Пространственные конструкции покрытий

Плоские структуры представляют собой конструкции, образованные из различных систем перекрёстных ферм. В каждой структуре можно выделить многократно повторяющийся объёмный элемент – кристалл. Структуры, образованные из перекрёстных ферм, идущих в трёх направлениях, имеют статически неизменяемые кристаллы, могут работать на кручение и поэтому являются наиболее жёсткими. Применение труб более экономично по сравнению с уголками. Оптимальный угол наклона раскосов 45. При проектировании наиболее сложный узел – узел сопряжения стержней. Структурная конструкция представляет собой многократно статически неопределимую систему. При упрощённом расчёте конструкция рассматривается как ортотропная пластинка с упругими характеристиками и граничными условиями, соответстующими стержневой конструкции.

Односетчатые оболочки, перекрывающие прямоугольное в плане помещение, проектируют в виде цилиндрической поверхности, по которой расположены стержни, образующие сетки различной системы. Наиболее проста сетка ромбического рисунка, однако она не обеспечивает необходимой жёсткости в продольном направлении и работает как свод в поперечном. При расчёте свода вырезают полосу шириной в одну ячейку, для которой определяют значения ихгибающих моментов и нормальных сил. Сечение подбирают по величинам M=M₀/2Sinα N=N₀/2Sinα (угол между стержнем и образующей свода). Чтобы увеличить жёсткость оболочки, целесообразно крайние свободные грани усилить вертикальными и горизонтальными бортовыми элементами. Конструктивные схемы двухсетчатых оболочек аналогичны схемам двухсетчатых плоских плит. Для расчёта оболочку приводят к сплошной и используют приведённые характеристики.

Купола бывают ребристые, ребристо-кольцевые, сетчатые. Конструкции ребристых куполов состоят из отдельных плоских или пространственных ребер, расположенных в радиальном направлении и связанных между собой прогонами. Рёбра купола могут быть сплошного сечения или сквозными. В вершине купола располагается кольцо. Распор воспринимается стенами или опорным кольцом. Ребристый купол при расчёте на вертикальную симметричную нагрузку может быть расчленён на отдельные арки. При расчёте на горизонтальную ветровую нагрузку конструкцию расчленяют на диаметрально расположенные арки. В ребристо-кольцевых куполах кольцевые прогоны с ребрами составляют одну жёсткую пространственную систему. В этом случае кольцевые прогоны не только работают на изгиб от реакций промежуточных рёбер, но и воспринимают растягивающие или сжимающие кольцевые усилия. Если в ребристом куполе увеличить связность системы, то можно получить сетчатые купола с шарнирным соединением стержней в узлах. В сетчатых куполах между ребрами и кольцами располагаются раскосы, благодаря которым усилия распределяются по поверхности купола и стержни работают только на осевые силы, что уменьшает вес ребер и колец.

9 Висячими называют покрытия, в которых основные элементы пролётной несущей конструкции работают на растяжение. Работа на растяжение, позволяющая полностью использовать площадь сечения ванта, и высокая прочность материала приводят к тому, что масса несущей конструкции относительно мала, а следовательно эффективность их увеличивается с пролетом. Для восприятия распора необходима опорная конструкция. К специфическим особенностям относится их повышенная деформативность, связанная с низким модулем упругости тросов по сравнению с прокатом. Кроме того, висячие покрытия являются системами мгновенно-жёсткими, т.е системами, которые работают упруго лишь на равновесные нагрузки, а при действии неравновесных нагрузок в них помимо упругих деформаций появляются еще и кинематические перемещения. Чтобы их уменьшить покрытия часто проектируют со специальными стабилизирующими устройствами и предварительно напрягают. Виды: однопоясные системы с гибкими вантами, однопоясные системы с жесткими вантами, двухпоясные системы (с несущими и стабилизирующими системами), седловые напряженные сетки, оболочки-мембраны.

10 Листовые конструкции. Основная особенность листовых конструкций – характерно двухосное напряженное состояние, а в местах сопряжения различных оболочек, на участках защемления их у колец жесткости, крыш и днищ возникают местные напряжения, быстро затухающие по мере удаления от этих участков. Листовые конструкции почти всегда совмещают несущие и ограждающие функции. Большинство листовых конструкций является тонкостенными оболочками вращения. Особенностью оболочек по сравнению с пластинами является то, что внешняя нагрузка уравновешивается в них в основном нормальными и сдвигающими усилиями, поэтому оболочки работают главным образом на растяжение и сжатие, в связи с чем материал в них используется более выгодно.

Резервуар – сосуд для хранения нефтепродуктов, воды и др. жидкостей. Широкое распространение имеют вертикальные и горизонтальные цилиндрические резервуары. Основные элементы: стенка, днище, крыша. Стенка корпуса является несущим элементом и рассчитывается на прочность как цилиндрическая оболочка, работающая на растяжение от действия гидростатического давления. Кроме того необходим расчет на устойчивость.

Газгольдер – сосуд для хранения и смешивания газов. Газгольдеры делятся на две группы: постоянного объёма, переменного объёма (мокрые и сухие). Расчёт аналогичен резервуарам.

Бункера и силосы – емкости для хранения сыпучих материалов. Расчет производится раздельно для коробки и воронки бункера. Плоские стенки рассчитывают как пластинки, которые под воздействием равномерно распределенного давления сыпучего материала находятся в состоянии цилиндрического изгиба.