Пространственные своды-оболочки. Пространственные покрытия и их применение

Пространственные своды-оболочки. Волнистыми или бочарными сводами-оболочками, а также складчатыми сводами можно перекрывать очень большие пролеты – прежде 100 м и более (см. статью 11.86), а потому они могут с успехом применяться в промышленных зданиях типа гаражей, ангаров, самолетосборочных цехов и т. п. Форма поперечного сечения пространственных сводов может быть криволинейной alias складчатой (см. статью 11.86, 11.87). При этом расход бетона в конструкции при увеличении пролета изменяется недовольно. Так, при пролете 30–48 м расход бетона составляет почти 0,07 м3/м2; при пролете 75 ж – около 0,08 м3/м2, а при 96-м пролете увеличивается исключительно до 0,12 – 0,15 м3/м2.

    СТРУКТУРНАЯ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ

    Изобретение относится к области строительства, в частности к структурной пространственной конструкции. Технический результат заключается в увеличении жесткости пространственной конструкции, снижении ее материалоемкости, расширении ассортимента используемых материалов, а также в возможности применения для малых, средних и больших пролетов без использования прогонов. Структурная пространственная конструкция включает гибкий свод-оболочку с затяжками и систему элементов жесткости между ними. Свод-оболочка очерчен в поперечном сечении по дуге окружности. Под сводом-оболочкой установлены и скреплены с ним и с затяжками продольные решетчатые фермы. Фермы оперты по концам на несущие конструкции. Верхние и нижние узлы соседних продольных ферм соединены между собой поперечными раскосно-стержневыми элементами с образованием подкрепляющей структуры с перекрестными фермами. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

    Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении покрытий над зданиями различного назначения.

    Известно арочно-вантовое покрытие, включающее наружный и внутренний опорные контуры, промежуточные арки, ванты и диагональные элементы, последние из которых выполнены в виде арок, одним концом опертых на установленные в углах здания колонны, а другим концом на внутренний опорный контур, и подкреплены сжатыми стойками и растянутыми наклонными вантами, которые выполнены без начального предварительного напряжения из парных стальных полос (патент 2347043 C1, дата приоритета 16.08.2007, дата публикации 20.02.2009, авторы Еремеев П.Г. и др., RU).

    Недостатком арочно-вантового покрытия является высокая трудоемкость строительно-монтажных работ, обусловленная их многодельностью и использованием временной центральной опоры, а также недостаточная пространственная жесткость конструкции в связи с саморегулированием напряженно-деформированного состояния элементов конструкции без участия ограждающего покрытия.

    В качестве прототипа принят пространственный блок покрытия, включающий верхний пояс выпуклой формы и нижний в виде жесткой затяжки с шарниром посередине, соединенные системой вертикальных, продольных и поперечных связей, нижний пояс выполнен из деревянных балок, на которые оперты попарно объединенные верхней и нижней поперечинами и промежуточными дощатыми связями вертикальные деревянные стойки, подпирающие через верхние поперечины верхний пояс, выполненный в виде свода из стального профилированного листа с продольным расположением гофр, закрепленного на верхних поперечинах (патент 2282699 C1, дата приоритета 27.12.2004, дата публикации 27.08.2006, авторы Дмитриев П.А и др., RU, прототип).

    Недостатками прототипа являются высокая материалоемкость поперечных связей, недостаточная жесткость в связи с наличием шарнирного соединения в нижнем поясе и ограниченным выполнением элементов жесткости между поясами, а также нерациональное использование для малых и средних пролетов.

    Задачей изобретения является увеличение жесткости пространственной конструкции, снижение ее материалоемкости, расширение ассортимента используемых материалов, а также расширение области применения по размерам пролетов.

    Для решения поставленной задачи в структурной пространственной конструкции, включающей гибкий свод-оболочку с затяжками, воспринимающими усилия распора, и систему элементов жесткости между ними, согласно изобретению, свод-оболочка очерчен в поперечном сечении по дуге окружности, под сводом-оболочкой установлены и скреплены с ним и с затяжками продольные решетчатые фермы, опертые по концам на несущие конструкции, при этом верхние и нижние узлы соседних продольных ферм дополнительно соединены между собой поперечными раскосно-стержневыми элементами с образованием подкрепляющей структуры с перекрестными фермами.

    Согласно изобретению, подкрепляющая структура с перекрестными фермами может быть выполнена деревометаллической, при этом верхние пояса продольных решетчатых ферм выполнены из калиброванного круглого леса, а остальные элементы выполнены из труб.

    Согласно изобретению, продольные решетчатые фермы могут быть оперты по концам на дополнительно установленные в торцах несущие арки соответствующего своду-оболочке очертания.

    Структурная пространственная конструкция содержит гибкий свод-оболочку 1 с очертанием в поперечном сечении по дуге окружности, близкой к кривой давления, продольные бортовые элементы 2 с затяжками 3 свода-оболочки, воспринимающими усилия распора. Под сводом-оболочкой установлены и скреплены с ним и с затяжками 3 продольные решетчатые фермы 4, опертые по концам на несущие конструкции (стены, фермы). Верхние и нижние узлы соседних продольных ферм соединены между собой поперечными раскосно-стержневыми элементами 5 с образованием подкрепляющей структуры с поперечными и продольными перекрестными фермами, обеспечивающими оптимальную работу пространственной конструкции при статических и динамических нагрузках. Так при действии равномерно распределенной нагрузки усилия в своде-оболочке, очерченном по дуге окружности, близкой к кривой давления, и в элементах поперечных ферм выравниваются, а на продольные решетчатые фермы, обеспечивающие устойчивость свода-оболочки, передается лишь небольшая часть нагрузки, вследствие чего фермы под сводом-оболочкой практически освобождаются от нагрузки. При одностороннем нагружении свода-оболочки продольные и поперечные фермы также оказываются слабо напряженными, так как продольные решетчатые фермы, обеспечивающие устойчивость и работоспособность конструкции, получают лишь соответствующую долю нагрузки.

    В связи с этим перекрестные фермы можно выполнять как легкие маломатериалоемкие подкрепляющие конструкции, которые могут быть выполнены как цельностальные из труб, так и деревометаллические с верхними поясами 6 из калиброванного круглого леса.

    При необходимости иметь в здании открытые торцы, а также при выполнении большепролетного покрытия структурную пространственную конструкцию дополняют в торцах несущими плоскими конструкциями для опирания продольных решетчатых ферм 4, например арками 7 (арочными фермами) соответствующего своду-оболочке кругового очертания.

    Свод-оболочка 1, очерченный по дуге окружности и выполняющий ограждающую и несущую функции в структурной пространственной конструкции, представляет собой тонкостенное оребренное покрытие с поперечной ориентацией ребер, для выполнения которого может быть использован широкий спектр строительных материалов с присущими им прочностными, огнестойкими и другими потребительскими свойствами. Так, например, свод-оболочка может быть выполнен из выгибаемых листов профнастила с поперечным расположением гофр, в виде криволинейной клеефанерной плиты с гнутоклееными ребрами, в виде гнутоклееной плиты из брусков, в виде армоцементной ребристой криволинейной плиты или в виде полимербетонной ребристой криволинейной плиты (условно не показано).

    Преимущество заявляемой структурной пространственной конструкции по сравнению с прототипом и традиционными стержневыми структурами заключается в увеличении жесткости пространственной конструкции за счет совместной работы свода-оболочки и подкрепляющей структуры с перекрестными фермами, в снижении материалоемкости конструкции в связи с рациональным распределением нагрузки, в расширении ассортимента используемых материалов с широким спектром потребительских свойств, а также в возможности применения для малых, средних и больших пролетов без использования прогонов.

    Формула изобретения

    1. Структурная пространственная конструкция, включающая гибкий свод-оболочку с затяжками, воспринимающими усилия распора, и систему элементов жесткости между ними, отличающаяся тем, что свод-оболочка очерчен в поперечном сечении по дуге окружности, под сводом-оболочкой установлены и скреплены с ним и с затяжками продольные решетчатые фермы, опертые по концам на несущие конструкции, при этом верхние и нижние узлы соседних продольных ферм дополнительно соединены между собой поперечными раскосно-стержневыми элементами с образованием подкрепляющей структуры с перекрестными фермами.

    2. Структурная пространственная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что свод-оболочка выполнен из листов профнастила с поперечным расположением гофр.
    3. Структурная пространственная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что свод-оболочка выполнен в виде криволинейной клеефанерной плиты с гнутоклееными ребрами.

    4. Структурная пространственная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что свод-оболочка выполнен в виде гнутоклееной плиты из брусков.

    5. Структурная пространственная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что свод-оболочка выполнен в виде армоцементной ребристой криволинейной плиты.

    6. Структурная пространственная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что свод-оболочка выполнен в виде полимербетонной ребристой криволинейной плиты.

    7. Структурная пространственная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что подкрепляющая структура с перекрестными фермами выполнена цельностальной из труб.

    8. Структурная пространственная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что подкрепляющая структура с перекрестными фермами выполнена деревометаллической, при этом верхние пояса продольных решетчатых ферм выполнены из калиброванного круглого леса, а остальные элементы выполнены из труб.

    9. Структурная пространственная конструкция по п.1, отличающаяся тем, что продольные решетчатые фермы могут быть оперты по концам на дополнительно установленные в торцах несущие арки соответствующего своду-оболочке очертания.

     Стрела подъема оси свода может приниматься в пределах величины перекрываемого пролета. Очертание оси свода рекомендуется брать по дуге окружности или квадратной параболе. Высота сечения волны свода обычно составляет пролета свода. Длина волны свода принимается равной 1,5–4 еевозвышенность.

    Пространственные своды удобно осуществлять в сборном железобетоне, так как стыки промеж сборными элементами работают на сжатие.

    На см. статью 11.87 приведен пример сборного волнистого свода пролетом 30,9 м, каждая вал которого собирается из двух элементов и опирается на балки.

     Сборная конструкция волнистого (бочарного) свода с затяжками пролетом 96 м при длине волны 7,5 м осуществлена в покрытии цеха комбината строительных деталей в Автове и в ряде автобусных гаражей в Ленинграде.

    Другим примером перекрестной конструкции может служить перекрытие над зрительным залом Дворца съездов в Кремле (рис.37) Перекрытие состоит из стальных поперечных балок, с шагом 6,4 м, и двух продольных стальных балок, отстоящих от опор 12,8 м. Поперечные балки сплошные двутавровой формы, продольные – решетчатые; высота балок 3,5 м. Расстояние между осями поперечник диафрагм называемой пролетом оболочки, а между осями бортовых элементов – длиной волны. Цилиндрический свод-оболочка – безраспорная конструкция, работающая на поперечный изгиб как балка пространственной формы, свод – распорная конструкция, работающая преимущественно на осевые усилия.

    Для обеспечения последнего условия кривая свода принимается пологой, в то время как для повышения жесткости свода – оболочки целесообразна большая кривизна формы, наконец, продольная ось длинного цилиндрического свода – оболочки размещается параллельно перекрываемому пролету, а продольная ось свода – перпендикулярно ему. Стабильность формы цилиндрической оболочки обеспечивается торцовыми диафрагмами жесткости. Статическая работа, геометриче- ская форма и размещение в пространстве цилиндрического свода-оболочки существенно отличаются от работы свода.

    Пространственные покрытия и их применение

    Конструктивные решения многоэтажных зданий с техническими эта¬жами  являются наиболее перспективными и экономичными. Во многих случаях такие конструкции выполняют функции не только покрытий, но и стен, создавая единые пространственные формы и композиции. Более рациональны такие пространственные системы, в которых совмещены несущие и ограждающие функции. Пространственные конструкции классифицируют по различным признакам: геометрическим формам, формам перекрываемого плана, конструктивным особенностям, материалу, принципам статической работы и др.

    В зависимости от геометрической формы пространственные конструкции покрытий могут быть: цилиндрическими (оболочки); в виде призматических складок; осесимметричными (оболочки вращения); двоякой кривизны, прямоугольные в плане; составными (пространственные системы из элементов поверхностей положительной, отрицательной и нулевой гауссовой кривизны); в форме волнистых и складчатых сводов; висячими; в виде регулярных стержневых структур и мягкими.
    По характеру работы под нагрузкой пространственные покрытия делят на два вида. К первому виду относят покрытия, напряженно-деформированное состояние и несущая способность которых зависят преимущественно от одного размера в плане. К этому виду относятся цилиндрические оболочки, призматические складки, своды и т.п. Ко второму относятся покрытия, несущая способность и характер работы которых зависят от двух размеров в плане.
    Напряженно-деформированное состояние пространственных покрытий во многом зависит от характера работы контурных конструкций. В качестве контурных конструкций могут быть стены, балки, фермы, арки с затяжкой, контурные брусья, ряды часто поставленных колонн.
    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 индустриальное™ изготовления и монтажа.
    Номенклатура зданий и сооружений, где могут быть применены пространственные конструкции, довольно разнообразна. По объемно-планировочному решению эти здания и сооружения могут быть отдельно стоящие, встроенные и пристроенные, одно- и многосекционные с разнообразной формой в плане (рис. XIII-6).
    Раньше других типов стали применять тонкостенные железобетонные цилиндрические оболочки, которым предшествовали массивные каменные своды и купола. В зависимости от соотношения сторон плана цилиндрические оболочки подразделяют на длинные и короткие (рис. XIII-7 и XIII-8).
    Сборные и сборно-монолитные железобетонные цилиндрические оболочки выполняют из плит толщиной от 30 до 50 мм с ребрами и контурных конструкций. Монолитные железобетонные оболочки обычно выполняют гладкими толщиной от 50 до 80 мм.

    При пролетах 18 м и более оболочки выполняют с предварительным напряжением.
    Податливость незамкнутого контура поперечного сечения цилиндрических оболочек вызывает значительные деформации в направлении волны и появление соответствующих усилий, требующих в отдельных случаях усиления бортовых элементов в горизонтальном направлении.
    Более рациональным решением для прямоугольных планов являются сборные оболочки переноса положительной гауссовой кривизны. Их конструктивные решения позволяют осуществлять покрытия: с укрупненной сеткой колонн 18x18 и 24x24 м из плит размером 3x6 м (рис. XIII-9, а); пролетом до 102 м из плит Зх 2 м с системой промежуточных балок и без них (рис. XIII-9, б, в); пролетом до 42 м из плит 3 х 6 м, монтируемых навесным способом -9, г); пролетом до 60 м из унифицированных плит 3x6 м, в том числе с шагом колонн 18 и 24 м (рис. XIII-9, д).
    3 оболочках первых трех типов (рис. XIII-9, о-в) кривизна цилиндрической поверхности плит соответствует кривизне поверхности оболочки и сопряжение плит в направлении их длинных сторон осуществляется без переломов. В оболочках конструкций, показанных на рис. XIII-9, г, д плиты 3 х 6 м располагаются с переломами, образуя пространственный многогранник с криволинейными гранями.
    Надежную связь сборных плит и контурных конструкций обеспечивают сваркой выпусков арматуры и закладных деталей с последующим замоноличиванием бетоном швов между элементами с образованием шпонок.
    Оболочки отрицательной гауссовой кривизны (гипары) отличаются линейчатостью поверхностей, что значительно упрощает изготовление опалубки и армирование конструкций, а также дает возможность разрезки поверхности на отдельные однотипные сборные элементы. Такие оболочки позволяют создавать разнообразные архитектурные формы покрытий.
    Поверхность гипара может быть образована либо скольжением (переносом) образующей параболы с кривизной одного знака по направляющей параболе с кривизной другого знака(рис. XIII-10, а), либо плоскопараллельным перемещением прямой по двум направляющим, лежащим в параллельных плоскостях (рис. XIII-10, б).
    Оболочками такого типа осуществлены покрытия производственных зданий в Черногорске, Абакане, Красноярске. Оболочки имеют размеры в плане 6x18 м и составлены из четырех панелей размером 3x9 м.
    Висячие покрытия с замкнутым и разомкнутым опорным контуром.
    Металлические перекрёстно-стержневые конструкции
    Своды. Мягкие оболочки. Пневматические оболочки. Тентовые оболочки

    Пространственные деревянные конструкции

    К пространственным деревянным конструкциям или, как их часто принято называть, к покрытиям-оболочкам относят покрытия с изогнутой поверхностью, в которых все составляющие элементы работают совместно как единое целое. Оболочки благодаря такой поверхности менее материалоёмки, чем плоские конструкции и являются совмещённым видом покрытия, т.к. способны выполнять одновременно несущую и ограждающую функции. Они могут иметь многообразные формы различного функционального назначения.

    К основным конструктивным типам пространственных деревянных конструкций относятся:

        распорные своды при прямоугольном плане и опирании на продольные стены;
        складки и своды оболочки, опёртые в основном только на поперечные торцевые стены, а также оболочки двоякой положительной или отрицательной кривизны;
        купола, опёртые по контуру круглого или многоугольного здания

    Указанные типы деревянных конструкций могут быть выполнены в виде:
        тонкостенных оболочек;
        ребристых складок и оболочек, в которых для увеличения жёсткости тонкостенные элементы усиленны рёбрами
        сетчатых систем.

    Применение перечисленных пространственных деревянных конструкций целесообразно в следующих случаях:
    когда необходимо использовать внутренний габарит при малой строительной высоте конструкций (область применения сводов-оболочек и куполов);
    если в продольных стенах необходимы большие проёмы для ворот (например в ангарах) и опирание должно осуществляться на торцевые стены (это область применения сводов-оболочек и складок);
    в покрытиях над круглыми, овальными, квадратными и многоугольными помещениями в плане (область применения куполов).

    Пространственные деревянные конструкции используются для покрытий различных промышленных, общественных и сельскохозяйственных зданий: спортивных залов, зерноскладов, выставочных павильонов, театральных и концертных залов, крытых рынков и т.п.

    Наша страна обладает приоритетом в области пространственных деревянных конструкций, у нас разработаны многие их современные виды.

    Длительная эксплуатация пространственных конструкций как у нас в стране, так и за рубежом свидетельствует о их надёжности и долговечности. Построенные в нашей стране свыше 35 лет назад деревянные своды и купола продолжают эксплуатироваться и находятся в хорошем состоянии. За рубежом пространственные деревянные конструкции всё шире применяют для перекрытия уникальных по размерам пролётов.

    Рассмотрим основные типы пространственных деревянных конструкций, придерживаясь их классификации.

    Похожие товары

    Изображение
    Порядок расчета и виды рентабельности прибыльного бизнеса производства. Понятие, виды и пути повышения рентабельности
    Рентабельность – это показатель, характеризующий уровень доходности предприятия, выраженный в процентах. Рентабельность осуществляется как отношение прибыли к затратам, выражаемая в процентах по формуле 1В экономике различают следующие основные виды рентабельности: Общая рентабельность. Расчетная рентабельность Рентабельность конкретного изделия.
    Виды рентабельности предприятия

    Основные...
    Отзывы :0шт.
    Виды административно процессуальных производств, и его сущность. Административный процесс: сущность и виды
    Процесс - совокупность последовательных действий, совершаемых для достижения определенного результата; порядок осуществления какой-либо деятельности. В таком понимании говорят, например, о законодательном, бюджетном, землеустроительном процессе и т.п.
    Отзывы :0шт.
    Роль одного из вида производства в обществе (товарного). Товарное производство на примере разных производств.
    Производство есть процесс воздействия человека на вещество природы в целях создания материальных благ, необходимых для развития общества.
    Пиломатериалы

    Пиломатериалы представляют собой продукты распила древесины. Для производства пиломатериалов может быть использована древесина различных пород. Самым популярным, демократичным и распространенным сырьем для производства пиломатериалов на...
    Отзывы :0шт.
    Комбинирование производства. Виды комбинирования производства. Что такое концентрация производства
    Комбинированием производства является производство на одном предприятии взаимосвязанных видов продукции одной отрасли (например, пищевой) или двух и более отраслей (например, химической и металлургической).
    Отзывы :0шт.
    Экономическая роль основных видов ресурсов производства. Сущность управления материальными ресурсами
    Ресурсы – это факторы, используемые для производства экономических благ. Ресурсы производства – это все природные, людские и произведенные человеком ресурсы, которые используются для производства товаров и услуг.
    Отзывы :0шт.