841

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А. Веселова

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ

Учебно-методическое пособие по подготовке к практическим занятиям (включая рекомендации по организации самостоятельной работы) для студентов направления подготовки 08.04.01. Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений

Нижний Новгород

2016

1

УДК 725

Веселова Е.А. Особенности проектирования большепролетных зданий [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / Е.А. Веселова; Нижегор. гос. архитектур.- строит. ун-т.- Н.Новгород: ННГАСУ, 2016. – 14 с; 1 электрон. опт.

диск (CD-RW)

Содержит методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям по основным разделам дисциплины «Особенности проектирования большепролетных зданий».

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по направлению подготовки 08.04.01. Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений заочной формы обучения.

2

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ……………………………………………………… 4

1.1.ЦЕЛИ ДИСЦИПЛИНЫ ………………………………………………….. 4

1.2.ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЗАНЯТИЙ ………………………………...…4

1.3.САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА ………………………….. 4 2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСА ………………………………...……. 5

2.1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О БОЛЬШЕПРОЛЁТНЫХ ЗДАНИЯХ …. 5

КОНСТРУКЦИЙ ………………………………………………………..………. 7 2.2.1. Плоскостные большепролетные конструкции покрытий …………7

2.2.2. Пространственные большепролетные конструкции покрытий ..… 8 2.2.3. Конструктивные решения большепролетных зданий …………….. 8 2.3. СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ

ЗДАНИЙ ……………………………………………………………….……….. 13

2.3.1.Большепролетные конструкции промышленных зданий …..…… 13

2.3.2.Большепролетные конструкции гражданских зданий ……...…… 13 3. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА …………………………...……. 14

3

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.ЦЕЛИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целями освоения учебной дисциплины «Особенности проектирования большепролетных зданий» являются: формирование предметноспециализированных компетенций, способствующих профессиональной мобильности и успешности деятельности выпускника на рынке труда.

1.2.ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЗАНЯТИЙ

Раздел 1. Основные понятия о большепролётных зданиях. Тема 1. Общие сведения о большепролетных зданиях.

Тема 2. Функциональная типология большепролетных зданий.

Раздел 2. Формы и материалы большепролетных конструкций. Тема 3. Плоскостные большепролетные конструкции покрытий. Тема 4. Пространственные большепролетные конструкции покрытий. Тема 5. Конструктивные решения большепролетных зданий.

Раздел 3. Современные конструкции большепролетных зданий. Тема 6. Большепролетные конструкции промышленных зданий. Тема 7. Большепролетные конструкции гражданских зданий.

1.3.САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТА

Врамках изучения дисциплины реализуются следующие виды самостоятельной работы – аудиторная и внеаудиторная.

Основным видом внеаудиторной самостоятельной работы студентов (СРС) является формирование и усвоение содержания конспект лекций на базе рекомендованной преподавателем учебной литературы, включая информационные образовательные ресурсы (электронные учебники, электронные библиотеки и др.) выполнение расчетно-графической работы.

Основными видами аудиторной самостоятельной работы студентов являются: текущие консультации и выполнение контрольных работ.

4

Тематический план самостоятельной работы

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

2.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О БОЛЬШЕПРОЛЁТНЫХ ЗДАНИЯХ

2.1.1. Общие сведения о большепролетных зданиях

К большепролетным сооружениям относят такие, которые имеют пролеты более 40-80 м. Сравнительно недавно такие сооружения считались уникальными и строились крайне редко, в настоящее время быстрое развитие науки и техники, а также большая потребность в таких сооружениях в промышленности и сфере досуга и развлечения предопределили интенсивное строительство таких сооружений во многих странах.

Особый интерес представляют пространственные конструкции, которые состоят не из отдельных, независимых несущих элементов, передающих нагрузку друг друга, а представляют единую комплексную систему работающих частей конструкции.

Такой пространственный характер конструкций, широко внедряемый в строительство во всем мире – символ строительной техники 20в. И хотя некоторые виды пространственных конструкций – купола, крестовые своды – были известны с древности, однако ни по применяемости материалов, ни по конструктивным решениям они не отвечают современным требованиям строительства, так как хотя и перекрывали значительные пролеты, но при этом были чрезвычайно тяжелы и массивны.

5

В пространственных конструкциях привлекает, и их способность оптимально удовлетворять функциональным и эстетическим требованиям архитектуры. Масштабы перекрываемых пролетов, возможность осуществлять гибкую планировку, разнообразие геометрических форм, материалов, архитектурная выразительность – вот далеко не полный перечень особенностей этих конструкций.

Сочетание функционального, технического и художественноэстетического обеспечивает пространственным конструкциям широкую перспективу, не говоря уже о том, что их применение позволяет получить огромную экономию строительных материалов – на 20-30% снизить материалоемкость зданий и сооружений.

К плоскостным большепролетным сооружениям относятся балки, рамы, фермы, арки. Плоскостные конструкции работают под нагрузкой автономно, каждая в своей плоскости. Несущий элемент плоскостных конструкций, перекрывающих какую-то площадь здания (плита, балка, ферма) работает самостоятельно не участвуют в работе элементов, к которым он примыкает. Это обуславливает меньшую пространственную жесткость и несущую способность плоскостных элементов по сравнению с пространственными, а также их более высокую ресурсоемкость в первую очередь повышенный расход материалов.

2.1.2. Функциональная типология большепролетных зданий

Гражданские большепролётные здания и сооружения по функциональному назначению и эксплуатационным условиям подразделяют на:

-административные здания;

-общественные здания;

-общественные здания, в функции которых включены производственные процессы с использованием технологического оборудования;

-многофункциональные торговые комплексы;

-зрелищные здания;

-спортивные здания и сооружения;

-рынки;

-здания со специальными требованиями к температурно-влажностному режиму помещений.

6

Большепролётные здания и сооружения промышленных предприятий по функциональному назначению и эксплуатационным условиям подразделяют на:

-одноэтажные здания и сооружения производственного назначения;

-здания и сооружения складского назначения;

-здания и сооружения с присутствием агрессивных сред.

2.2. ФОРМЫ И МАТЕРИАЛЫ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

По конструктивным особенностям большепролётные здания и сооружения классифицируют по типам составляющих их большепролётных конструкций, в основном, покрытий.

Большепролетные конструкции можно разделить на две основные группы:

-плоскостные (балки, фермы, рамы, арки);

-пространственные (оболочки, складки, висячие системы, перекрестностержневые системы и др.).

По применяемому при изготовлении большепролётных конструкций материалу их можно разделить на:

-железобетонные;

-металлические;

-деревянные;

-комбинированные.

2.2.1. Плоскостные большепролетные конструкции покрытий

Балки.

Балки изготавливают из стальных профилей, железобетона (сборными и монолитными), деревянными (на клею или на гвоздях).

Железобетонные балки могут выполняться монолитными, сборномонолитными и сборными.

Деревянные балки подразделяются на гвоздевые и клееные.

Фермы.

По применённому при изготовлении материалу фермы могут быть стальными, железобетонными, деревянными, комбинированными.

Железобетонные фермы изготавливаются: цельными – как правило, длиной до 30 м; составными - с предварительным напряжением арматуры, при длине более 30 м.

Рамы.

Рамы могут быть бесшарнирными, двухшарнирными и трёхшарнирными.

7

Металлические рамы могут быть сплошного или решетчатого сечения. Для большепролётных металлических рам, как правило, применяется решетчатое сечение. Для уменьшения высоты сечения ригеля могут применяться разгружающие консоли, оттяжки.

Железобетонные рамы бывают, как правило, бесшарнирными или двухшарнирными реже трехшарнирными. Рамы могут быть однопролетными и многопролетными, монолитными и сборными.

Деревянные рамы выполняют, как правило, трёхшарнирными, с применением гвоздевого или клееного соединении составляющих элементов.

Арки.

Металлические арки могут быть сплошного и решетчатого сечения. Железобетонные арки могут иметь сплошное и решетчатое сечение

ригеля. Арки больших пролетов могут быть составными, из двух полуарок. Деревянные арки выполняются из гвоздевых и клееных элементов.

2.2.2. Пространственные большепролетные конструкции покрытий

Пространственные большепролетные конструкции покрытия это - плоские складчатые покрытия, своды, оболочки, купола, перекрестноребристые покрытия, стержневые, вантовые конструкции, пневматические и тентовые конструкции.

Плоские складчатые покрытия, оболочки, перекрестно-ребристые покрытия и стержневые конструкции выполняются из жестких материалов: железобетон, металлические профили, дерево.

Вантовые, пневматические и тентовые покрытия выполняются из нежестких материалов: стальные тросы, металлические мембраны, мембраны из синтетических пленок и тканей и др.

2.2.3. Конструктивные решения большепролетных зданий

Большепролетные покрытия современных промышленных зданий, а также таких крупных общественных зданий, как спортивные залы, дворцы спорта, здания современных супер- и гипермаркетов, могут проектироваться как большепролетные плоскостные или пространственные конструкции. Они различаются по характеру своей статической работы. В плоскостных конструкциях все элементы работают под нагрузкой автономно, как правило, в одном направлении и не участвуют в работе соединенных с ними конструкций. В пространственных конструкциях все или большинство элементов работают совместно в двух направлениях. Благодаря такой совместной работе повышаются жесткость и несущая способность конструкции, снижается расход материалов на ее возведение.

Большепролетными плоскостными конструкциями являются балки и фермы покрытия. Балки могут быть прямоугольного и двускатного очертания. Нижний пояс балки работает на растяжение, а верхний – на сжатие. Поэтому в нижнем поясе должна размещаться основная рабочая

8

арматура, а сечение верхнего пояса должно иметь большую площадь бетона, хорошо работающего на сжатие. На опорах балки должны быть утолщены для восприятия максимальной поперечной силы от опорных реакций. Пролеты балок не превышают 18 м.

Пролеты 15, 18, 24 м и более перекрываются стержневыми плоскостными конструкциями – стропильными фермами. Фермы могут быть железобетонными, стальными и деревянными.

Наряду с древнейшими стержневыми стоечно-балочными системами каркасных зданий с середины XX в. Внедрены пространственные перекрестные стержневые системы.

Перекрестные стержневые системы образуются из линейных взаимно пересекающихся под углом 90 или 60° элементов (ферм или балок), которые образуют прямоугольную, треугольную или диагональную сетку. Совместная пространственная работа пересекающихся линейных элементов существенно повышает жесткость конструкции. По сравнению с обычными покрытиями из отдельных плоскостных элементов конструктивную высоту покрытия можно уменьшить более чем в два раза. Применение перекрестных стержневых систем наиболее целесообразно для перекрытия квадратных, круглых и многоугольных в плане помещений с пропорциями от 1 : 1 до 1 : 1,25. Для разгрузки основных пролетов целесообразно устройство консольных свесов перекрестного покрытия в 0,20–0,25 величины основного пролета.

Различают перекрестно-ребристые и перекрестно-стержневые системы. Перекрестно-ребристые выполняют из металлических или из железобетонных бачок или из досчатых элементов. Перекрестностержневые конструкции выполняют главным образом из металла в виде систем из двух или четырех плоских решетчатых дисков, раскрепленных в двух направлениях наклонными стержнями, которые образуют ряд одинаковых пирамид с вершинами внизу, раскрепленными стержнями нижнего решетчатого диска.

Далее рассмотрим криволинейные конструкции.

Арка представляет собой плоско-пространственную конструкцию в виде балки криволинейного (циркульного, параболического и др.) очертания. Это как бы промежуточный тип конструкции между плоскостными и пространственными. В арках возникают в основном сжимающие и только при определенных условиях изгибающие усилия. Поэтому арками можно перекрывать значительно боBльшие пролеты, чем балками.Однако в отличие от балок арки передают на опоры не только вертикальные, но и горизонтальные силы – растр. Поэтому опоры должны быть мощными, укреплены контрфорсами. Распор можно погасить также затяжками, стягивающими пяты арки и работающими на растяжение.

Цилиндрический свод – пространственная конструкция, составленная из множества арок, имеющая кривизну в одном направлении. Образующей в цилиндрическом своде является прямая, которая образует криволинейную поверхность по направляющей (по дуге арки). Такая поверхность удобна в

9