Пространственные конструкции
В пространственных покрытиях все элементы связаны между собой и работают как единое целое, совмещая все ограждающие и несущие функции. Это снижает расход материала и вес покрытия, делает его более экономичным и позволяет перекрывать большие площади без промежуточных опор.
Пространственные конструкции могут выполняться из дерева, металла, кирпича, но основное применение получили железобетонные и армоцементные конструкции.
Основными типами пространственных покрытий являются своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки двоякой кривизны и подвесные покрытия.
Сводом называется покрытие, имеющее снизу вогнутую криволинейную поверхность. Своды, кроме вертикальных нагрузок, передают на опоры горизонтальный распор.
Своды могут быть кирпичными и бетонными, т. е. выполняться из материала, способного воспринимать лишь сжимающие напряжения, вследствие чего ими перекрывают небольшие пространства.
Купола являются разновидностью сводов и применяются для перекрытия в основном круглых в плане объемов здания (рис. 49).
Рис. 49. Купол со стальным каркасом
Распор в куполах воспринимается располагаемым понизу опорным кольцом. Купола ранее выполнялись в виде сплошных кирпичных сводов или каркасными – деревянными или стальными. В настоящее время применение в строительстве железобетона, хорошо сопротивляющегося сжатию, растяжению и изгибу и способного принимать любые формы, позволило создать новые решения пространственных покрытий в виде тонкостенных сводов-оболочек и куполов, перекрывающих большие пролеты. Такие конструкции выполняются монолитными и сборно-монолитными.
Из различных типов оболочек наибольшее распространение получили цилиндрические, складчатые и оболочки двоякой кривизны.
Цилиндрические оболочки состоят из скорлупы-оболочки торцовых опорных диафрагм и бортовых элементов, представляющих собой единую жесткую конструкцию. Расстояние между торцовыми опорными диафрагмами (l1) называют пролетом оболочки, а между бортовыми элементами (l2) – шириной волны. Оболочки бывают одно-и многоволновыми.
Если пролет оболочки превышает ее ширину, оболочку называют длинной, если пролет меньше ширины – короткой.
Составные части сборно-монолитных оболочек имеют разную конфигурацию. Бортовые элементы выполняются в виде балок двутаврового сечения с криволинейным верхним поясом; скорлупа-оболочка – из отдельных цилиндрических панелей, усиленных по периметру и по краям средней трети длины ребрами; опорные торцовые диафрагмы – в виде сборных железобетонных арок с затяжкой (рис. 50).
Рис. 50. Большепролетные конструкции покрытий:
а – сборно-монолитное покрытие из длинных цилиндрических оболочек;
Соединение плит между собой осуществляется с помощью сварки выпусков арматуры и замоноличиванием швов бетоном.
Складчатые конструкции покрытий – разновидность длинных оболочек. Они состоят из жестко связанных между собой плоских плит, опорных диафрагм и бортовых элементов (рис. 51).
Рис. 51. Складчатое покрытие
Оболочка двоякой кривизны состоит из контурных диафрагм (железобетонных ферм) и скорлупы-оболочки, собираемой из плоских рядовых, крайних и угловых плит с контурными и диагональными ребрами (рис. 52).
Рис. 52. Сборная железобетонная оболочка двоякой кривизны
Соединение плит оболочки между собой достигается сваркой выпусков арматуры с последующим замоноличиванием швов. Связь скорлупы-оболочки с контурными фермами осуществляется сваркой арматуры ферм с арматурой, выпущенной из ребер крайних и угловых плит, и замоноличиванием стыков бетоном. Такие оболочки обладают высокой пространственной жесткостью и выполняются преимущественно многопролетными с укрупненной сеткой колонн.
К покрытиям двоякой кривизны относятся также конструкции волнистых сводов-оболочек, позволяющие перекрывать пролеты до 100 метров (рис. 53).
Рис. 53. Покрытие из волнистых сводов-оболочек
Подвесное покрытие состоит из системы стальных тросов высокой прочности (вантов), подвешенных к окаймляющим сооружение конструкциям, создающим опоры для плит покрытий (рис. 54). Тросы на концах снабжены анкерными устройствами и работают только на растяжение.
Рис. 54. Подвесное покрытие:
1 – сборные элементы; 2 – ванты; 3 – подвески; 4 – опоры.
К пространственным могут быть отнесены пневматические строительные конструкции, применяемые при возведении различных хранилищ, укрытий для оборудования и других сооружений временного типа. Эти конструкции можно подразделить на две основные группы: воздухоопорные и пневмокаркасные.
Воздухоопорная конструкция состоит из тканевой оболочки, которая прочно по всему периметру сооружения крепится к основанию, воздуходувки и воздушного шлюза. Воздуходувка создает под оболочкой избыточное давление воздуха и автоматически его поддерживает. Благодаря этому оболочка оказывается надутой и перекрывает помещение (рис. 55, а).
Примером пневмокаркасной конструкции служит свод с несущими надувными арками, внутри которых поддерживается избыточное давление, и наружной ограждающей оболочки из водонепроницаемой ткани или пленки (рис. 55, б). Благодаря малому весу и транспортабельности, пневматические конструкции легко монтируются и демонтируются без применения кранов.
Рис. 62. Большепролетные конструкции покрытий:
а – пневматическое покрытие воздухоопорное; б – то же, пневмокаркасное.
1. Какие существуют конструкции большепролетных зданий с пространственными покрытиями?
2. Перечислите несущие конструкции, относящиеся к группе плоскостных.
Структурные конструкции
Общие сведения
Тема 12. Пространственные конструкции покрытий зданий
12.1 Общие сведения
12.2 Структурные конструкции
12.3.1 Односетчатые оболочки
12.3.2 Двухсетчатые оболочки
12.4 Купольные покрытия
12.5 Висячие покрытия
Балочные, рамные и арочные большепролетные конструкции состоят из отдельных плоских, жестких дисков (несущих элементов), соединенных между собой легкими связями, неспособными перераспределять нагрузку между несущими элементами. Приложенная к этим конструкциям нагрузка передается в одном направлении вдоль несущего элемента.
В пространственных системах связи усиливаются и привлекаются к распределению усилий и передаче их на опоры. В результате этого основные несущие элементы облегчаются, структура всей конструкции меняется. Приложенная к пространственной конструкции нагрузка передается в двух направлениях. Пространственная конструкция получается легче плоскостной.
Пространственные конструкции могут быть плоскими (плиты) и криволинейными (оболочки).
Плоские пространственные системы (исключая висячие) для обеспечения жесткости должны быть двухслойные.
Оболочки могут быть и однослойными и двухслойными. Наибольшее распространение получили решетчатые пространственные конструкции, образующие по поверхности сетчатую систему.
Однослойные конструкции имеют криволинейную сетчатую поверхность и называются односетчатыми.
Двухслойные конструкции имеют две параллельные сетчатые поверхности, соединенные между собой жесткими решетчатыми связями; они называются двухсетчатыми.
В пространственных сетчатых конструкциях принцип концентрации материала заменен принципом многосвязности системы. Осуществление таких конструкций более трудоемко, требует специальных приемов изготовления и монтажа, что является одной из причин ограниченного применения пространственных конструкций.
В современном строительстве получили распространение сетчатые системы регулярного строения, называемые структурными конструкциями или просто структурами (модули).
Структурные конструкции чаще применяются в виде плоских покрытий большепролетных общественных и производственных зданий; реже они применяются в криволинейных покрытиях (сводах, куполах и т.п.).
Плоские структуры представляют собой конструкции, образованные из различных систем перекрестных ферм (рис.9)
Количество пересекающихся в одном узле ферм, а также их вертикальное или наклонное положение дают разнообразное структурные построения. В каждой структуре можно выделить свой многократно повторяющийся объемный элемент, называемый кристаллом (рис.10).
Структуры, образованные из перекрестных ферм, идущих в трех направлениях (рис.9а), имеют статически изменяемые кристаллы, могут работать на кручение и поэтому являются наиболее жесткими. Структуры, образованные из ферм, идущих в двух направлениях (рис.9б) имеют статически изменяемые кристаллы, они не работают на кручение и поэтому менее жестки.
Структуру из ферм, идущих в двух направлениях, можно усилить диагоналями в угловых зонах (рис.9в)
Не усложняя систему можно увеличить жесткость конструкции, включив в совместную работу со структурой кровельный настил (металлический и ж/б).
Структурные плоские покрытия обладают рядом достоинств, определяющих область их рационального применения.
Благодаря большой пространственной жесткости структурными конструкциями можно перекрывать пролеты более 50м при небольшой строительной высоте 1/15 ÷ 1/20 пролета, что позволяет получить выразительное архитектурное решение.
Регулярность строения конструкции позволяет собирать из одних стандартных элементов покрытия разных пролетов и конфигураций в плане.
Частая сетка узлов дает возможность осуществлять крепление подвесного транспорта в любой точке и изменять при необходимости направление его движения. Многосвязность системы повышает степень ее надежности при внезапных местных разрушениях.
К недостаткам структурных систем относится повышенная трудоемкость их изготовления и сборки. Этот недостаток частично компенсируются однородностью операции при изготовлении и сборке, что создает условия для побочного производства стандартных конструктивных элементов.
Системы могут быть как однопролетные, так и неразрезные многопролетные, с опиранием на стены, фермы или на отдельно стоящие колонны с развитыми капителями, в виде безбалочных перекрытий или подвешенные к вантовой системе.
В общем случае можно применить упрощенный подход, рассматривая конструкцию как ортотропную (одинаковые свойства в одном направлении) пластинку с упругими характеристиками и в ограниченные условия, соответствующие стержневой конструкции.
При такой расчетной схеме учитываются действия как изгибающих так крутящих моментов.
В практике проектирования структуры чаще рассчитывают как изотропные плиты или как системы перекрестных ферм (при квадратных ячейках сеток поясов) без учета крутящих моментов. Величины моментов и поперечных сил определяют по таблицам для расчета плит.
Получив из расчета плиты величины расчетных значений Мпл и Q пл переходят к расчетным усилиям стержня по соответствующим формулам. Прогибы также вычисляют по таблицам для изотропных и перекрестных ферм. Этот метод расчета дает запас прочности. Наиболее эффективно структуры работают на сосредоточенные нагрузки.
Дата добавления: 2014-01-11 ; Просмотров: 6958 ; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Строительные конструкции.
По функциональному назначению строительные конструкции подразделяются на несущие и ограждающие. Существуют также такие конструкции, как арки, фермы или рамы. Они являются несущими. А такие строительные конструкции как панели для стен, оболочки, своды соединяют в себе и ограждающие и несущие функции.
Типы и виды строительных конструкций.
Несущие строительные конструкции в зависимости от расчетной схемы делятся на плоские (балки, фермы, рамы и др.) и пространственные (оболочки, своды, купола и др.). Пространственные строительные конструкции обладают более выгодным распределением усилий, в сравнении с плоскими конструкциями. Это, в свою очередь, требует меньшего расхода материалов, однако сборка и производство таких строительных конструкций является крайне трудоемким. На сегодняшний день появились новые типы пространственных конструкций – структурные конструкции, изготовленные из прокатных профилей, закрепленных болтовыми соединениями. Такой тип строительной конструкции обладает простотой изготовления и монтажа, экономичностью.
Строительные конструкции по виду материала бывают:
Это наиболее встречающиеся виды строительных конструкций на данный момент.
Современное строительство применяет железобетон в виде сборных конструкций. Сфера применения таких конструкций: строительство жилых, производственных зданий, различных сооружений. Целесообразное применение монолитного железобетона — это различные гидротехнические постройки, покрытия дорог, аэродромов, строительство фундаментов под промышленное оборудование, всевозможные резервуары, элеваторы и т. п.
При возведении сооружений, которые эксплуатируются в условиях агрессивной внешней среды или особых климатических условиях (например, повышенная температура, влажность), используют специальные виды бетона и железобетона. К примеру такими сооружениями являются тепловые агрегаты, здания химической промышленности и другие.
В железобетонных строительных конструкциях за счет использования особо прочных бетонов, арматуры, увеличения изготовления напряженных конструкций допустимо уменьшение массы конструкции, понижение цены и расхода материалов, увеличение сфер применения лёгких и ячеистых бетонов.
Области применения строительных конструкций.
Сфера применения стальных строительных конструкций иногда совпадает с использованием железобетонных конструкций. Это, в частности, каркасы большепролетных зданий, цеха с тяжелым и громоздким оборудованием, промышленные резервуары больших емкостей, мосты и др. Выбор типа строительной конструкции зависит от его стоимости, района строительства, расположения предприятия. Главное преимущество стальных строительных конструкций от железобетонных – малая масса. Это позволяет применять данные конструкции в малодоступных районах: на Крайнем Севере, в районах с повышенной сейсмической активностью, пустынных, горных районах и т. д.
Создание продуктивных объемных конструкций (из тонколистовой стали), увеличение объемов применения сталей высокой прочности и экономичных профилей проката сделают возможным уменьшить вес зданий и сооружений.
Главная область применения каменных строительных конструкций – возведение стен и перегородок. Архитектурные сооружения и здания из кирпича, мелких блоков и природного камня меньше соответствуют требованиям промышленного строительства, чем крупнопанельные здания, поэтому их доля во всех объемах строительства, падает.
В строительстве также применяют клееные деревянные конструкции двух видов: несущие и ограждающие. Несущие конструкции состоят из нескольких слоев древесины и склеены между собой. Зачастую их усиливают путем вставления арматуры.
Изготовление клееных деревянных конструкций осуществляется в заводских условиях, все процессы производятся механическим путем
Основная тенденция в изменении деревянных конструкций – это переход к строительным конструкциям из клееной древесины. Допустимость промышленного изготовления и получения элементов определенной конструкции нужных размеров с помощью их склеивания дает преимущества в сравнении с деревянными конструкциями других типов. Клееные строительные конструкции находят широкое применение в сельскохозяйственном строительстве.
В тенденциях современного строительства широкое распространение получают новые виды промышленных строительных конструкций: асбестоцементные, пневматические, конструкции из легких сплавов. Достоинствами данных конструкций являются: низкая удельная масса, возможность заводского изготовления на механических поточных линиях. Более легкие трехслойные панели начинают применяться как ограждающие конструкции вместо тяжелых железобетонных и керамзитобетонных панелей.
Требования, предъявляемые к строительным конструкциям.
По соображениям требований эксплуатации, строительные конструкции должны быть огнеустойчивыми, коррозиестойкими, удобными, экономичными и безопасными в использовании. С увеличением масштабов и темпов строительства к строительным конструкциям предъявляют требования их изготовления в заводских условиях, конструкции должны быть экономными по стоимости и оптимальными по расходу материалов, удобными при транспортировке и отличаться быстротой и простотой сборки на объекте строительства.
Большое значение уделяется снижению трудоемкости, как при изготовлении строительных конструкций, так и в процессе сооружения из них зданий.
Важной задачей современного строительства является уменьшение массы строительных конструкций за счет применения легких производительных материалов и развитии различных конструктивных решений.
Расчет строительных конструкций.
Строительные конструкции при проектировании рассчитываются на прочность, устойчивость и колебания. При расчете учитываются воздействия сил, которым подвергаются конструкции при эксплуатации: собственный вес, внешние нагрузки, влияние температурных факторов, смещение опор конструкции, усилия, которые появляются при транспортировке и установке строительных конструкций.