Большепролетные конструкции из металла
Обновлено: 28.09.2024
Каркас здания- это комплекс несущих конструкций, воспринимающий и передающий на фундаменты нагрузки от веса ограждающих конструкций, технологического оборудования, атмосферные нагрузки и воздействия, нагрузки от внутрицехового транспорта (мостовые, подвесные, консольные краны), температурные технологические воздействия и т.п.
Современные производственные здания могут быть:
1. Многоэтажные и одноэтажные,
2. Схемы и конструкции достаточно многообразны.
3. По числу пролетов одноэтажные здания подразделяются на однопролетные и многопролетные (с пролетами одинаковой и разной высоты).
4. По материалу несущих конструкций каркаса - из железобетона, смешанные (т.е. часть конструкций — железобетонные, часть — стальные) и стальные. Выбор материала каркаса является важной технико-экономической задачей.
5. По виду внутрицехового транспорта - на бескрановые, с мостовыми кранами, с подвесными кранами, с подвесными конвейерами. Выбор вида транспорта определяется массой грузов, траекториями их перемещения.
Расчетные схемы рам при расчете на постоянные нагрузки
1 — подстропильная ферма
2 — стропильные фермы
К временным нагрузки на раму от мостовых кранов:
1 - подкрановые балки; 2 - колонны,
3 - тележка крана; 4 - крановый мест; 5 – груз
- общественные здания различного назначения;
- многоэтажные производственные здания.
Основные особенности многоэтажных зданий:
- разделение конструкций на несущие и ограждающие;
- каркасы могут быть железобетонными, стальными и смешанным;
- стальной каркас защищают от пожара и коррозии;
- каркас воспринимает значительные нагрузки:
вертикальные (собственная масса здания, снег, полезные нагрузки помещений),
горизонтальные (ветровые и сейсмические),
- основные конструктивные элементы каркаса - колонны, балки и связи.
Схемы деформирования рамных систем
Конструктивные элементы каркаса:
- Колонны
- Болтовые соединения
- Ригели междуэтажных перекрытий
1. Большепролетные покрытия с плоскими несущими конструкциями
1.1 Балочные конструкции
1.2 Рамные конструкции
1.3 Арочные конструкции
2. Пространственные конструкции покрытия
2.1 Плоские сетчатые покрытия (структура)
2.2 Сетчатые цилиндрические оболочки
3. Висячие покрытия
3.1 Однопоясные покрытия с гибкими нитями
3.2 Однопоясные покрытия с изгибно-
3.3 Двухпоясные покрытия
3.4 Перекрестные системы двоякой кривизны
3.5 Металлические оболочки-мембраны
4. Комбинированные системы
В балочных, рамных и арочных системах покрытий, состоящих из отдельных несущих элементов, нагрузка передаётся только в одном направлении — вдоль несущего элемента. В этих системах покрытий несущие элементы соединены между собой лёгкими связями, которые не предназначены для перераспределения нагрузок между несущими элементами, а только обеспечивают их пространственную устойчивость, т.е. с их помощью обеспечивается жёсткий диск покрытия.
Балочные системы (как правило, фермы) включаются в состав поперечных рам, что улучшает статическую схему работы. Балочные большепролётные конструкции покрытий состоят из главных несущих поперечных конструкций в виде плоских или пространственных ферм (пролёт ферм от 40 до 100 м) и промежуточных конструкций в виде связей, прогонов и кровельного настила.
По очертанию фермы бывают: с параллельными поясами, трапециевидные, полигональные, треугольные, сегментные
По сечению: коробчатые, трехгранные, плоские.
Рамные конструкции для покрытий зданий применяют при пролёте
L=40 — 150м, при пролёте L > 150м они становятся неэкономичными.
Преимущества рамных конструкций по сравнению с балочными — это меньший вес, большая жёсткость и меньшая высота ригелей.
Недостатки — большая ширина колонн, чувствительность к неравномерным осадкам опор и изменениям температур.
Рамные конструкции эффективны при погонных жесткостях колонн, близких к погонным жесткостям ригелей, что позволяет перераспределить усилия от вертикальных нагрузок и значительно облегчить ригели.
При перекрытии больших пролётов применяют, как правило, двухшарнирные и бесшарнирные рамы самых разнообразных очертаний. Бесшарнирные рамы более жёсткие и экономичные по расходу материала, однако, они требуют устройства мощных фундаментов, чувствительны к изменению Т о .
При больших пролётах и нагрузках ригели рам конструируют как тяжёлые фермы, при сравнительно малых пролётах (40-50м) они имеют такие же сечения и узлы, как лёгкие фермы.
Поперечные сечения рам аналогичны балочным фермам.
Компоновка каркаса и покрытия из рамных конструкций аналогична решению каркасов промышленных зданий и балочных покрытий.
Тяжелые сквозные рамы рассчитывают как решёточные системы с учётом деформации всех стержней решётки.
Большепролетные конструкции из металла
КОНСТРУКЦИИ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Construction of long-span buildings and structures. Operating rules
Предисловие
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений" (АО "ЦНИИПромзданий")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет
Введение
Работа выполнена АО "ЦНИИПромзданий" - д-р техн. наук В.В.Гранев.
Авторский коллектив: д-р техн. наук А.Н.Мамин, д-р техн. наук Э.Н.Кодыш, канд. техн. наук С.М.Гликин, канд. техн. наук Д.А.Лысов, канд. техн. наук В.В.Бобров, В.И.Булыкин, А.С.Денисов.
1 Область применения
Настоящий свод правил распространяется на эксплуатацию зданий и сооружений различного функционального назначения с большепролетными конструкциями.
Настоящий свод правил не распространяется на линейные объекты, объекты культурного наследия, а также на здания и сооружения с трансформируемыми покрытиями.
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 12.4.026-2015 Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытаний
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения
ГОСТ 28130-89 Пожарная техника. Огнетушители, установки пожаротушения и пожарной сигнализации. Обозначения условные графические
ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния
ГОСТ 32019-2012 Мониторинг технического состояния уникальных зданий и сооружений. Правила проектирования и установки стационарных систем (станций) мониторинга
ГОСТ Р 12.2.143-2009 Система стандартов безопасности труда. Системы фотолюминесцентные эвакуационные. Требования и методы контроля
ГОСТ Р 54869-2011 Проектный менеджмент. Требования к управлению проектом
ГОСТ Р ИСО 21500-2014 Руководство по проектному менеджменту
СП 15.13330.2012 "СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции" (с изменениями N 1, N 2)
СП 16.13330.2011 "СНиП II-23-81* Стальные конструкции"
СП 20.13330.2011 "СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия"
СП 22.13330.2011 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"
СП 28.13330.2012 "СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии" (с изменениями N 1, N 2)
СП 44.13330.2011 "СНиП 2.09.04-87* Административные и бытовые здания" (с изменением N 1)
СП 45.13330.2012 "СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты"
СП 50.13330.2012 "СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий"
СП 60.13330.2012 "СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха"
СП 63.13330.2012 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения" (с изменениями N 1, N 2)
СП 64.13330.2011 "СНиП II-25-80 Деревянные конструкции"
СП 70.13330.2012 "СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции" (с изменением N 1)
СП 71.13330.2011 "СНиП 3.04.01-87 Изоляционные и отделочные покрытия"
СП 118.13330.2012 "СНиП 31-06-2009 Общественные здания и сооружения" (с изменениями N 1, N 2)
СП 255.1325800.2016 Здания и сооружения. Правила эксплуатации. Основные положения
Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.
3 Термины и определения
В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 большепролетная конструкция: Строительная конструкция с пролетом 18 и более метров - для гражданских, 30 и более метров - для промышленных зданий и сооружений или с консолью 9 и более метров.
3.2 большепролетное здание или сооружение: Здание или сооружение, конструктивное решение которого включает хотя бы одну большепролетную конструкцию.
3.3 большепролетное здание или сооружение с массовым пребыванием людей: Большепролетное здание или сооружение, проектом которого предусмотрено наличие хотя бы одного помещения, с возможностью одновременного пребывания в нем на постоянной или временной основе 50 и более человек.
3.4 балка: Горизонтальная несущая конструкция зданий и сооружений, имеющая призматическую форму, одно из измерений которой (длина) существенно больше двух других измерений.
3.5 ферма: Несущая конструкция, состоящая из стержней, расположенных в одной плоскости и соединенных между собой в узлах таким образом, что они образуют геометрически неизменяемую решетчатую систему.
3.6 рама: Плоская стержневая конструкция, состоящая из вертикальных элементов (стоек) и горизонтальных (ригелей), жестко соединенных между собой во всех или некоторых узлах.
3.7 арка: Криволинейная конструкция, перекрывающая пространство между двумя опорами.
3.8 складка: Элемент покрытия, образованный жестко соединенными под некоторыми углами плоскими плитами.
3.9 складчатое покрытие: Пространственное покрытие, состоящее из ряда повторяющихся в определенном порядке складок, опирающихся по краям и в пролете на диафрагмы жесткости.
3.10 оболочка: Пространственное покрытие, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми (толщина оболочки) мало по сравнению с остальными размерами конструкции.
3.11 свод: Пространственное покрытие, имеющее геометрическую форму, образованную выпуклой криволинейной поверхностью.
3.12 купол: Пространственное покрытие, образованное поверхностью вращения или близкое по форме к такой поверхности.
3.13 пространственные стержневые конструкции: Конструкции, состоящие из находящихся в разных плоскостях и пересекающихся стержневых элементов.
3.14 вантовые конструкции: Висячие покрытия, основанные на сочетании работы жестких опор и растяжении тросов, стержней.
специализированная организация: Физическое или юридическое лицо, уполномоченное действующим законодательством на проведение работ по обследованиям и мониторингу зданий и сооружений (в соответствии с [ГОСТ 31937-2011, пункт 3.5]
3.16 план эвакуации: План (схема) здания, на котором указаны пути эвакуации, эвакуационные и аварийные выходы, установлены правила поведения людей, порядок и последовательность действий в условиях чрезвычайной ситуации.
4 Классификация большепролетных зданий и сооружений
4.1 Гражданские большепролетные здания и сооружения по функциональному назначению и эксплуатационным условиям подразделяют:
- спортивные здания и сооружения;
- здания со специальными требованиями к температурно-влажностному режиму помещений;
4.2 Большепролетные здания и сооружения промышленных предприятий по функциональному назначению подразделяют:
- на одноэтажные здания и сооружения производственного назначения;
- многоэтажные здания и сооружения производственного назначения;
- здания и сооружения складского назначения.
4.3 По эксплуатационным условиям большепролетные здания и сооружения промышленных предприятий подразделяют:
Большепролетные конструкции и их особенности
Большепролетные конструкции знакомы архитекторам и строителям с давних времен. Они пользуются популярностью с момента появления Пантеона Рима – первого известного большепролетного здания и по сегодняшний день.
Есть две версии определения этого вида сооружений. Первая: любая конструкция с длиной пролета больше 30 метров. Вторая – это конструкция с безопорным покрытием, длина которого превышает 60 метров. Независимо от определения, общепризнанным фактом является то, что большепролетные строения – это сложные объекты, имеющие свои особенности.
О том, в чем их преимущества и достоинства, почему они востребованы сегодня, рассказывают эксперты производителя геокупольных конструкций Fullerdome.
Предназначение
Большепролетные конструкции используются для современных промышленных зданий. Они удобны для спортивных залов, дворцов спорта, современных супер- и гипермаркетов, ресторанов, мобильных музеев, пространства для выставок и проведения презентаций, различных спортивных площадок, теннисных кортов, мини-стадионов, помещений для мини-футбола и др.
Применение большепролетных конструкций важно для развития спорта в регионах. Они могут быть как открытые, так и закрытые. Для занятий в холодное время года или для районов Крайнего севера большепролетные сооружения, как правило, делаются утепленными.
Особенности
Конструкции данного типа – это рациональное использование пространства, возможность гибкой планировки помещений и использование нестандартных форм. Такие здания выделяются своей архитектурной выразительностью.
Эти сооружения отличает более совершенная система распределения нагрузок. При проектировании большое внимание уделяется расчетам несущих способностей каждой части объекта. Конструкция в целом должна выдержать любые порывы ветра. Следует учесть влияние сильных снегопадов и дождей. Но основная нагрузка на большепролетные вооружения – это вес ее ограждающих и несущих конструкций. Поэтому проектировщики стремятся к снижению их массы. Достигается это, как правило, применением более легких материалов.
Конструкции для перекрытия больших пролетов имеют самые разные формы: балочные, купольные, арочные, комбинированные системы, а устройство перекрытия может быть плоским и пространственным.
Такое разнообразие конструктивных элементов превращает большепролетное сооружение в архитектурную доминанту среди окружающих его зданий.
Мобильность
Большепролетные конструкции можно считать капитальными сооружениями, так как в силу своих размеров они устанавливаются на основание. Но при этом такие конструкции собираются быстрее, чем капитальные строения. И еще один плюс – если такую конструкцию нужно по какой-то причине разобрать и перенести в другое место, то это легко сделать, что невозможно в случае с капитальным строением.
Одним из преимуществ таких объектов – возможность оперативно отремонтировать, или заменить негодные элементы сооружения.
Диверсификация материалов
Современная архитектура признает, что большепролетные конструкции – это сложные сооружения, требующие ответственности проектировщиков. Правильный выбор строительных материалов – важнейшее условие соблюдения мер безопасности при эксплуатации таких объектов. Каждая часть конкретного проекта требует свой материал: дерево, железобетонные конструкции, металл.
Главная задача проектировщика большепролетных конструкций – снижение ее веса, так как основной нагрузкой является их собственный. Поэтому применение стали повышенной прочности было самым рациональным решением. Но в последнее время появляются новые материалы, полученные в результате высокотехнологичной обработки древесины. Они с успехом заменяют металл, что значительно снижает стоимость большепролетных конструкций.
Большепролетные конструкции включают в себя плоские складчатые покрытия, своды, оболочки, купола, перекрестно-ребристые покрытия, стержневые конструкции, пневматические и тентовые конструкции. Для каждого вида покрытия используется специальный материал, учитывающий его несущие характеристики.
К примеру, если покрытие тентовое, то материал берется высокой плотности. Вообще, тенты имеют несколько преимуществ по сравнению с другими покрытиями. Они могут пропускать свет или быть совершенно светонепроницаемыми. Можно наносить рисунки, как на всю площадь покрытия, так и на его части.
В последнее время архитекторы и проектировщики большепролетных зданий отходят от упрощенных покрытий. Все больше внимания уделяется эстетике и визуальному комфорту. Здания и сооружения идеально выполняют свою утилитарную роль, становясь при этом достопримечательностью места, где они находятся.
Практика показывает, что применение большепролетных конструкций позволяет максимально использовать потенциал несущих свойств материалов и благодаря этому создавать легкие, надежные и, что очень важно в современных условиях, экономичные сооружения.
А учитывая потребность в объектах самого разного назначения и обстоятельства, в которых находится страна в настоящее время, можно предположить, что объемы строительства большепролетных сооружений увеличатся.
Большепролетные и пространственные несущие покрытия, конструктивное решение
Необходимость устройства большепролетных покрытий (9 м и более) в основном возникает при проектировании общественных и промышленных зданий. Общественные здания с большими пролетами – это зрелищные, спортивные, торговые, выставочные, учебные и др. здания зального типа. В промышленных зданиях устройство таких покрытий необходимо по требованиям технологического процесса – в цехах с громоздким оборудованием (тяжелое машиностроение), в зданиях ТЭЦ, АЭС, в ангарах для самолетов и т. п. зданиях.
Большепролетные покрытия классифицируются по следующим признакам:
1) по конструктивной системе:
а) плоскостные покрытия:
– большепролетные настилы выполняются пролетами 9, 12, 15, 18 и 24 м в виде тонкостенных железобетонных ребристых плит или плит коробчатого сечения – см. рис. 3.50. Такие настилы одновременно являются несущей и ограждающей конструкцией покрытия и применяются в общественных и жилых зданиях.
Рис. 3.50. Типовые сборные железобетонные настилы покрытий:
в – двухконсольная типа 2Т;
г– коробчатого сечения;
– балки, фермы,арки и рамы (см. рис. 3.51) являются несущими конструкциями в большепролетных покрытиях и устанавливаются на колонны каркаса или на несущие стены здания с шагом 6 или 12 м с последующей укладкой на них плит покрытия или металлического профилированного настила. Пролет балок составляет 9 ¸ 18 м, ферм – 18 ¸ 96 м, рам и арок – 12 ¸ 80 м.
Рис. 3.51. Плоскостные несущие конструкции покрытий:
а – типовые сборные железобетонные балки;
б – типовые сборные железобетонные фермы;
в – двухшарнирная металлическая рама пролетом 80 м
б) пространственные покрытия:
– своды, купола,оболочки, складки отличаются большим разнообразием форм и применяются при проектировании как общественных, так и промышленных зданий – см. рис. 3.52, 3.53. Большинство данных конструкций покрытий одновременно выполняют несущие и ограждающие функции в здании.
Пространственные большепролетные покрытия являются наиболее перспективными и экономичными. Выбор геометрических форм пространственных конструкций производят с учетом функциональных, градостроительных и эстетических требований, а также условий рациональной статической работы и членения поверхностей на сборные элементы, отвечающие индустриальности изготовления и монтажа.
Пролет пространственных покрытий может составлять 18 ¸ 100 м ;
– висячие покрытия, в которых основными несущими конструкциями являются гибкие тросы, воспринимающие только растягивающие усилия – см. рис. 2.43.
Висячие покрытия состоят из трех основных частей: несущей конструкции, опорных контуров и плит ограждения. В качестве несущих конструкций применяются вантовые (тросовые) системы, комбинированные системы из вант и балок, а также вантовые фермы. Висячие покрытия отличаются высокой прочностью, гибкостью, долговечностью, а также малым расходом стали. Данный тип большепролетных покрытий применяется при проектировании общественных и промышленных зданий с пролетами 18 ¸ 100 м .
в) деревянные (пролетом до 30 м).
Рис. 3.52. Основные формы большепролетных пространственных покрытий:
а – цилиндрический свод;
б – крестовый свод;
в – сомкнутый свод;
д – парусный свод;
е– пологая оболочка;
ж – бочарный свод;
з – лотковый свод;
и– поверхность в форме гиперболического параболоида;
к – покрытие из четырех оболочек в форме гиперболического параболоида
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫЕ ПОКРЫТИЯ ЗДАНИЙ
Гли́на — мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита (происходит от названия местности Каолин в Китае), монтмориллонита или других слоистых алюмосиликатов (глинистые минералы), но может содержать и песчаные и карбонатные частицы.
Набор стеков. Стек (итал. stecca), инструмент скульптора, применяемый при лепке из глины и других мягких материалов; деревянная, костяная или металлическая палочка с расширенными в виде лопатки концами. Распространены также проволочные стеки (кольца различной кривизны на деревянной ручке).
Линейка металлическая- применяется для выравнивания основы будущего рельефа.
Рабочая поверхность- плоскость, на которой будет производиться лепка. Предпочтительнее использовать керамическую плитку или пластмассу.
Хлопчатобумажная ткань – применяется для предотвращения преждевременного высыхания работы
а) Подготовка рабочего места.
Перед тем, как начать выполнение рельефа необходимо убрать со стола, на котором собираетесь работать, все ненужные предметы. Стол должен быть хорошо освещен, источник света желательно разместить прямо сверху.
б) Изготовление основы.
Для начала необходимо изготовить основу рельефа. Для этого кладем перед собой рабочую поверхность. Затем, отщипывая небольшие кусочки глины и прижимая их к рабочей поверхности, наращиваем основу до необходимого размера. Важно, чтобы основа составляла одно целое и была не тоньше 5 мм, в противном случае возможно растрескивание основы при высыхании.
в) Разработка эскиза и нанесение его на основу.
После того, как был придуман эскиз, его переносят на лист тонкой бумаги. Затем эскиз приставляют к глиняному фону и переносят — обводят острым концом стека, оставляя на фоне контуры.
г) Формирование общих очертаний рельефа.
По контуру накладывают глину, придавая ей необходимую форму, и разравнивают.
д) Проработка деталей.
На этом этапе работа ведется, в основном, при помощи стеков. Сначала заготовку обрезают по контуру, а затем подправляют контуры, доводя работу до необходимой формы.
е) Финальная обработка.
Пальцем, смоченным в воде, сглаживают оставшиеся неровности, после чего острой стекой подправляют мелкие детали.
Список используемой литературы:
Конструктивные решения металлических покрытий большепролетных зданий могут быть балочными, арочными, пространственными, висячими Байтовыми, мембранными и др. Учитывая, что в таких конструкциях основной нагрузкой является собственный вес, следует стремиться к его уменьшению, что достигается применением сталей повышенной прочности и алюминиевых сплавов.
Балочные системы (как правило, фермы) включаются в состав поперечных рам, что улучшает статическую схему работы. При пролетах более 60-80 м целесообразно использовать арочные покрытия (рис. 1). Такие покрытия при больших пролетах целесообразно проектировать предварительно-напряженными. В арочном покрытии, представленном на рис. 2, верхний пояс предусмотрен жестким, а нижний пояс и решетка арки выполнены из тросов. После монтажа арки осуществляют принудительное смещение опорных узлов наружу, что вызывает предварительное растяжение в нижнем поясе и раскосах арки.
Рисунок 1. Арочное покрытие дворца спорта в Лужниках (Москва): 1 – арка; 2 – затяжка; 3 – неподвижная шарнирная опора; 4 – подвижная шарнирная опора
Рисунок 2. Предварительно напряженная стальная арка пролетом 180 м: 1 - трос; 2 - жесткий пояс
Пространственные решетчатые конструкции покрытий могут быть плоскими двухслойными (двухсетчатыми) и криволинейными однослойными (односетчатыми) или двухслойными. В двухсетчатых конструкциях две параллельные сетчатые поверхности соединяются между собой решетчатыми связями.
Сетчатые системы регулярного строения называются структурными и применяются, как правило, в виде плоских покрытий. Они представляют собой различные системы перекрестных ферм (рис. 3). Структурные плоские перекрытия благодаря большой пространственной жесткости имеют небольшую высоту (1/16-1/20 пролета), ими можно перекрывать большие пролеты. Устройством консольных свесов за линией опор достигается уменьшение изгибающих моментов и веса покрытия.
Рисунок 3. Структурные покрытия с треугольной (а) и квадратной (б) ячейками: 1,2 - верхняя и нижняя поясные сетки; 3 - раскосы; 4 - тетраэдр; 5 - октаэдр; 6 - опорная капитель
Криволинейные пространственные покрытия имеют, как правило, цилиндрическую или купольную поверхность.
Цилиндрические покрытия могут быть односетчатыми или двухсетчатыми (криволинейные структуры). Они в поперечном направлении работают как свод, распор которого воспринимается стенами или затяжками.
Купольные покрытия могут иметь ребристую (или ребристо-кольцевую) конструктивную схему (рис. 4а) или сетчатую (рис. 4б). В ребристых куполах радиально расположенные ребра соединены между собой кольцевыми прогонами. Если последние составляют с ребрами единую жесткую пространственную систему, то тогда кольцевые прогоны работают не только на местный изгиб, но в составе купольной системы воспринимают также кольцевые сжимающие или растягивающие усилия. В сетчатых куполах в состав конструкции кроме ребер и кольцевых элементов входят раскосы, что создает условия, при которых стержни работают только на осевые усилия.
Рисунок 4. Конструктивные решения металлических куполов: а - ребристое; б - сетчатое
Висячие покрытия состоят из опорного контура и основных несущих элементов в виде вант или тонких стальных листов, работающих на растяжение. Поскольку основные элементы покрытия работают на растяжение, их несущая способность определяется прочностью (а не устойчивостью), что позволяет эффективно использовать высокопрочные канаты или листовую сталь. Такие покрытия весьма экономичны, однако повышенная деформативность ограничивает их применение для покрытий производственных зданий. Кроме того, учитывая большую распорность таких систем, форму в плане целесообразно принимать круглой, овальной или многоугольной, что облегчает восприятие распора. В связи с этим они применяются, в основном, для покрытий спортивных зданий, крытых рынков, выставочных павильонов, складов, гаражей и других зданий больших пролетов.
В состав вантовых висячих покрытий входят гибкие ванты (стальные канаты или арматурные стержни), располагаемые в радиальном направлении (рис. 5а), в ортогональных направлениях (рис. 5б) или параллельно друг другу в одном направлении (рис. 6). Криволинейные замкнутые опорные контуры работают преимущественно на сжатие, а центральное кольцо - на растяжение. В этих случаях на поддерживающие покрытие конструкции (стены, колонны, рамы) передаются только вертикальные силы. В отличие от этого при незамкнутых контурах распор передается на несущие конструкции здания, что требует устройства анкерных фундаментов, работающих на выдергивание, или стен с контрфорсами и т. п. На систему вант укладываются плиты из легкого железобетона или металлические с полимерным утеплителем, трехслойные и др.
Рисунок 5. Системы висячих вантовых покрытий: а - радиальное расположение вант; б - ортогональное; 1 - ванты; 2 - опорный контур; 3 - центральное кольцо
Рисунок 6. Висячее вантовое покрытие гаража в Красноярске: 1,2 - ванты соответственно в середине и в торце; 3 - опорный контур; 4 - железобетонные плиты; 5 - анкерный фундамент
Системы висячих вантовых покрытий отличаются большим разнообразием. Нередко применяют шатровую вантовую систему, при которой центральное кольцо покоится на колонне и поднимается на более высокую отметку, чем опорное контурное.
Примером такой системы может служить покрытие автобусного парка в Киеве диаметром 161м. Описанные выше системы являются однопоясными. Кроме них применяются также двухпоясные системы (особенно при больших ветровых нагрузках), в которых стабилизация покрытия осуществляется с помощью контура обратной кривизны. В таких системах несущие ванты имеют выгиб вниз, а стабилизирующие - вверх. Стабилизирующие ванты с установленным на них настилом могут быть расположены над несущими, что вызывает сжатие распорок (рис. 7а). При расположении стабилизирующих тросов под несущими вантами связи между ними будут растянутыми (рис. 7б). Возможен и третий вариант, при котором несущие и стабилизирующие тросы пересекаются, а стойки сжаты в средней части покрытия и растянуты - в крайних (рис. 7б).
Рисунок 7. Двухпоясные вантовые системы: 1 - стабилизирующие ванты; 2 - стойки; 3 - несущие ванты
Большое распространение в зарубежной и отечественной практике получили также висячие тонколистовые системы - мембранные покрытия.
Они представляют собой пространственную конструкцию из тонкого металлического листа (стального или из алюминиевых сплавов) толщиной в несколько миллиметров, закрепленного по периметру в опорном контуре. Их преимущества состоят в совмещении несущей и ограждающей функций, а также в повышенной индустриальности изготовления. В некоторых случаях вместо сплошной мембраны покрытие образуется из отдельных, не соединяемых друг с другом, тонких стальных лент. Располагаемые в двух взаимоперпендикулярных направлениях ленты могут переплетаться, что предотвращает их расслаивание.
Сплошное мембранное покрытие успешно применено для универсального стадиона на проспекте Мира в Москве, размеры, в плане которого достигают 183x224 м (рис. 8).
Рисунок 8. Конструктивная схема покрытия универсального стадиона на проспекте Мира в Москве (стальная мембрана толщиной 5 мм): а - план; б - продольный разрез; в - поперечный
В состав спортивного комплекса, построенного в г. Бишкеке, входит зал на 3 тысячи зрителей, покрытие которого решено в виде предварительно напряженной мембранно-балочной висячей системы (рис. 9). Каркас здания выполнен из монолитного здания железобетона в виде раскосных ферм, расположенных по периметру размерами в плане 42,5x65,15 м. Покрытие состоит из собственно мембраны толщиной 2 мм, продольных прогонов и поперечных балок - распорок. Утеплитель в виде минераловатных матов подвешен к мембране снизу, потолок выполнен из штампованных алюминиевых элементов.
Мембранные покрытия использованы и в ряде других большепролетных зданиях. Так, в Санкт-Петербурге универсальный спортивный зал диаметром 160 м перекрыт мембранной оболочной толщиной 6 мм. Подобными оболочками перекрыты также универсальный спортивный зал с размерами в плане 66x72 м на 5 тысяч зрителей в Измайлово (Москва), здание плавательного бассейна «Пионер» с размерами в плане 30x63 м в Харькове и др.
Складчатые своды покрытий - пространственная конструкция, которая может быть выполнена из металла (стали, алюминиевых сплавов), железобетона, пластмасс.
Особенно эффективны такие покрытия из алюминиевых сплавов. Основным конструктивным элементом в последних может служить лист ромбовидной формы (рис. 10), согнутый вдоль большей диагонали. Сопряжения ромбовидных элементов между собой может осуществляться при помощи цилиндрических шарниров или жесткими фланцевыми сочленениями. Для повышения пространственной жесткости покрытия (особенно при шарнирных сопряжениях) необходимо
предусматривать установку продольных затяжек по выступающим узлам складчатого свода.
Рисунок 9. Конструктивная схема здания дворца спорта в Бишкеке: 1 - каркас здания; 2 – мембрано-балочная висячая система
Читайте также: