Тема 2.12 Пространственные покрытия

Представляют собой системы, образованные из тонкостенных оболочек (тонких плит) и контурных конструкций (бортовых элементов. опорных колец, диафрагм в виде балок, ферм, арок, брусьев). Оболочкам придают очертания криволинейных поверхностей или многогранников.

Тонкостенные покрытия применяют с использованием в них:

• Цилиндрических оболочек и призматических складок

• Оболочек двоякой положительной и отрицательной кривизны. Чаще прямоугольные в плане.

• Составных оболочек, образованных из нескольких элементов. по форме пересекающихся криволинейные поверхности.

• Волнистые своды, т.е. многоволновые или многоскладчатые покрытия.

• Висячие покрытия на вантах, разнообразные по форме

• Оболочки вращения с вертикальной осью

Используются покрытия при строительстве производственных зданий, общественных, при необходимости перекрытия больших пролетов без дополнительных опор.

В конструкциях, благодаря ее работе в обоих направлениях, в плане достигается лучшее использование материала, уменьшение веса, особая архитектурная выразительность.

Покрытия появились в 20 г. 20 века и сейчас широко используются.

Схему покрытия выбирают в зависимости от назначения сооружения, архитектурной компоновки, размеров, способа возведения (сборные или монолитные).

Конструкцию стыка выбирают в зависимости от усилий, действующих в них. Во всех случаях из заполняют бетоном, толщина стыка не менее 30 мм., если толщина элемента не более 100 мм.и не менее 50, если толщина элемента более 100 мм.

Стыки могут выполняться соединением сваркой выпусков элементов, сваркой закладных деталей.

Если усилия в стыки большие, то очертания граней принимает формы, образующие бетонные шпонки.

Используется преднапряженное армирование. Примыкание плиты к бортовым элементам и диафрагмам следует делать плавным и армировать двойными сетками из стержней диаметром 6-10 мм. с шагом не более 20 см.

Покрытия с применением цилиндрических оболочек и призматических складок

Образуется из тонких плит, изогнутых по цилиндрической поверхности, бортовых элементов и торцовых диафрагм.

Основные параметры: L₁-пролет (расстояние между диафрагмами)

L₂ –длина волны, f-стрела подьема

Поперечное сечение может быть круговым, эллиптическим, параболическим.

Оболочки бывают одно- много-пролетными (в зависимости от кол-ва диафрагм); гладкими и усиленные ребрами; по отношению L₁ / L₂ >1-длинные, L₁ / L₂ <1-короткие.

Полная высота покрытия, включая высоту бортового элемента обычно не менее (1/15-1/10) L₁;

В преднапряженных плитах может быть меньше. Толщину плиты (1/200-1/300) L_2, но не менее 5 см., толщина сборных ребристых оболочек не менее 3 см.

Призматические складки

Образуются из плоских плит-граней (монолитно связанных по ребрам), бортовых элементов и диафрагм. Складки различаются одно и много пролетные, одно и много волновые.

Покрытия с оболочками положительной кривизны. прямоугольные в плане.

Экономичнее цилиндрические на 25-30 %. Допускается редкое размещение опор. Конструкция состоит из тонкостенной плиты, изогнутых в двух направлениях и диафрагм. Расположенных по контуру, связанных с ними монолитно. В целом покрытие опирается по углам на колонны, возможно опирание по контуру.

Из всего многообразия поверхностей чаще используют форму шара, эллиптического параболоида, вращения. Оболочки двоякой кривизны выполняют чаще пологими, т.е. отношение высоты подъема к любому размеру в плане не более 1:5

В отечественной практике оболочки выполняют по 3 схемам:

1. Оболочку переноса членим на панели с одинаковыми номинальными размерами в плане 3*3. Панели плоские, усиленные по контуру ребрами, в средней части- ромбовидные. Недостаток- мелкие размеры элементов, дорогой монтаж на кондукторах. Большое число швов и сварных соединений.

2. оболочку членят на цилиндрические панели с размерами 3*12 м.

недостаток-сложность в изготовление, транспортировке, наклонные конструкции ограничивают

возможности архитектурного решения

3. Для сеток колонн 18*24, 18*30 м. оболочка разделена на 3 пояса: средний, состоящий из однотипных панелей в плане 3*6 м. и 2 крайних пояса- однотипных и трапециевидных.

В схеме предусмотрены доборные приконтурные элементы.

В качестве контурных конструкций можно использовать сегментные, треугольные фермы и др.

Покрытия с оболочками отрицательной кривизны, прямоугольные в плане.

Используются двух разновидностей: -стороны контура основания параллельны линии главных кривизн поверхностей.

-линии главных кривизн направлены вдоль диагоналей основания.

Купола отличаются хорошей пространственной работой, по расходу материала экономичны. Состоят из оболочки и опорного кольца.

Конструктивные схемы куполов с разрезкой на элементы с минимальной толщиной 3-4 см., усиленные ребрами. Соединяются элементы сваркой.

Волнистые своды. К ним относят многоволновые и многоскладчатые покрытия в виде сводов с малыми размерами волн по сравнению с длиной, опирающие на стены или колонны. Отдельная волна в поперечном сечении может иметь очертания синусоиды. Криволинейного лотка, треугольной или Y-образной складки. Сборные элементы могут иметь прямолинейную или криволинейную ось. Используются для покрытия от 12-100 м., стрела подъема ½-1/10 пролета. Очертания придают наиболее близкой к кривой давления.

При больших пролетах своды конструируют из ряда однотипных элементов, при длине до 24 м.- из двух половинок. По торцам элементы усиливают ребрами. Для жесткости предусмотрены поперечные диафраммы, затяжки, распорки.

Для погашения распора сводов в покрытиях с опорами на большой высоте устанавливают затяжки, при низком расположении опор- применяют контрфорсы или боковые пристройки.

В опорном узле волны свода замыкаются на опорной балке; если шаг опор совпадают с длиной волны, вместо балки лучше усилить торцовое ребро крайнего сборного элемента свода.

Соединение элементов сварка выпусков арматуры и бетонирование. Продольные края элементов принимают в 1.5-2 раза больше основной толщины стенки.

Висячие покрытия перекрывают стадионы, спортзалы, рынки и т.д. образованные из системы вант (гибких тросов), удерживаемых на жестких опорных конструкциях (кольцах, рамах, арках) и кровельного покрытия из сборных плит (легкобетонных, армоцементных, многослойных и т.д.)

Различают покрытия:

-с одиночной системой вант, имеющие поверхности однозначной или разнозначной кривизны.

-с двойной системой вант.

Ими можно перекрыть помещения любых очертаний.

Висячие покрытия устраивают достаточно пологими, стрела провисания в центре 1/10-1/25 от основного размера.

Ванты применяют с радиальным расположением в плане, с ортогональным расположением, с полигональным.

Используются покрытия с поверхностью одинарной кривизны. с вантами одного направления в плане, закрепляемые на контурных прямолинейных жестких брусьях. Реакции вант воспринимаются наружными оттяжками или внутренними упорами. Их делают и бесраспорными, если применить 2-х поясную систему вант по схеме.

Свободно подвешенная мембрана деформативна в поперечном направление, поэтому необходимо ж/б висячие покрытия предварительно напрягать.

Покрытия могут подвергаться предварительному напряжению двумя способами:

1. Ванты натягивают домкратами после замоноличивания швов плит кровельного ограждения. Ванты размещают в канале, полости которого потом бетонируют.

2. Ванты натягивают до бетонирования швов плит с помощью монтажного пригруза, размещая на плитах или на подвесках к вантам. После бетонирования швов пригрузы снимают

В висячих покрытиях с двойной системой вант, нижняя несущая система приобретает преднапряжение при натяжении верхней напрягающей системы вант.