Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Большепролетные конструкции

Железобетонные пространственные покрытия


Железобетонные пространственные покрытия

В годы, предшествующие подготовке к Олимпийским играм, в московском строительстве нашли применение решения большепролетных покрытий для крупных общественных зданий, выполненные в железобетоне; их можно подразделить на:
-- сборные предварительно-напряженные складчатые конструкции (рис. 1);
-- складчатые своды из плоских железобетонных панелей (рис. 2);
-- сборно-монолитные предварительно-напряженные висячие оболочки (отрицательной гауссовой кривизны) (рис. 3);
-- сборно-монолитные конструкции положительной гауссовой кривизны (рис. 4).

При определении подхода к проектированию сооружений 0лимпиады-80 предстояло решить, какой класс железобетонных конструкций — сборных, сборно-монолитных или монолитных и какие конструктивные формы позволят наиболее рационально и эффективно решить задачу возведения олимпийских сооружений.

Складчатые конструкции были использованы при строительстве крытого катка на Центральном стадионе имени. В. И. Ленина в Лужниках, легкоатлетического манежа Центрального ин-статута физической культуры и спорта в Измайлове и ряде других объектов.



Конструктивная схема легкоатлетического манежа (рис. 1) в поперечном направлении решена в виде трехшарнирной рамы, ригелем которой является сборная железобетонная предварительно-напряженная складка, а опорами —стальные трубчатые наклонные стойки. Выбранное место опирания складок на стойки создает выгодное соотношение между пролетным и опорным моментами складки. Наклонное положение стоек образует систему, способную воспринимать горизонтальные усилия и обеспечивать таким образом поперечную жесткость и устойчивость сооружения.

Выгодные статические условия работы пространственной складки позволили выполнить ее высотой всего 1,2 м (при пролете 40 м). Толщина граней складки 8 см. Каждая складка состоит из двух монтажных элементов длиной 21 м. Распор от рамной конструкции воспринимается затяжкой, выполненной в железобетонной подготовке пола.

Показатели расхода материалов на эту конструкцию значительно более выгодны, чем те же данные в других системах при таком пролете (расход бетона на 1 м2 покрытия составляет всего 12 см, арматуры — 20 кг). И это не случайно — идея конструкции целиком подчинена требованиям строительной механики.

Складчатое покрытие создало интересный выразительный внешний вид сооружения. Этому способствуют удачная форма складок и четкий ритм многократно повторяющихся однотипных элементов складчатого покрытия.

Недостатки конструкции — ограниченный ее предельной несущей способностью пролет, отсутствие унифицированного набора сборных элементов складок, что позволяет использовать эти изделия только при определенном заданном пролете, сложность изготовления и транспортирования крупногабаритных складок. Эти недостатки стали препятствием дальнейшему распространению складчатой конструкции.

Складчатый свод из плоских железобетонных панелей1, позволяющий перекрывать пролеты 18 — 60 м и более, состоит из ряда примыкающих одна к другой арок, монтируемых из железобетонных панелей с номинальными размерами ЗХб м при ширине складок свода 12 м или 3x3 м при ширине складок 6 м (рис. 2).

Очертание свода представляет собой многоугольник, вписанный в дугу окружности. Высота поперечного сечения складчатых арок свода определяется размером перекрываемого пролета, нагрузкой и принимается не менее К8 ширины складки (в пределах 0,75 — 2,5 м). Опорами сводов служат треугольные железобетонные фермы, установленные на колоннах или стенах. Распор каждой из складчатых арок, образующих свод, воспринимается затяжками, расположенными попарно в двух уровнях: в опорных и коньковых узлах опорных ферм. Распор сводов с опорами, расположенными в уровне земли, воспринимается фундаментами или затяжками, находящимися под полом. Своды монтируют с помощью инвентарных сборно-разборных передвижных подмостей (кондуктора), служащих для сборки одной арки. Арки свода собирают из укрупненных, заранее заготовленных блоков, каждый из которых состоит из двух плит.



Рис. 2. Складчатое покрытие на здании автобусного парка междугородных сообщений
а — поперечный разрез; б — продольный разрез; 1 — сборные железобетонные складки из плоских панелей; 2— плиты со световыми проемами; 3— опорные плиты; 4 — опорные фермы; 5—подвески; 6 — затяжки; 7 — сборные железобетонные колонны


Приведенная толщина бетона в складчатых сводах пролетом 30 м составляет 7,5 см, расход стали (при восприятии распора затяжками) 15 кг/м2, а при пролете сводов 60 м соответственно 8 см и 20 кг/м2. При отсутствии затяжек расход стали независимо от размера пролета уменьшается до 10 кг/м2.

Преимуществами складчатых сводов по сравнению с типовыми сборными железобетонными покрытиями (плиты, уложенные по предварительно-напряженным фермам или балкам) являются:
-- -простота изготовления сборных элементов — плоских железобетонных панелей;
-- уменьшение расхода бетона и собственной массы несущей конструкции покрытия на 20—30%;
-- общий вид и конструктивный разрез; 1 — сборные керамзитобетонные плиты, уложенные по вантам; 2 — сборно-монолитное опорное кольцо; 3 — внутреннее кольцо; 4 — наклонные стойки; 5 — перекрытие антресоли; 6 — световой фонарь
-- возможность увеличения перекрываемого пролета до 60 м (тогда как типовыми железобетонными конструкциями покрытий перекрываются пролеты, не превышающие 30 м).



Рис. 3. Сборно-монолитная предварительно-напряженная висячая оболочка на здании Бауманского рынка


Недостатком конструкций этого типа является значительный внутренний объем сооружений, зачастую не вызываемый функционально-технологическими требованиями, наличие в помещении затяжек, в ряде случаев неприемлемых в общественных зданиях, а также определенные сложности монтажа.

Сборно-монолитная предварительно-напряженная оболочка положительной гауссовой кривизны осуществлена на торговом здании диаметром 80 м в Бауманском районе Москвы (рис. 3).

Основным несущим элементом оболочки являются ванты — радиальная сетка из стальных канатов, натянутых между наружным опорным кольцом, покоящемся на наружных опорах, и внутренним подвешенным кольцом. Наружное кольцо — железобетонное сборно-монолитное прямоугольного сечения размером 1500 X 1000 мм. К нему с шагом 4 м прикреплено по два троса диаметром 52,5 мм. В центре оболочки тросы закреплены к стальному кольцу диаметром 12 м, представляющему собой листовую сварную конструкцию. На тросы уложены сборные керам-зитобетонные плиты толщиной 8 см трапециевидной формы, опирающиеся на тросы через выпущенные из плит арматурные «пальцы». После предварительного напряжения швы между плитами замоноличивают. Стрелка вант в рабочем положении равна 3 м. На центральное кольцо опирается световой фонарь, представляющий собой решетчатую оболочку в форме полусферы диаметром 12 м.

Для возведения оболочки с помощью временных опор устанавливались стальные колонны, на которых были смонтированы сборные элементы кольца. На центральной временной опоре были смонтированы стальное кольцо и световой фонарь; с помощью башенного крана монтировались вантовые элементы и укладывались сборные плиты оболочки кольцами от центра к периферии, после чего были замоноличены кольцевые швы и произведено натяжение арматуры до усилия 1300 кН; после этого замоно-личивались радиальные швы. Чтобы обеспечить необходимую плотность, швы замоноличивали самонапрягающим бетоном-Конструкция покрытия обладает высокими технико-экономи-ческими показателями: приведенный расход бетона на 1 м2 покрытия составил 15 см, стали — 40 кг.

Опыт применения сборно-монолитной предварительно-напря-женной железобетонной оболочки показал прогрессивность этой конструкции, обладающей, как уже отмечалось, высокими технико-экономическими показателями, малой строительной высотой покрытия, возможностью благодаря выгодной форме описать функционально необходимое внутреннее пространство здания и тем самым сократить до минимума эксплуатационные расходы на отопление и вентиляцию, индустриальностью возведения, архитектурно-художественной выразительностью.



Рис. 4. Сборно-монолитная пространственная конструкция положительной гауссовой кривизны в покрытии стадиона ручных игр в Сокольниках
а — конструкция оболочки; б — схема монтажа; 1 — сборная унифицированная плита 6Х ХЗ м; 2 — контурный ригель; 3 — колонны; 4 — монтажная секция, состоящая из трех плит с временной затяжкой; 5 — монтажная опора; 6 — монтажные фермы


Для покрытия больших пролетов в Москве нашли применение сборные или, точнее, сборно-монолитные пространственные конструкции положительной гауссовой кривизны (рис. V.4).

Лабораторией пространственных конструкций Московского научно-исследовательского и проектного института типового и экспериментального проектирования — МНИИТЭП (канд. техн. наук Э. 3. Жуковский) с участием НИИЖБа (д-р техн. наук Г. К. Хайдуков) разработаны конструктивные решения сборно-монолитных железобетонных унифицированных оболочек для покрытия общественных зданий размерами от 18x42 до 70x70 м с прямоугольным или криволинейным, близким к нему, планом.

Эти оболочки, названные сопряженными, представляют собой комбинацию отдельных оболочек двоякой кривизны, имеющих переломы поверхности в местах соединения. По линиям сопряжения таких конструкций, как правило, устраиваются промежуточные сборные железобетонные ригели, а по контуру здания— диафрагмы в виде сборных железобетонных ригелей, во многих случаях опирающихся на колонны. Растяжение, возникающее вдоль сторон контура, воспринимается ригелями и дополнительной арматурой, уложенной в узкой приконтурной зоне.

В качестве основного унифицированного элемента оболочек этого класса использованы сборные железобетонные ребристые плиты размером 3X6 м. Плиты очерчены по цилиндрической поверхности со стрелой подъема в середине около 100 мм, по контуру они имеют ребра высотой 300 мм и одно среднее поперечное ребро. Толщина полки плит 35 и 45 мм.

Замоноличивание швов между этими плитами и создание специальных контурных элементов обеспечивает пространственную работу конструкции и превращает ее в сборно-монолитную оболочку.

Подобная оболочка простейшей формы впервые была выполнена на стадионе для ручных игр в Сокольниках (см. рис. 4). Оболочка имеет размеры в плане 42x42 м и очерчена по сферической поверхности радиусом 53,5 м, контур оболочки решен в виде полигонального пояса, состоящего из сборных железобетонных ригелей, опирающихся на колонны с шагом 6 м.

Оболочка монтировалась без сплошных лесов методом предварительной укрупнительной сборки плит в самонесущие монтажные секции размером 3X18 м, что значительно снизило трудоемкость монтажа. Монтажные секции из унифицированных плит размером 3X6 м, на которых собиралась оболочка, имели временную затяжку шпренгельного типа. Затяжка служила для объединения трех плит в укрупненный самонесущий блок. Монтаж оболочки осуществлялся с помощью центральной временной опоры, на которую устанавливались монтажные фермы пролетом 18 м. Укрупненные секции устанавливались на контурный ригель и монтажные фермы. Сопоставление технико-экономических показателей плоскостных конструкций и оболочек больших пролетов (42X42 м) показывает, что на их изготовление требуется в 3—3,5 раза меньше металла, чем для покрытия из плит, укладываемых по металлическим фермам. Трудоемкость монтажа оболочек без лесов, по расчетам ЦНИИОМТП Госстроя СССР, составляет 1,1 чел.-ч/м2 покрытия или в 2—3 раза меньше, чем при применении лесов.

Разработаны системы покрытий в виде комбинаций-оболочек. Оболочки могут быть неразрезными, «врезаться» одна в другую, образуя интересные, оригинальные формы покрытия; возможны сочетания оболочек положительной и отрицательной гауссовой кривизны, что открывает широкие архитектурно-художественные возможности, позволяя создавать выразительные сооружения.

В результате анализа возможных решений железобетонных большепролетных покрытий, проверенных в практике строительства, было принято предложение использовать при строительстве Олимпийского универсального зала на Центральном стадионе имени В. И. Ленина в Лужниках сборно-монолитную железобетонную оболочку положительной гауссовой кривизны, изготовление изделий для которой было организовано на экспериментальной базе МНИИТЭПа.

Одной из предпосылок при принятии решения служили универсальность этой конструкции, возможность широкого внедрения номенклатуры сборных изделий для последующего строительства большепролетных сооружений различного назначения.



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

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Большепролетные конструкции

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум