Типы пространственных покрытий большепролетных зданий, схемы покрытий.

Классификация большепролетных конструкций

Admin

 

Классификация большепролетных конструкций по типам конструктивных схем покрытия зданий и сооружений приведена в табл. 1, содержащей основные сведения, характеризующие область их применения и диапазон пролетов, перекрываемых этими системами. Краткая аннотация по каждому из типов большепролетных конструкций, дифференцированных по величине пролетов, позволяет систематизировать присущие им преимущества и недостатки и, в конечном итоге, определить возможный «рейтинг» того или иного решения «кровельного» покрытия проектируемого здания.

Балочные покрытия – состоят из главных поперечных пространственных и плоских промежуточных балок конструкций – прогонов. Характеризуются отсутствием распора от конструкции покрытия, что существенно «упрощает» характер работы несущих элементов каркаса и фундаментов. Главный недостаток – большой расход стали и значительная строительная высота самих пролетных конструкций. Поэтому они могут применяться в пролетах до 100 м и, главным образом, в производствах, характеризующихся необходимостью применения тяжелых мостовых кранов.

Рамные покрытия характеризуются по сравнению с балочными меньшей массой, большей жесткостью и меньшей строительной высотой. Могут применяться в зданиях пролетом до 120 м.

Арочные покрытия по статической схеме подразделяются на 2х, 3х и бесшарнирные. Они имеют меньшую массу чем балочные и рамные, но более

Возможности применения пространственных конструкций

Таблица 1

Тип конструкции

Пролеты, м

Материал

20-30

30-40

40-50

50-70

70-100

100-200

200-300

300-500

м/к

ж/б

дерево

пластмасса

ткани

· Арки 1 – плиты; 2 – контрфорсы опор; 3 – арки покрытия; L – пролет; b – шаг конструкции в здании.

–

–

· Фермы 1 – колонны; 2 – фермы; 3 – плиты; L – пролет; b – шаг конструкции в здании.

–

–

· Структуры размером 18х12; 24х12; 30х30; 36х30 1 – колонны; 2 – плиты структуры; L – длина плит; b – ширина плит.

–

–

· Складки   1 – колонны; 2 – складки; 3 – тип профиля; L – длина складки; b – шаг (пролет) складки.

–

–

· Ребристо-кольцевой купол 1 – опорное кольцо; 2 – верхнее опорное кольцо; 3 – ребра жесткости; 4 – Кольцевые ребра жесткости; B – пролет купола; H – высота купола.

–

–

· Вантовые покрытия с арками 1 – арки; 2 – ванты; 3 – оттяжки; 4 – анкер оттяжки; L – длина здания; b – пролет здания, определяемый пролетом арок.

–

· Гиперболические параболоиды     1 – опорные колонны; 2 – железобетонная оболочка.

–

–

· Вантовые с оттяжными 1 – клоны; 2 – ванты; 3 – стойки-распорки; 4 – оттяжки; 5 – анкерные устои оттяжек.

–

–

· Ребристые купола 1 – опорный контур; 2 – опорное верхнее кольцо; 3 – продольные ребра жесткости.

–

–

· Пневматические конструкции Размеры оболочек: 36х25, 42х36, 48х36, 72х48 L – длина оболочки; B – пролет оболочки.

–

–

–

–

· Тентовые покрытия 1 – мачта, поддерживающая оболочку; 2 – оттяжки мачты; 3 – анкеры оттяжек мачты; 4 – оттяжки тентовой оболочки; 5 – тентовая оболочка; 6 – анкер натяжения тентовой оболочки.

–

–

–

· Мембранные покрытия 1 – колоны; 2 – опорный контур; 3 – фермы стабилизирующие; 4 – мембраны из стального листа; B – пролет мембранной оболочки; H – высота здания.

–

–

–

–

· Цилиндрические оболочки 1 – колонны; 2 – контурный элемент из ж/б балок: 3 – контурный элемент – затяжка; 4 – оболочка из сборных плит; L – длина здания; b – пролет оболочки.

–

–

–

–

· Висячие вантовые покрытия 1 – колонны каркаса; 2 – опорный контур; 3 – внутренне опорное кольцо; 4 – вантовая система; B – пролет здания; H – высота здания

–

–

Условные обозначения: - область рационального применения;   - область возможного применения;   - наиболее применяемый материал изготовляемой конструкции;   - возможный вариант материала изготовления конструкции.

сложны в изготовлении и монтаже. Качественная характеристика арок в основном зависит от их высоты и очертания. Оптимальная высота арки – 1/4 …1/6 пролета. Наилучшее очертание, если геометрическая ось совпадает с кривой давления.

Сечения арок делают решетчатыми или сплошными высотой соответственно 1/30 … 1/60 и 1/50 … 1/80 пролета. Арочные покрытия используются при величине пролета до 200 м.

Пространственные покрытия характерны тем, что оси всех несущих элементов не лежат в одной плоскости. Они подразделяются на: купола и оболочки, характеризующиеся как трехмерные несущие конструкции, отличающиеся пространственной работой и состоящие из поверхностей одинарной или двойной кривизны. Под оболочкой понимается структура, форма которой представляет криволинейную поверхность с достаточно малой ее толщиной по сравнению с самой поверхностью. Основное отличие оболочек от сводов состоит в том, что в них возникают и растягивающие и сжимающие усилия.

Ребристые купола состоят из системы плоских ферм, связанных понизу и поверху опорными кольцами. Верхние пояса ферм образуют поверхность вращения (сферическую, параболическую). Такой купол является распорной системой, в которой нижнее кольцо подвергается растяжению, а верхнее – сжатию.

Ребристо-кольцевые купола образуются ребристыми полуарками, опирающимися на нижнее кольцо. Ребра по высоте связывают горизонтальными кольцевыми балками. По несущим ребрам могут быть уложены криволинейные плиты из легкого бетона или стальной настил. Опорное кольцо, как правило, железобетонное и преднапряженное.

Ребристо-кольцевые купола с решетчатыми связями проектируются, главным образом, из металлоконструкций. Введение в систему ребристо-кольцевых элементов диагональных связей позволяет более рационально распределить сжато-растянутые и изгибающие усилия, что обеспечивает малый расход металла и стоимость самого купольного покрытия.

Структурные покрытия применяются для перекрытия больших пролетов промышленного и гражданского назначения. Это пространственно - стержневые системы, отличающиеся тем, что при их формировании появляется возможность применения многократно повторяющихся элементов. Наибольшее распространение получили структуры типа: ЦНИИСК, «Кисловодск», «Берлин», «МАРХИ» и др.

Висячие покрытия (ванты и мембраны) – основными несущими элементами являются гибкие стальные канаты или тонкостенные листовые металлические конструкции ортогонально растянутые на опорные контуры.

Ванты и мембраны существенно отличаются от традиционных конструкций. К их достоинствам относится: растянутые элементы эффективно используются по всей площади сечения; обеспечивается малая масса несущей конструкции, возведение этих конструкций не требует устройства лесов и подмостей висячих покрытий. Чем больше пролет здания, тем более экономична конструкция покрытия. Однако им присуще и свои недостатки:

· Повышенная деформативность покрытия. Для обеспечения жесткости покрытия приходится принимать дополнительные конструктивные решения за счет введения стабилизирующих элементов;

· Необходимость устраивать специальную опорную конструкцию в виде опорного контура для восприятия «распора» от вант или мембраны, что увеличивает стоимость покрытия.

 

__

 

Типы пространственных покрытий большепролетных зданий, схемы покрытий.

Несущ. к-ции покрытий больших пролетов в зависимости от их конструк-ой схемы и статической работы подразделяют: 1) констр-ии работающие в 1 плоскости (балки, фермы, арки, рамы); 2) констр-ии работающ. в 2 плоскостях (перекрестное); 3) пространственные системы, при расчете кот. учитывают усилия в 3 плоскостях.

1. Покрытия зальных помещений с плоскими несущими конструкциями.

(рис. 1) Ряд колонн с шагом 6, 12, 18м и балок или ферм. Применяются ж/б колонны, фермы, перекрытия. При пролетах > 30м – стальные фермы.

(рис. 2) Рамы бесшарнирные - при строит-ве на плотных основаниях.

(рис. 3) Одношарнирные – жесткое закрепление колонны в фундаментах. Уменьшается сечение ригелей, но увеличивается сечение колонн.

(рис. 4) 2-х шарнирные – сечение ригеля большое, рамы тяжеловесные. Неравномерность осадок не вызывает деформаций.

(рис. 5) 3-х шарнирные – обеспечивают перемещение в плоскости рамы. Соединение проще.

(рис. 6) 3-х шарнирные с консолями вылет консолей 1/3 1/5 пролета рамы.

2. Несущие конструкции большепролетных покрытий могут быть в виде арок кругового, параболического, эллиптического, стрельчатого очертания, по которым укладывают плиты покрытия. (рис. 7).

Чем выше высота подъема Н, тем меньше распор, но при этом увеличивается объем здания, дороже СМР.

Арки могут быть ж/б, стальные, деревянные сплошного или сквозного сечения.

3. Пространственные перекрестные конструкции (рис. 8) представляют собой системы взаимно пересекающихся балок и ферм. Перекрытия квадратные в плане. Н – 1/25…1/15 l.

4. Покрытия оболочками и складками. (рис.9). Оболочки могут быть одинарной и двоякой гауссовой кривизны. Могут быть деревянные, ж/б, армоцементные. Это жесткие криволинейные системы, распор которых поглощается самой конструкцией оболочек без передачи на опоры.

Многоволновые оболочки (рис.10). Вместо диафрагм могут быть затяжки.

Складчатые конструкции применяют чаще, чем цилиндрические оболочки. (рис. 11).

Могут быть складчатые рамы.

5. Жесткие оболочки двоякой кривизны. (рис.12)

Н/ l = 1/1…1/4 – вспарушенные оболочки

Н/ l = 1/5…1/6 – пологие оболочки.

6. Волнистые, складчатые, бочарные своды. (рис. 13)

f = 1/6…1/10 l; l₁ / l₂ > 4

7. Купола (рис. 14) ребристые, гладкие, сетчатые. Кольцо купола опирают на стены. H1/2 D.

8. Висячие покрытия (рис. 15). По сравнению с куполами уменьшают строительный объем здания.

f = 1/15…1/25 l.

9. Мембранные покрытия (рис. 16) тонколистовые 2 – 5мм рулонные листы. Лепестки мембран имеют треугольную форму, вершины крепятся к стальному листу.

10. Пневматические покрытия.