Большепролетные стальные покрытия балочные и рамные конструкции

Обновлено: 04.05.2024

Большепролетные покрытия зданий имеют пролет 30. 100 м и в отдельных случаях и более. Применение больших пролетов обусловлено эксплуатационными и архитектурными требованиями в зданиях общественного назначения - рынках, вокзалах, стадионах, концертных и спортзалах. В производственных зданиях большие пролеты оговариваются технологическими требованиями (сборочные цехи самолетостроительных, судостроительных и машиностроительных заводов, ангары и др.) или для экономии полезной площади, помещений (гаражей, троллейбусных парков и др.). Выбор конструкций большепролетного покрытия определяется:

1.Архитектурно - планировочными требованиями (форма здания в плане, наличие подвесного потолка, возможность совмещения конструкций стен с опорными (покрытия и др.).

2. Инженерными требованиями (возможность передачи горизонтального распора на грунт, условий отвода воды с покрытия, необходимость размещения коммуникаций в строительной высоте покрытия).

3. Требованиями эксплуатации (наличие подвесного подъемно-транспортного или иного оборудования, обеспечение заданных акустических свойств помещений).

4. Требованиями изготовления и монтажа конструкций (технологичность заводского изготовления, условия транспортирования, скоростной монтаж, минимальная металлоемкость и стоимость).

Основная нагрузка на конструкции большепролетных покрытий - постоянная нагрузка от собственного веса несущих и ограждающих конструкций. Поэтому нужно стремиться к снижению их массы за счет применения легких ограждающих конструкций, использование высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов и эффективных профилей в конструкциях, предварительного напряжения конструкций, включения ограждающих конструкций в совместную работу с несущими.

Большепролетные покрытия разделяют на плоскостные и пространственные.

Плоскостные покрытия состоят из расположенных с определенным шагом отдельных рам, арок, гибких нитей и др., каждая из которых работает обособленно на нагрузки, приложенные в ее плоскости. Плоские несущие конструкции соединяются между собой второстепенными элементами (связями, прогонами).

В пространственных покрытиях в работу включаются все несущие элементы, вследствие чего по затратам они обычно экономичнее, чем плоскостные.

По конструкции большепролетные покрытия можно разделить на:

- плоскостные с жесткими элементами: балочные, арочные, рамные,

- пространственные с жесткими элементами, двух сетчатые стержневые системы типа структур и перекрестных ферм, одно сетчатые оболочки, купола, образованные из радиально расположенных плоских конструктивных элементов,

- плоскостные и пространственные висячие системы: вантовые, мембранные, плоскостные и пространственные комбинированные системы, состоящие из жестких балок с гибкими нитями, жестких балок с гибкими арками и др.

Балочные конструкции покрытия

Большепролетные балочные покрытия обычно используют при пролетах 50. 100 м. Преимущество таких систем - их безраспорность, т.е. возникают только вертикальные реакции.

Основными элементами балочных покрытий являются плоские, спаренные в блоки или трехгранные фермы. Фермы соединяются между собой горизонтальными и вертикальными и прогонами, этим обеспечивается пространственная жесткость покрытия и устойчивость отдельных стержней ферм, как и в покрытиях малых пролетов.

Балочные покрытия применяются в зданиях прямоугольной формы или близкой к ней. Компоновка покрытия больших пролетов выполняется по нормальной или усложненной схеме (рис.11.1.а) при шаге в 12 м. При шаге главных ферм 18, 24 м и более переходят на усложненную схему компоновки (рис. 11.1.б) со вспомогательными фермами. Индустриальными являются покрытия из объемных блоков (рис. 11.1. в, г), при монтаже которых не требуются связи.

При больших пролетах рациональны полигональные, сегментные и параболические фермы (рис.11.1. д, е) с ромбической и крестовой решеткой.

Главный недостаток балочных конструкций - большая строительная высота. Высота ферм с параллельными поясами h =(1/8. 1/16) l,


трапециевидных h =(1/7. 1/11) l, сегментных h =(1/8. 1/12) l, где l - пролет фермы. Часто применяется шпренгельная решетка, позволяющая уменьшить длину панелей и повысить устойчивость сжатого пояса в плоскости фермы.

Сечения тяжелых ферм приведены на рис. 11.1 ж. Узлы ферм выполняют с двумя фасонками (рис. 11.1 з), для уменьшения концентрации напряжений в фасонках устраивают выкружки для плавного перехода к стержням. При пролетах более 40 м необходимо обеспечивать беспрепятственный поворот опорных частей неподвижной опоры и горизонтальное перемещение подвижной опоры. В качестве шарнирно-неподвижной опоры пролетах до 40 м применяют тангенциальные плиты, при больших пролетах - балансирные опоры. Подвижная опора выполняется на катках.




Расчет усилий в стержнях тяжелых ферм выполняются также, как и для легких. Плоскостные балочные системы наиболее металлоемки из всех видов большепролетных конструкций (расход до 200 кг/м 2 ). Для сокращения затрат стали и уменьшения строительной высоты применяется предварительное напряжение, а также трехгранные или спаренные в пространственные блоки плоские фермы.

Рамные конструкции

Рамные конструкции отличаются большой жесткостью и чаще применяются в зданиях промышленного и специального назначения - цехах заводских производств, эллингах, оборудованных подвесными кранами. Большепролетные рамы могут выполняться бесшарнирными со стойками, заделанными в фундаменты (рис. 11.2 а), двухшарнирными с шарнирами в уровне фундаментов (рис. 11.2. б) или в узлах сопряжения ригеля и стоек (рис. 11.2 в) - так называемые гибкие рамы. К разновидностям схем однопролетных рам относятся схемы с жесткой и гибкой стойками (рис.11.2 г), однопролетная рама с консолью (рис. 11.2 д), вспорушенная рама с криволинейным ригелем.

Бесшарнирная схема применяется при пролетах 120. 130 м. Такие рамы имеют небольшую высоту и мощные ригели.

Наиболее распространены двухшарнирные рамы пролетом до 120 м с шарнирами в уровне фундаментов.

Рамы с жесткой и гибкой стойками и однопролетные рамы с консолью применяются в ангаростроении. Наличие консольного вылета длиной 40. 60 и позволяет устраивать ворота шириной во весь фасад здания.


Схема со вспорушенным ригелем целесообразна для применения в конструкциях рынков и вокзалов (рис. 11.2 ж).

При пролетах рам 100. 130 м ригели обычно выполняются сквозными и конструируются по типу тяжелых ферм (см. параграф 11.2). Высота ригелей принимается l/12. .1/20 пролета.

Компоновка рамных покрытий также, как и балочных, может выполняться по нормальной или усложненной схеме (см.рис.11.1 а,б).

Арочные покрытия

Арочные конструкции наиболее эффективны в зданиях с пролетами 60…70 м, функциональный объем которых вписывается в криволинейное очертание. К таким зданиям относятся дворцы спорта, выставочные павильоны.

Арки хорошо работают при отсутствии сосредоточенных сил и при небольших временных нагрузках. По затратам металла арки экономичнее балочных и рамных конструкций, но они являются распорными системами, т.е. имеются и горизонтальные опорные реакции. Распор может восприниматься мощными фундаментами или затяжками, соединяющими опоры арки между собой. В последнем случае система становится внешне безраспорной, и горизонтальные силы на фундаменты здания не передаются.

По статической схеме арки делятся на трехшарнирные (рис.11.3 а), двухшарнирные 1,11.3 б) и бесшарнирные (рис.11. 3 в). Трехшарнирные арки нечувствительны к осадкам опор и температурным деформациям, но по затратам материала наименее выгодны. Они обычно используются при строительстве на слабых основаниях. Наиболее часто применяются в покрытиях двухшарнирные арки, особенно с затяжками. В бесшарнирных арках опоры жестко заделываются в фундамент. По затратам металла они наиболее экономичны, но из-за больших опорных моментов их применять рационально при строительстве на скальных основаниях.

Конструктивные решения арок разнообразные. Очертание поясов трехшарнирной арки чаще применяется серповидным в соответствии с характером распределения изгибающих моментов (рис. 11. 3 а). Двухшарнирные арки выполняются с постоянной высотой сечения (рис. 11. 3 б), а бесшарнирные утолщаются к опорам (рис. 11. 3. в). Сечения арок могут быть сплошными в виде сварных или прокатных широкополочных двутавров. Высота сечения сплошных арок составляет

1/50. 1/80 пролета. Сквозные арки выполняются из уголков, швеллеров, труб и могут быть плоскими, а при больших пролетах пространственными трехгранными (рис. 11. 3. г). Высота сечения сквозных арок составляет 1/30. 1/40 пролета.

Ответственными узлами арок являются опорные и ключевые шарниры В качестве опорных наиболее простые по конструкции плиточные шарниры (рис.11.4 а), которые применяются в легких арках при вертикальном примыкании надопорной части. В тяжелых арках больших пролетов используются балансирные шарниры (рис.11.4 в), аналогичные опорным устройствам балочных конструкций. Пятниковый шарнир (рис. 11. 4 б) представляет собой опорное гнездо - пятник, в которое вставляется опорная часть арки. Ключевые шарниры трех шарнирных арок могут иметь плиточную или балансирную конструкцию (рис. 11. 5) В легких арках в ключе, устраивают листовые шарниры, в которых свободный поворот обеспечивается изгибом горизонтального листа.

Усилия в арках определяют методами строительной механики. Наиболее распространены 2-х шарнирные арки, они являются системами один раз статически неопределимы. Для предварительных расчетов непологих арок при равномерно зеленной нагрузке распор можно определить по формуле

н= q l 2 / 8f

где f - стрела подъема арки (рис. 11.6а). Изгибающий момент, продольная и поперечная сила в сечениях арки, расположенном на расстоянии х от опоры, определяются по формулам

В приведенных формулах Mx; Qx - изгибающий момент и поперечная сила, вычисленные также, как для балки пролетом l, равным пролету арки, у - ордината оси арки на расстоянии х от опоры, a - угол между горизонталью и касательной к оси арки в рассматриваемом сечении.

В сквозных арках (рис. 11.6. б) усилия в поясах и решетке могут быть получены с использованием формул

где Nb - усилие в верхнем и нижнем поясах, вычисляемые с зачетом изгибающего га б сечении, Nd - усилие в раскосе, h - высота сечения арки,

- угол между раскосом и поясом.

Купола

Купола относятся к пространственному типу покрытий. Они являются распорными системами. Различают 3 типа конструктивных схем куполов: ребристые, ребристо - кольцевые и сетчатые.

Ребристые купола образуются из радиально расположенных ребер - полуарок (рис. 11. 8 а). В основании купола ребра опираются на стены здания либо на криволинейный или многоугольный в плане кольцевой элемент, воспринимающий распор X. В вершине купола ребра опираются на центральное кольцо. При расчете на осесимметричные нагрузки можно расчленять на плоские арки. При шарнирном сопряжении ребер с верхним кольцом получаются трехшарнирные арки. При жесткой заделке ребер в верхнем опорном кольце рассчитываются двухшарнирные арки с условной затяжкой, роль которой выполняет нижнее опорное кольцо.

Ребра выполняются сплошными или решетчатыми и соединяются между собой ими. Для обеспечения устойчивости ребер из плоскости между прогонами устраивают связи.

Ребристо-кольцевые купола (рис. 11.8. б) отличаются от ребристых тем, что прогоны включаются совместно с ребрами на восприятие распора. Прогоны в этом случае представляют собой ряд горизонтальных колец, расположенных в разных уровнях и испытывающих растягивающие усилия. В таких куполах, заметнее чем, в ребристых, проявляется эффект пространственности. При асимметричной нагрузке купола можно рассчитывать, расчленяя их на плоские арки с условными затяжками в уровнях кольцевых прогонов.

Сетчатые купола образуются из ребристо-кольцевых включением на восприятие диагональных связей между ребрами и прогонами (рис.11.8.в). Сетчатые купола опираются в отдельных точках или связываются упруго с опорными кольцами.

При больших пролетах можно приближенно рассчитывать такие купола как безмоментные оболочки. Найденные в оболочке меридиальные и кольцевые усилия раскладывают на направления стержней, сходящихся в узле. По конструкции стержневого набора сетчатые купола могут быть односетчатыми и 2-х сетчатыми. Пролеты куполов могут достигать 400 м.

Для однотипности элементов сетчатого купола, при построении их геометрии используются правильные и полуправильные многогранники, вписанные в сферу, например, икосаэдр, имеющий 20 одинаковых граней, 80-гранник, дающий два типа граней или 320-гранник с пятью типами граней.

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

Каркасы большепролетных зданий. Область применения и классификация. Балочные, рамные и арочные системы большепролетных зданий

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 (балочные, рамные, арочные), области их применения, особенности большепролетных покрытий.

По функциональному назначению большепролётные здания можно разделить на:

1.) здания общественного назначения (театры, выставочные павильоны, кинотеатры, концертные и спортивные залы, крытые стадионы, рынки, вокзалы);

2.)здания специального назначения (ангары, гаражи);

3.)промышленные здания (авиационных, судостроительных и машиностроительных заводов, лабораторные корпуса различных производств).

Несущие конструкции по конструктивной схеме подразделяются на:

1)балочные 2)рамные 3)арочные

Выбор той или иной схемы несущих конструкций здания зависит от целого ряда факторов: пролёта здания, архитектурно-планировочного решения и формы здания, наличия и типа подвесного транспорта, требований к жёсткости покрытия, типа кровли, аэрации и освещения, основания под фундаменты и т.д.

Конструкции таких зданий работают в основном на нагрузки от собственного веса конструкций и атмосферных воздействий. Сооружения с большими пролётами являются объектами индивидуального строительства, их архитектурные и конструктивные решения весьма индивидуальны, что ограничивает возможности типизации и унификации их конструкций.

93. Балочные большепролетные конструкции, особенности их расчета и конструирования.

Большепролетные балочные покрытия состоят обычно из не­сущих поперечных ферм, располагаемых с шагом 12- м, и промежуточных конструкций, сплошные разрез­ные балки не применяют из-за большого расхода металла.

Четкая передача опорной реакции может быть достигнута посредством тангенциальной или специальной балансирной опоры. Кроме того, при пролетах 60-90м становится существенным сближение опор из-за прогиба фермы и ее темпер. деф-ий. В этом случае одна из опор может быть каткового типа, допускающая свободные горизонтальные перемещения.

Катки балансирных опор в цилиндрических шарнирах при центральном угле касания поверхностей ≥π/2 рассчитывают на местное смятие по формуле:

Катки, находящиеся между двумя параллельными плоскостя­ми рассчитывают на диаметральное сжатие.

Высокими тэп отличаются стальные предварительно напряженные фермы типа «арка с затяжкой», которые могут быть выполнены трубчатыми трехгранными. Опирание ферм устраивается в уровне верхних поясов, а затяжка, закреплен­ная в узле нижнего пояса, располагается ниже опор, что вместе с систе­мой предварительного напряжения и разгружающим эффектом затяжек обеспечивает ферме малые горизонтальные перемещения опорных узлов.

Достаточно эффективным является предварительное напряже­ние несущей конструкции фермы типа «рыбка», натяжением на ее пояса тонкой растянутой обшивки, которая впоследствии под поперечной на­грузкой включается в работу всей системы на изгиб. Метод создания предварительного на­пряжения исключительно прост: предварительно изготовляют щит покрытия, состоящий из элементов пояса, распорок и связей с изгибом каркаса щита на заданную величину перед приваркой к нему листа; при установке щита в пространственный блок щит с листом выпрямляют, за счет чего лист, так же, как и элементы жесткой части блока, получает предварительное напряжение.




Читайте также: