолитно связанных под некоторым углом и работающих в основном как балки, каждая в своей плоскости.

В складке каждое ребро двух смежных плит образует как бы балку, и нагрузки отдельных плит благодаря их поперечной жесткости передаются на ребра. В свою очередь, на ребрах эти силы раскладываются по плоскостям плит; суммируя по каждой плите эти силы и рассматривая их как нагрузки для отдельных плит, последние рассчитывают на изгиб в плоскости большей жесткости как обычные (неразрезные) балки.

Складки, имея много общего с длинными оболочками, как и последние, дают возможность перекрывать значительные пролеты, достигающие 20 м и более. Они имеют преимущество перед цилиндрическими оболочками в отношении большей простоты их выполнения. Но отдельные плиты складок работают и на местный изгиб в поперечном направлении, что заставляет ограничивать их ширину. Ширину граней следует брать не более 3—3,5 ж, чтобы толщина их получалась не более 10 см. На рис. 45.21, б, в приведены типы складчатых покрытий — одноволновых и многоволновых.

Рис. 2. Складчатые покрытия
а — схема действия сил; б — одноволновые складки; в — многоволновые складки

Складчатые покрытия могут быть однопролетными и многопролетным и.

Бортовые элементы, а также промежуточные диафрагмы складок устраивают так же, как и в оболочках. Торцовые диафрагмы могут быть вертикальными или плоскими наклонными.

Короткие оболочки. Короткие оболочки состоят из тонкого свода, защемленного в жестких диафрагмах (арок или рамах), установленных на расстояниях 6 и 12 м при этом, несмотря на малую толщину, свод обладает такой жесткостью, что отпадает надобность во второстепенных (продольных) балках. На рис. 45.22 показаны короткие оболочки в покрытиях зданий бесфонарных и с П-образными фонарями.

Как показали испытания, в короткой оболочке при загружении возникают преимущественно сжимающие напряжения, причем они имеют небольшие величины. Ввиду этого роль арматуры в своде сводится главным образом к восприятию усадочных, температурных и других непредвиденных растягивающих напряжений, а также для улучшения связи тонкой плиты с диафрагмами. Оболочка армируется сеткой с продольными и поперечными стержнями.

Бортовые элементы устраиваются в виде балок прямоугольного сечения высотой V15 г х/10 1г. Отверстия для фонарей оставляются в средней части оболочки; длина их в продольном направлении часто равняется расстоянию» между арками.

Рис. 3. Короткие оболочки
а — бесфонарные; б — с П-образными фонарями

Для покрытий промышленных зданий применяются короткие оболочки с относительно небольшой длиной волны — от 12 до 18 м, реже — 24 м при расстоянии между диафрагмами 6—12 м.

Монолитные оболочки двоякой кривизны

Купола. Купола являются одной из наивыгоднейших конструктивных форм железобетона. По сравнению с каменными куполами они отличаются малым весом, для них не требуется устройства ни чрезмерно тяжелых опор (пилонов), ни мощных фундаментов, а горизонтальный распор легко может быть воспринят железобетонным кольцом. Основное преимущество их перед металлическими куполами — огнестойкость.

Благодаря пространственной работе железобетонные купола получаются небольшой толщины, и это дает возможность перекрывать ими весьма значительные пролеты. Железобетонные купола перекрывают пролеты свыше 100 м, но это не является пределом их применимости.

По конструктивным особенностям железобетонные купола можно разделить на следующие основные типы: гладкие, ребристые и многогранные или многоугольные (из сводов-оболочек).

Гладкая купольная поверхность, образованная вращением какой-либо кривой, представляет собой сплошную железобетонную плиту двоякой кривизны, обладающей большим сопротивлением.

Арматура ее состоит из рабочих стержней, располагаемых по меридианам и концентрическим горизонтальным кругам. Число стержней по меридианам с приближением к вершине постепенно уменьшается в соответствии с уменьшением длины окружности купола. При толщине более 8 см во избежание усадочных и температурных трещин укладывается двойная сетка арматуры.

Рис. 4. Железобетонные куполы
а — гладкий; б — ребристый; в — многогранный

Горизонтальный распор воспринимается арматурой опорного кольца. В качестве примера можно привести тонкостенный купол московского планетария. Диаметр купола —‘28 м при толщине 6 см; арматура — меридиональная и кольцевая диаметром 10 мм. Бетонирование выполнено торкретированием.

Другим примером является гладкий сферический купол над зрительным залом театра в Новосибирске. Диаметр купола у основания равен 55,5 м; толщина оболочки — 8 сж; только у опорного кольца на протяжении 2 ж оболочка утолщена переходной кривой.

Ребристые купола менее выгодны, чем гладкие. Им может быть отдано предпочтение по архитектурным соображениям, при отклонении плана от круга или вследствие выбранного рода освещения, при котором требуется разделение купольной поверхности на отдельные панели.

Ребристые купола состоят из системы меридиональных и кольцевых ребер, армированных в соответствии с действующими усилиями и способом производства работ; ребра монолитно связаны с тонкой плитой. При небольших диаметрах купола ребра обычно располагаются только по меридианам.

У основания купола ребра соединяются опорным кольцом, воспринимающим распор; нередко ребра соединяются также и у вершины кольцом, работающим на сжатие.

Многогранные купола образуются пересечением нескольких сводов-оболочек; их преимущества перед круглыми заключаются не только в лучшей архитектурной форме, но и в возможности размещать опоры на значительных расстояниях.

Если купол образуется пересечением двух оболочек, то получается квадратным или прямоугольным в плане, причем нагрузка распределяется по четырем угловым опорам. Пересечением трех оболочек купол образуется шестиугольным в плане, а пересечением четырех оболочек — восьмиугольным. Возможны схемы куполов и с нечетным числом углов.

Пологие оболочки. В этих оболочках нагрузка передается по двум направлениям, благодаря чему уменьшаются нормальные напряжения, они также отличаются более высокой устойчивостью, их поверхности не могут быть развернуты подобно цилиндру или конусу, чем и объясняется большая жесткость на изгиб и устойчивость. Все это позволяет с помощью оболочек двоякой кривизны перекрывать большие пролеты по сравнению с цилиндрическими или при одном и том же пролете строить оболочки меньшей толщины.

Рис. 5. Пологие оболочки
а — схема; б — общий вид большепролетных шедовых покрытий

Оболочки двоякой кривизны, как и цилиндрические, бывают одновол-новые и многоволновые, короткие и длинные.

Короткие оболочки в продольном направлении опираются на торцовые диафрагмы (арки с затяжками, стены), а в поперечном всегда снабжаются бортовыми элементами. Бортовые элементы крайних волн делают уголкового или прямоугольного сечения, развитого в вертикальном направлении; сечение промежуточных элементов рационально принимать прямоугольным, развитым в горизонтальном направлении.

Средняя зона оболочки работает на осевое сжатие, арматуру в ней ставят по конструктивным соображениям.

Продольные растягивающие усилия сосредоточиваются в бортовых и промежуточных элементах и в прилегающих к ним зонах оболочки; для восприятия этих усилий арматура в основном располагается в бортовых и промежуточных элементах.

Поперечные изгибающие моменты возникают у краев оболочки, достигая наибольшей величины в середине пролета и уменьшаясь до нуля у опорных диафрагм; для восприятия их должна быть поставлена соответствующая арматура.

Сдвигающие усилия концентрируются в углах оболочки, где ставится двойная арматура. На рис. 45.24, б приведен общий вид шедового покрытия из пологих эллиптических оболочек двоякой кривизны.

Возведение этих покрытий во многом облегчено применением специальной передвижной опалубки, которая после возведения одной ячейки покрытия (площадью более 250 м2) без разборки перемещается на новую позицию для возведения следующей ячейки. Эти оболочки имеют большие технико-экономические преимущества перёд шедовыми покрытиями из цилиндрических полуоболочек.

Оболочки типа коноидов и гиперболических параболоидов

Преимущество этих оболочек заключается в том, что вся опалубка, несмотря на кажущееся сложное очертание, собирается из прямолинейных деталей (досок).

На рис. 6, а показана схема покрытия из нескольких коноидов, в которых направляющей кривой является парабола и у которых точки с, сх одного свода в месте сопряжения совпадают с точками, с другого свода; эти точки соединяются затяжками, которые воспринимают распор от покрытия. В свободных вертикальных промежутках можно устроить остекление. Чем больше растягивается свод-оболочка, тем он становится более плоским, и жесткость его уменьшается. На рис. 6, б показаны своды-оболочки, поддерживаемые решетчатыми фермами.

Рис. 6. Схема покрытий из линейчатых оболочек
а и б — виды коноидов; в — виды гиперболических параболоидов

Пересечением ряда гиперболических параболоидов можно образовать покрытие над большой площадью (например, в виде квадрата со стороной 40—50 м), которое будет поддерживаться четырьмя стойками в углах, жестко заделанными в фундамент и шарнирно соединенными с оболочками. Здесь вес распор от покрытия передается на четыре затяжки, расположенные по периметру, причем каждый треугольник (щипец) можно рассматривать как раскосную ферму.

Сборные и сборно-монолитные оболочки

Основные положения. Сборные оболочки собираются из заранее изготовленных элементов, соединяемых между собой на месте. Соединения (стыкования) должны обеспечивать надежную работу всей конструкции в целом как монолитной.

Во многих случаях криволинейные элементы оболочки возможно заменить плоскими гладкими или ребристыми. Сборные элементы выгодно изготовлять с бортовым окаймлением, что позволяет сделать самую плиту более тонкой и даже более безопасной от повреждений при транспортировании и монтаже.

Бортовые элементы оболочек выполняются такими же, как при монолитном решении, а также в виде ребристых плит и лотков.

Диафрагмы сборных и сборно-монолитных оболочек могут изготовляться в виде сборных ферм, арок или рам — цельных или составных.

При изготовлении элементов оболочек из легкого или ячеистого бетона они будут выполнять одновременно функции несущих, ограждающих и теплоизолирующих конструкций. В этих случаях нередко толщина плиты может определяться, исходя из теплотехнического расчета.

Рис. 7. Сборные оболочки с членением на элементы
а и б — цилиндрические длинные; в — короткая оболочка; г — шатер; д — купол; е — пологая оболочка; ж — волнистый свод

Членение оболочек на сборные элементы. Ниже приведены возможные членения разных оболочек на сборные элементы:
1) Длинные оболочки могут быть составлены из криволинейных ребристых панелей на всю ширину волны или на половину ее соответственно с двумя или одним бортовым элементом; они могут быть составлены также из плоских гладких или ребристых плит, бортовых балок и диафрагм в виде арок.
2) Короткие оболочки образуются из ферм (или арок) и сводчатых или плоских ребристых плит.
3) Шатры — из прямоугольных и трапециевидных плит с бортовыми элементами.
4) Оболочки вращения — из ребристых криволинейных элементов, вырезанных по меридианам, или из трапециевидных криволинейных или плоских плит.
5) Пологие оболочки двоякой кривизны — из ребристых плит и диафрагм в виде арок или ферм.
6) Волнистые своды — из плоских гладких или ребристых плит или же из криволинейных ребристых плит.

Сборно-монолитные пространственные конструкции могут быть составлены из сборных диафрагм, бортовых элементов и монолитной плиты, бетонируемой в переставной опалубке, подвешенной к окаймляющим элементам. Могут быть и другие решения сборно-монолитной конструкции; например, могут быть использованы в качестве опалубки тонкие армоцементные полые элементы, которые после замоноличивания остаются в конструкции.

Стыки сборных и сборн о-м онолитных оболочек. Конструкция стыка между элементами сборных пространственных покрытий выбирается в зависимости от характера и величины усилия, передающегося через стык.

Когда через стык передаются небольшие сдвигающие силы или сжимающие усилия совместно со сдвигающими, то можно ограничиться лишь заполнением швов бетоном. Для возможности надежного заполнения швов бетоном ширина последних должна быть при толщине (высоте) элемента до 10 см — не менее 3 см, а при большей высоте —- не менее 5 см.

Если через стык передаются растягивающие усилия, изгибающие моменты или значительные сдвигающие силы, то, кроме заполнения стыка бетоном, должна быть предусмотрена передача растягивающих усилий через арматуру путем стыкования последней внахлестку или сваркой.

На рис. 8, г показано соединение элементов путем укладки сеток в стыках. В случае значительных растягивающих усилий целесообразно для соединения элементов применить напрягаемую арматуру, которая используется и как расчетная. Напрягаемая арматура пропускается в каналы или пазы, оставленные в элементах, или укладывается в швы между элементами.

В сборно-монолитных конструкциях в тех случаях, когда в месте примыкания монолитного бетона к сборным элементам передаются лишь сжимающие и небольшие сдвигающие усилия, а также когда монолитный бетон охватывает сборный элемент не менее чем с трех сторон, разрешается не делать выпусков.

На рис. 8, з показан пример соединения элементов сборно-монолитной конструкции.

Применение в строительстве сборных и сборно-монолитных оболочек. В Ленинграде (1957 г.) на домостроительном комбинате были возведены оболочки двоякой кривизны размерами в плане 40 X 40 м. Вскоре там же была возведена сборная сводчатая оболочка двоякой кривизны типа «бочар» пролетом 100 м с напрягаемыми затяжками.

Однако эти первые опытные оболочки были довольно трудоемкими, и стоимость их была выше стоимости монолитных оболочек. В целях рентабельности необходимо было перейти на заводскую поточную технологию изготовления элементов большепролетных оболочек весом не свыше 5 т. Для сокращения же монтажных операций у места строительства должна производиться укрупнительная сборка блоков из заводских элементов на специальном кондукторе. Соединение элементов между собой достигается путем петлевых выпусков и укладки дополнительных стержней (без сварки) с последующим замоноличиванием. Пропарка собранного блока производится на месте под колпаком.

На рис. 9 показаны схема членения бочарного свода на элементы и общий вид возведенного сооружения из пяти таких сводов, а также две пологие оболочки (на втором плане) размерами 40 X 40 м. Возведение большепролетных оболочек типа «бочар» в сборном железобетоне требует в 2,5 раза меньше времени, чем при выполнении их монолитным методом.

Рис. 8. Стыки сборных и сборно-монолитных оболочек
а — стык, работающий на сжатие; б — стык внахлестку; в — стык сварной; г — соединение сборных элементов путем укладки сеток в стыке; д—ж — стыки, относящиеся к сборной ребристой оболочке-з — сборно-монолитная конструкция; 1 — коротыши в месте стыка; 2 — выпуски арматуры; 3 — бетон замоноличивания; 4 — дополнительная арматура; 5 — рабочая арматура; 6 — сборный элемент- 7 — сетки; 8 — канал для натягиваемой арматуры; 9 — газовые трубки; 10 — закладная деталь; 11 — накладки; 12 — бортовой элемент; 13 — панели; 14 — отрезки уголков в углах панели; 15 — анкеры уголков; 16 — сварной шов; 17 — напрягаемая арматура в каналах; 18 —- углубления в ребрах панелей

Оболочки типа «бочар» значительно усовершенствованы: увеличена ширина волн (12 вместо 7,5 м), применены плоские ребристые плиты; волны (бочары) расположены вплотную друг к другу. Все это привело к значительному уменьшению веса оболочки и значительной экономии материалов, особенно стали.

Кроме большепролетных оболочек, развивается применение сборных и сборно-монолитных оболочек обычных пролетов (15, 18, 24, 30 и 36 м) разных типов — цилиндрических длинных и коротких, линейчатых типа гиперболических параболоидов, волнистых сводов и др.

Рис. 9. Сводчатые оболочки бочарного типа пролетом 100 м
а — схема покрытия из бочарных сводов с показанием членения на сборные элементы; б — общий вид производственного корпуса в Автове в период монтажа

На рис. 45.29 показано покрытие из сборных цилиндрических оболочек размерами 12 X 24 м, составленных из криволинейных панелей (3 X 12 м), укладываемых на предварительно напряженные бортовые элементы длиной 24 м. Бортовые элементы имеют кривизну по верхнему поясу, что придает незначительную вторую кривизну оболочке и способствует лучшему отводу вод.

Примером сборно-монолитных оболочек может служить покрытие из волнистых сводов одного из выставочных залов в Турине пролетом 95 м. После установки сборных волнистых армоцементныХ элементов, поддерживаемых легкими подмостями, по впадинам и гребням волн уложена основная арматура покрытия, забетонированная в съемной опалубке.

Интересным решением является построенный под Парижем главный павильон Национального центра промышленности и техники со свободным пролетом оболочки между опорами, равным 218 м. Покрытие представляет собой железобетонную сводчатую оболочку, опирающуюся на три точки. По геометрической форме — это три сферические треугольные поверхности, образующие в комплексе трехопорный свод высотой в замке 51,1 м. Самый свод состоит из двух волнообразных тонких железобетонных оболочек, поставленных на расстояниях 1,8 м друг от друга; оболочки связаны между собой системой взаимно пересекающихся железобетонных элементов. От каждой опоры поднимаются расходящиеся веером волны, смонтированные из сборных элементов; в поперечном направлении они связаны горизонтально расположенными диафрагмами.

Рис. 10. Покрытие из сборных цилиндрических оболочек (Ленинград)

Рис. 11. Покрытие выставочного зала в Турине в виде волнистого свода
а – поперечный разрез; б — деталь свода; 1 — готовые элементы; 2 — их стыки; 3 — йонаю ные переплеты; 4 — арматура и бетон, укладываемые на месте

Двойные стенки свода и волнообразное поперечное сечение оболочки обеспечивают жесткость и устойчивость всей системы в целом. Распор воспринимается стальными затяжками, связывающими каждые две опоры; величина распора — 3500 т.

Висячие покрытия. Относительно новыми являются висячие покрытия, которые уже получили значительное распространение за рубежом и постепенно, все шире, входят в нашу строительную практику. Построены висячие оболочки в Баку, Еманжелинске, Таллине, Красноярске, Харькове.

Они выполняются над концертными и выставочными залами, ангарами и гаражами, крытыми стадионами, а также над различными цехами промышленных зданий.

Висячие покрытия (системы) представляют натянутую тонкую оболочку, в которой различают: несущие элементы (ванты) из стали, работающие на растяжение, и сжатый опорный контур, выполняемый обычно из железобетона по периметру покрытия и воспринимающий от последнего все усилия.

По несущим элементам укладывают ограждение в виде железобетонных, легкобетонных, армоцементных плит, стальных или алюминиевых листов, а также из нейлона и других синтетических материалов. При устройстве покрытий не требуется применения лесов и подмостей, а также тяжелого и дорогостоящего оборудования.

Рис. 12. Свод-оболочка покрытия павильона национального центра промышленности и техники под Парижем а — фасад; б — план и разрезы;

Рис. 13. Разновидности висячих покрытий

Висячие покрытия по сравнению с другими железобетонными пространственными покрытиями дают значительный технико-экономический эффект. Основным их преимуществом является небольшой собственный вес— 25—30 кг/м2. Покрытия эти могут быть выполнены как из средних, так и весьма больших пролетов.

Автором первых висячих покрытий был инженер В. Г. Шухов. В 1893 г. им были применены подобные покрытия для цехов котельного завода Бари в Москве, а в 1894 г. им была получена «привилегия» на висячие сетчатые покрытия. В 1896 г. В. Г. Шухов построил четыре павильона Нижегородской ярмарки с висячими покрытиями (типа металлических мембран). Эти павильоны были круглой (диаметром 68 м), прямоугольной и овальной формы (размерами 98 и 51 м).

Рис. 14. Сетка из тросов несущих и напрягающих

В настоящее время различают довольно значительное число разновидностей висячих покрытий в зависимости от формы опорного контура, от типа несущих элементов и очертаний поверхности покрытий.

Висячие покрытия по форме опорного контура разделяются на:
1) замкнутые (круглый, эллиптический, квадратный), которые не передают горизонтальных усилий на стены, колонны и другие нижерасположенные конструкции;
2) разомкнутые, распор которых передается на нижележащие конструкции или анкерные устройства.

По типу несущих элементов различаются системы: сетки из тросов, сетки из тросов и балок, фермы из тросов, мембраны (металлические) и висячие железобетонные оболочки, обычно предварительно напряженные. По очертанию поверхности различаются покрытия: параболические в виде гиперболического параболоида, седловидные в виде параболоида вращения и шатрового типа.

Наибольшее распространение получили сетки и фермы из тросов, а также железобетонные предварительно напряженные оболочки.

В сетках из тросов последние выполняются как из металлов, так и из синтетических материалов (орлон, перлон).

В висячем покрытии седловидной формы тросы, уложенные по направлению большего пролета и имеющие выгиб книзу, являются несущими; под прямым углом к ним расположены поперечные тросы, имеющие выгиб кверху. Такое покрытие хорошо противостоит как положительным, так и отрицательным силам ветра (отсосу). Предварительное напряжение сети тросов увеличивает жесткость седловидной поверхности.

В 1951 г. архитектором М. Новицким было предложено новое оригинальное решение висячей конструкции, в которой вместо круглого контура приняты две наклонные взаимно пересекающиеся арки, которые и несут висячие седловидные покрытия. Эта конструкция была осуществлена в 1954 г.

Рис. 15. Здание Ралей-арены седловидной формы с металлическим покрытием

Покрытие с применением сеток из тросов и балок (плит) имеет провисание только в одном направлении. Здесь каждый трос натянут между двумя опорными точками, а поверх тросов в поперечном направлении уложены неразрезные балки небольшого сечения. Эти балки придают покрытию необходимую жесткость в поперечном направлении и способствуют распределению сосредоточенных нагрузок на значительное число несущих тросов. Балки применяются из прокатной стали таврового, уголкового, полосового или двутаврового профиля, возможны также железобетонные и деревянные балки, предпочтение следует отдать железобетонным с предварительным напряжением.

Рис. 16. Система покрытий из тросов и балок
а — схема расположения тросов с оттяжками и балок; б — схема многопролетного промышленного здания с таким покрытием

При относительно небольших пролетах вместо балок могут быть применены сборные бетонные плиты или монолитная железобетонная плита толщиной 5—8 см, забетонированная поверх тросов.

Покрытия с сетками из тросов и балок имеют значительное распространение; их преимущество — простота выполнения и возможность перекрывать прямоугольное здание практически любых пролетов.

На рис. 17 показаны основные системы ферм из тросов, в которых несущие и напрягающие тросы соединены между собой. Здесь также несущие тросы обращены выпуклостью вниз, а напрягающие — вверх.

По схеме, изображенной на рис. 17, а, нижний трос — несущий, а верхний — напрягающий; распорки между ними, как работающие на сжатие, выполняются достаточно жесткими для устойчивости. Ограждающие элементы покрытия располагаются по верхним тросам и имеют выпуклое очертание.

Рис. 17. Схемы ферм из тросов

На рис. 17, б верхний трос — несущий и нижний — напрягающий; между ними подвески всегда растянуты и могут быть выполнены из высокопрочной стали; эта конструкция более экономична по расходу материалов. На рис. 17, в соединение тросов в середине пролета придает ферме повышенную устойчивость. По схеме, изображенной на рис. 17, г, подвески заменены раскосами для большей устойчивости фермы.

Недостатком висячих покрытий с фермами из тросов над прямоугольными в плане помещениями является необходимость установки анкерных устройств и оттяжек.

При постройке павильона США на Брюссельской выставке были применены фермы из тросов, у которых несущие и напрягающие тросы были связаны между собой лишь в центре с помощью специального цилиндрического барабана. Это привело к недостаточной устойчивости покрытия, дававшего значительные деформации даже при обычных нагрузках.

В промышленных зданиях найдут применение по фермам висячие покрытия одинарной кривизны. При многопролетных промышленных зданиях с такими покрытиями горизонтальные усилия будут погашаться в боковых пристройках.

Экономичными и легко возводимыми являются вогнутые стальные оболочки-мембраны из тонких стальных и алюминиевых листов или из стеклопластиков. Они хорошо работают на растяжение в радиальном и кольцевом направлениях и применимы для средних и больших пролетов. Основной их недостаток заключается в том, что вследствие их малого веса они могут быть легко вывернуты под действием отрицательного давления ветра (отсоса); собственный вес мембраны 24 кг/м2, т. е. примерно в 2 раза меньше отрицательного давления ветра на покрытие. Поэтому рекомендуется металлическую мембрану пригружать бетонным покрытием.

Висячие железобетонные оболочки (предварительно напряженные) образуются из собственно оболочки и опорного контура. Оболочка образуется в результате укладки элементов ограждения с последующим его замоноличиванием. Опорные замкнутые контуры таких оболочек (в виде кольца или рамы) способны воспринимать на всех стадиях работы усилия и передавать на опоры только вертикальные нагрузки. В период монтажа и в предельном состоянии железобетонные оболочки работают как гибкие висячие системы, а в рабочем состоянии под действием эксплуатационной нагрузки они являются достаточно жесткими (обычно предварительно напряженными) пространственными конструкциями.

Рис. 18. Висячее покрытие промышленного здания по фермам из тросов

Железобетонные висячие оболочки наиболее рентабельны при перекрываемом сооружении — круглом в плане.

Во избежание образования трещин в висячих железобетонных оболочках обязательно применение предварительного напряжения растянутых вант. Висячие предварительно напряженные железобетонные оболочки как более жесткие нашли применение во многих сооружениях, особенно в тех случаях, когда учитываются снеговые нагрузки.





Похожие статьи:
Армокаменные конструкции балок, перемычек и перекрытий

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Конструкции зданий

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум