В последние годы возрастает потребность в сооружениях большой вместимости: рынках, спортивных и зрелищных сооружений и т. п. Пролеты таких сооружений могут превышать 100 м, а вместимость—100 тыс. человек.
Исследования показали, что наиболее экономичными при больших пролетах являются тонкостенные пространственные конструкции, состоящие из тонкостенных оболочек, очерченных по криволинейным поверхностям или поверхностям многогранников, и контурных элементов, передающих нагрузку от покрытия на колонны или несущие стены.
В отличие от плоской плиты, также имеющей малую толщину, поверхность оболочки обладает кривизной в одном или двух направлениях, благодаря чему в оболочках возникают усилия преимущественно одного знака (рис. 13.1, а). Изгибающие моменты в большинстве случаев проявляются лишь в ограниченных зонах (например, вблизи контура оболочки), вследствие чего их значение для подбора сечений оболочек существенно меньше, чем в плоских конструкциях. Форма поверхности оболочки выбирается такой, чтобы обеспечить ее работу главным образом на сжатие, при этом бетон оболочки используется наиболее эффективно.
Рис. 13.1. Поверхности оболочек:
1 — срединная поверхность
Применение пространственных покрытий было известно еще в глубокой древности (например, построенный в Риме в 132—137 гг. храм Пантеон был перекрыт кирпичным куполом диаметром 43 м, толщина которого достигала 2 м). Однако тонкостенные пространственные железобетонные конструкции стали применяться только с 1922 г. (купола фирмы «Карл Цейсе» в Германии d = 20...40 м, толщиной 4..8 см). В СССР пространственные покрытия применяют с 1928 г. В последние годы в результате развития строительной техники и совершенствования методов производства работ тонкостенные пространственные конструкции находят все более широкое применение.
Достоинства тонкостенных пространственных покрытий:
•возможность перекрывать большие пролеты без промежуточных опор в соответствии с функциональным назначением здания, а в промышленных зданиях — легко изменять технологический процесс;
•экономия материалов на 25...40 % по сравнению с плоскими конструкциями, что объясняется рациональным использованием работы бетона (на сжатие);
•совмещение несущих и ограждающих функций в отличие от плоских покрытий, где часть конструкций выполняет несущие и ограждающие функции (плиты покрытия), а часть — только несущие (стропильные и подстропильные конструкции);
•снижение собственной массы конструкций, что особенно важно при больших пролетах;
•архитектурная выразительность.
Недостатки этих конструкций:
•трудоемкость возведения, вызванная необходимостью использования специальных монтажных приспособлений — кондукторов или поддерживающих подмостей (в последние годы благодаря разработке эффективных решений в сборном железобетоне, применению прогрессивных методов монтажа этот недостаток в значительной степени устраняется);
•сравнительная сложность приспособлений для устройства подвесного транспорта;
•усложнение устройства кровли, особенно при покрытиях двоякой кривизны;
•криволинейные элементы менее технологичны в изготовлении, чем плоские.
До недавнего времени сдерживающим фактором применения этих прогрессивных конструкций в значительной мере являлась существующая практика планирования новых конструкций по объему затраченного материала (бетона в м3), а не по площади перекрываемых помещений.
