Шпаргалка по "Архитектуре"

Пространственные покрытия представляют собой системы, состоящие  из тонкостенных оболочек и контурных  конструкций. Тонкие плиты и элементы конструкции соединены между  собой и работают как единое целое.

Пространственные покрытия промышленных зданий обладают рядом  преимуществ. Их использование снижают  расход материала и массу покрытия, дает возможность перекрывать большие  площади без промежуточных опор и снижает затраты на производство. Хотя при этом пространственные покрытия довольно сложные по конструкции  и трудоемкие в монтаже.

Рассматриваемые покрытия могут  быть выполнены монолитными или  же собираться из отдельных (гладких  или ребристых, криволинейных или  плоских) элементов. Бортовые элементы обычно выполняют в виде ребристых плит (лотков), диафрагмы -- в виде цельных или составных металлических ферм, арок или рам.

Пекинский оперный  театр, 2007

Сетчатая оболочка Британского музея, архитектор Норман Фостер, 2000

Особенности данных типов сооружений

Пространственные  покрытия -- это системы, состоящие из тонкостенных оболочек (тонких плит) и контурных металлических конструкций (бортовых элементов, опорных колец, диафрагм в виде балок, арок и т. п.). Все эти элементы связаны между собой и работают как единое целое. Это снижает расход материала и массу покрытия, делает его более экономичным и позволяет перекрывать большие площади без промежуточных опор. Кроме того, пространственные покрытия отличаются особой архитектурной выразительностью.

Тонкостенные пространственные покрытия применяют в первую очередь  для ангаров, спортивных залов, крытых рынков, выставочных павильонов, вокзалов, зрелищных предприятии, производственных здании и других подобных сооружений, в которых нежелательны или недопустимы  промежуточные колонны.

Оболочкам придают очертания  криволинейных поверхностей или  многогранников. Основными типами пространственных покрытий являются своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки двоякой кривизны, покрытия с составными оболочками и подвесные покрытия.

В строительной практике находят  применение и другие разновидности  тонкостенных пространственных покрытий, выбор типа которых зависит от назначения сооружения, его архитектурной  компоновки, размеров, способов возведения.

Пространственные покрытия состоят из следующих составляющих:

- прямолинейные элементы  четырехстороннего пространственного  опорного контура;

- гибкие нити, ориентированные  параллельно одной из диагоналей  опорного контура и прикрепленные  к нему своими концами с  возможностью натяжения;

- прямоугольные прогоны-распорки, ориентированные в плане параллельно  двум из противолежащих элементов  контура и прикрепленные своими  концами к двум основным элементам;

- тонколистовой и кровельный  настил.

Типы пространственных покрытий: своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки двоякой  кривизны, покрытия с составными оболочками и подвесные покрытия. Выбор типа пространственных покрытий зависит  от назначения здания, его размеров, способов строительства и ряда других факторов.

Достоинства, недостатки и возможные сложности при возведении данных сооружений

В основном применяются тонкостенные пространственные покрытия промышленных зданий с металлическим пространственным каркасом, в которых промежуточные  опоры невозможны или нежелательны. В отличие от плоскостных тонкостенные пространственные покрытия промышленных зданий более экономичные по расходу материала. Так требуется в среднем на 20% меньше металла.

Большое разнообразие пространственных конструкций покрытий, их возможность  и целесообразность применения в  промышленном строительстве являются вопросом, требующим специального рассмотрения.

Недостатками висячих  конструкций следует считать  сложность устройства опорных конструкций  для восприятия распора (особенно при  прямоугольной форме плана), а  также сложность обеспечения  общей пространственной жесткости  системы.

Материал оболочек должен быть воздухе- и влагонепроницаемым, эластичным для возможности модельного крепления и защиты несущих металлических конструкций от воздействия окружающей среды, прочным, легким и долговечным. В большей мере этим требованиям удовлетворяют синтетические пленки (армированные) и технические ткани.

 а - призматические складки; б - оболочки нулевой гауссовой кривизны; в - оболочки положительной гауссовой кривизны; г - то же, отрицательной; д - оболочки с вертикальной осью вращения; е - оболочки с горизонтальной осью вращения; ж - тороидальные оболочки разнозначной гауссовой кривизны; з - многогранники; и - то же, шатрового типа; к - составные оболочки; л - то же, из гиперболических треугольных сводов; м - панели-оболочки размером на пролет покрытия (КЖС) и вспарушенные оболочки размером на ячейку здания; н - неразрезные оболочки; 1 - балочная складка с треугольным поперечным сечением; 2 - то же, с трапециевидным; 3 - то же, со сводчатым (призматические выпуклые складки); 4 - свод-оболочка; 5 - длинные цилиндрические оболочки, 6 - то же, короткие; 7 - коническая оболочка; 8 - купол; 9 - тороидальная оболочка; 10- бочарные своды; 11 - гиперболические оболочки; 12 - покрытие с треугольным планом из оболочек положительной и отрицательной гауссовой кривизны; 13 - то же, с полигональным планом; 14 - покрытие из составных гипаров; 15 - панели-оболочки КЖС; 16 - вспарушенные плиты-оболочки; 17 - многоволновые оболочки;18 - многопролетные оболочки

8. Железобетонные плиты покрытия подразделяют на П-образные, типа 2-Т и крупноразмерные (рис. 5.1). Как правило, применяют плиты шириной 3 м, а шириной 1,5 м используют как доборные в местах повышенных снеговых отложений — у фонарей, в перепадах профиля покрытия — а также как более надежные для покрытий зданий с сильно агрессивной средой.

П — образные плиты длиной 6 и 12 м состоят из двух продольных и нескольких поперечных ребер. В плитах шириной 3 м поперечные ребра располагают через 1 м, а в плитах шириной 1,5 м - через 1,5 м. Ребра помогают тонкой полке работать под нагрузкой. Толщину полки принимают 25 и 30 мм для плит пролетом соответственно 12 и 6 м. 
Продольные ребра армируют предварительно напряженной стержневой или канатной арматурой и сварными каркасами, поперечные ребра — сварными каркасами, полку — сварными сетками из проволоки Bp-I. Плиты изготовляют из бетона классов В25... В40.

Расчетную схему  плиты при расчете ее в продольном направлении принимают в виде однопролетной свободно опертой  балки, загруженной равномерно распределенной постоянной и временной (снеговой) нагрузками. 
Высоту сечения продольных ребер принимают в пределах (1/20...1/30) пролета; рассчитывают их по прочности и трещиностойкости нормальных и наклонных сечений и жесткости как изгибаемые элементы таврового профиля для стадий изготовления, транспортирования и монтажа и стадии эксплуатации. Расчетную схему поперечных ребер допускается принимать в виде свободно опертой балки с пролетом, равным расстоянию между продольными ребрами. Поперечные ребра обычно рассчитывают только по прочности нормальных и наклонных сечений. Усилия в полке в зависимости от расстояния между поперечными ребрами определяют как в неразрезной однорядной балочной или защемленной по контуру плите.

Конструктивный  расчет полки обычно сводится к расчету  прочности нормальных сечений, а  также к проверке на продавливание  от действия сосредоточенного груза  Р = 1 кН.

В углах плит возникает  сложное напряженное состояние  вследствие систематического воздействия  горизонтальных усилий от торможения мостовых кранов (работа плиты в  составе жесткого диска покрытия) и крутящих моментов от прогибов поперечных ребер. Поэтому углы усиливают пространственными  вутами и армируют дополнительными сетками.

Двухконсольные панели типа 2Т размерами 3x12, 3x18 м и 3x24 м имеют продольные ребра, расположенные па расстоянии 1,5 м, и консольные свесы полок (рис. 5.1, б). Плиты пролетом 18 и 24 м выполняют с ребрами трапециевидного профиля с уклоном верхнего пояса 1:12 и полкой переменной толщины (25... 60 мм).

Рис 5.1 Типы плит покрытий

Вследствие наличия  консолей изгибающие моменты в полке  значительно снижаются, поэтому  поперечные ребра в таких плитах не делают. 
Благодаря этому упрощается опалубка и изготовление плит, обеспечивается более равномерное обжатие продольных ребер по длине плиты. К недостаткам этих конструкций относится сложность устройства продольных швов между плитами из-за разных выгибов смежных плит.

Продольные предварительно напряженные ребра целесообразно  готовить заранее на бетона классов В25... В40, а затем бетонировать полку из бетона классов В12,5-В15. Связь ребер с полкой обеспечивается устройством выпусков поперечной арматуры и сцеплением бетона. В приопорных верхних зонах ребер целесообразно создавать пазы для: образования шпонок после бетонирования полки.

Продольная арматура ребер — из высокопрочной стали, полка армируется сетками из проволоки  Вр-1. В продольном направлении плиты  рассчитывают как свободно опертые  однопролетные балки таврового  сечения, в поперечном — как двухконсольную однопролетную плиту прямоугольного сеченая.

Крупноразмерные панели типа П размерами Зх18м и Зх24м под малоуклонную кровлю укладывают по продольным балкам длиной 6 и 12 м. 
Они состоят из трапециевидных продольных ребер с уклоном верхнего пояса 1:30 и 1:20 при пролете соответственно 24 и 18 м, поперечных ребер с шагом 1000 мм и полки толщиной 25 мм.

Принятые уклоны позволяют получить минимальные  затраты на устройство рулонной кровли. Боковые поверхности продольных ребер имеют кессонообразные углубления, уменьшающие

толщину ребер до 50 мм. Панели изготовляют из бетона классов В30... В50. В качестве продольной напрягаемой арматуры применяют  стержни классов A-1V, A-V и А-Шв, а также арматурные канаты класса К-7.

К крупноразмерным  плитам покрытия относятся также  панели-оболочки типа КЖС.

 

Панели-оболочки КЖС (крупноразмерные, железобетонные, сводчатые) согласно руководству  предназначаются для покрытий одно- и многоэтажных зданий различного назначения с пролетами 12, 18 и 24 м, с фонарями и без них, бескрановых, а также оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью до 30 г. или подвесным транспортом грузоподъемностью до 5 т. В составе покрытия панели КЖС опираются на продольные балки пролетами 6... 12 м, уложенные по колоннам (см. рис. 1.5, г). Номинальные размеры основных панелей в плане 3x12, 3x18 и 3x24 м. При изготовлении панелей КЖС на строительной площадке размеры панелей могут быть больше, например 3x30 или 3x36 м. Доборные панели и панели для повышенных нагрузок (от снеговых отложений, в зонах перепадов высот покрытия, крановых и т.п.) допускается проектировать шириной 1.5 и 2 м. По панелям устраивают теплое или холодное покрытие; рекомендуется проектировать комплексные панели КЖС повышенной заводской готовности с эффективным плитным утеплителем (без стяжки) и кровлей, приклеенными на заводе. Отвод воды с кровли осуществляется через внутренние водостоки. В местах ендов и расположения воронок предусматривают укладку дополнительного слоя бетона класса В7,5... В10 и водоизоляционного ковра.

Рис. 5.16. Плита КЖС пролетам 24 м

Фонари верхнего света  в покрытиях из панелей КЖС  могут быть запроектированы в  виде продольного светоаэрационного  фонаря с вертикальным остеклением  или в виде зенитного фонаря из пакетного стекла.

Панель-оболочка КЖС (в дальнейшем панель) представляет собой короткий цилиндрический пологий предварительно напряженный сводоболочку с двумя ребрами-диафрагмами сегментного очертания (рис. 5.16):

Высоту поперечного сечения  панели в средине пролета принимают  равной 1/20... 1/15l₀ в зависимости от величины нагрузки и пролета. Очертание верхней поверхности оболочки рекомендуется принимать по квадратной параболе

Минимальная толщина оболочки 30 ближе к опорам толщина плавно увеличивается; диафрагмы проектируют  облегченными (кессонированными) с вертикальными ребрами жесткости и минимальной толщиной стенки 40 мм, а в первом от опоры кессоне — 50 мм. Сопряжение оболочки с диафрагмами выполняется с устройством пологих вутов.

Основная рабочая напрягаемая  арматура панели располагается в  нижней утолщенной зоне диафрагм. Обычно эта арматура принимается из стержневой свариваемой стали (по одному — два  стержня в каждом ребре), но возможно применение в качестве рабочей арматуры высокопрочной проволоки или  арматурных канатов. В опорных узлах  панели предусматриваются стальные анкерные детали, которые должны обеспечивать надежное заанкеривание рабочей арматуры в бетоне опорного узла, поскольку эта арматура выполняет роль затяжки рассматриваемой сводчатой конструкции.

Собственно оболочка армируется по расчету сварными рулонными сетками  из арматурной проволоки Bp-I. Площадь сечения арматуры оболочки в средней части пролета должна составлять не менее: поперечной - 0,3%, продольной — 0,2% от полной площади сечения бетона оболочки.

Диафрагмы армируют сварными каркасами только в приопорных зонах (на участках длиной 0,1l₀ или немного больше), а на остальной части пролета устанавливают только стержни — подвески, располагаемые в вертикальных ребрах диафрагм.

Панели КЖС рекомендуется  проектировать из бетонов классов  В25.... В50 (тяжелых или на пористых заполнителях).

В беспрогонных покрытиях промышленных зданий применяют крупные ребристые плиты номинальным размером 3X12 и 3X6 м. Плиты 1,5X12 и 1,5хбм используют как доборные элементы в перепадах профиля покрытия, в местах повышенных снеговых отложений у фонарей.

Плиты прогонных покрытий меньших размеров (3Х 0,5 и 1,5X0,5 м) опираются  на железобетонные прогоны, которые, в свою очередь, опираются на ригели поперечных рам. Беспрогонная система покрытий в наибольшей степени отвечает требованиям укрупнения элементов, уменьшения числа монтажных единиц и является основной в строительстве одноэтажных промышленных зданий.