Конструктивные особенности

Лекция №6(22)

ТОНКОСТЕННЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ

Общие сведения

Пространственные покрытия представляют системы, образуемые из тонкостенных оболочек (тонких плит) и контурных конструкций (бортовых элементов, опорных колец, диафрагм в виде балок, ферм, арок, брусьев и т. п.). Оболочкам придают очертания криволинейных поверхностей или многогранников.

Тонкостенные пространственные покрытия применяют с использованием в них (рис.1, а-ж):

- цилиндрических оболочек и призматических складок;

- оболочек вращения с вертикальной осью (купола);

- оболочек двоякой положительной и отрицательной гауссовой кривизны, преимущественно прямоугольных в плане;

- составных оболочек, образованных из нескольких элементов, по форме пересекающихся криволинейных поверхностей.

Особое место занимают волнистые своды, т. е. мно­говолновые или многоскладчатые покрытия в виде сводов (складок) с малыми размерами волны по сравнению с длиной пролета (рис.1, з), а также висячие покрытия (на вантах), весьма разнообразные по форме в пространстве и в плане (две схемы представлены на рис.1, и, к).

В практике находят применение многие другие раз­новидности тонкостенных пространственных покрытий.

Тонкостенные пространственные покрытия особенно целесообразны при строительстве производственных и гражданских зданий в условиях, когда требуется пере­крывать помещения больших размеров (порядка 30×30 м и более) без промежуточных опор. Впрочем, их успешно применяют и при меньших пролетах.

В пространственных покрытиях благодаря работе конструкции в обоих направлениях в плане достигаются лучшее использование материалов, его существенная экономия, значительное уменьшение собственного веса в сравнении с покрытиями из плоских элементов (кровельных панелей, ферм, балок, арок, подстропильных конструкций). Пространственные покрытия обладают особой архитектурной выразительностью.

За рубежом тонкостенные пространственные покры­тия возводят главным образом в виде монолитных кон­струкций с применением на строительной площадке ле­сов и опалубки. На территории России пространственные покрытия осу­ществляются преимущественно сборными, что отвечает принципу индустриализации строительства.

Рис.1. Характерные схемы наиболее часто применяемых тонкостенных пространственных покрытий

Тонкостенные пространственные железобетонные обо­лочки появились в 20-х годах текущего столетия. В России (СССР) первые цилиндрические железобетонные оболочки пост­роены над резервуаром для воды в Баку (1925 г.), за­тем в зданиях Харьковского почтамта (1928 г.), Москов­ской автобазы (1929 г.), Ростовского завода сельскохо­зяйственных машин (1931 г.) и впоследствии на многих других объектах. Первый железобетонный купол был сооружен над Московским планетарием (1929 г.), позже купола сооружались над Новосибирским городским театром (1934 г.), Московским театром сатиры (1939 г.) и т. д.

По мере развития строительной индустрии тонкостенные пространственные конструкции непрерывно совершенствовались. В последнее время построено много оригинальных сборных пространственных покрытий различных форм в Ленинграде, Красноярске, Киеве, Москве и других городах.

При этом все шире практикуется предварительное напряжение контурных конструкций и угловых зон оболочек, используются легкие бетоны, изготовляются сборные пространственные панели-оболочки на пролет (цилиндрической формы-КЖС, гиперболической и др.), применяются армоцементные пространственные конструкции, а также железобетонные оболочки в сочетании со стальными диафрагмами и др.

Поверхности двоякой кривизны могут быть образованы способом вращения некоторой плоской кривой (образующей) вокруг оси, находящейся вместе с ней в одной плоскости (рис.1, в), или способом переноса, т. е. поступательным перемещением плоской образующей по параллельным направляющим (рис.1, г). Поверхность двоякой кривизны может быть получена также пе­ремещением плоской кривой (в частном случае - прямой) по двум непараллельным непересекающимся направляющим (рис.1, д).

Для покрытий чаще всего применяют пологие оболочки с подъемом поверхности не более 1/5…1/6 доли любого размера основания.

Криволинейная поверхность положительной гауссовой кривизны характеризуется тем, что центры кривизн дуг всех нормальных сечений, проведенных через каждую точку, лежат по одну сторону поверхности. Если эти центры расположены с обеих сторон, то такая повер­ность называется поверхностью отрицательной гауссовой кривизны.

Исследованиями установлено, что пространственные покрытия с применением оболочек, подобно другим железобетонным конструкциям в начальной стадии загружения (до образования трещин в бетоне растянутых зон), деформируются упруго. После образования трещин по мере роста нагрузок и напряжений в бетоне и арматуре в них нарастают неупругие деформации вплоть до стадии предельного равновесия. Хорошо изучены оболочки в упругом состоянии. Исследования в неупругом состоянии и в стадии предельного равновесия еще не завершены; они перспективны тем, что позволяют повысить надежность и экономичность конструкций.

Тонкостенные оболочки имеет малую жесткость на изгиб в сравнении с жесткостью против действия сил, развивающихся в серединной поверхности. Поэтому внешним нагрузкам, действующим перпендикулярно срединной поверхности оболочки, препятствуют преимущественно силы N (продольные, на 92…98%). Дополнительную часть нагрузки (2…8%) воспринимают компоненты изгибного состояния M, Q.

Конструктивные особенности