Главная » Литература » Железобетонные конструкции » Г. Рюле - Пространственные покрытия (конструкции и методы возведения). В двух томах. Том I. Железобетон, армоцемент
Г. Рюле - Пространственные покрытия (конструкции и методы возведения). В двух томах. Том I. Железобетон, армоцемент
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ (КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДЫ ВОЗВЕДЕНИЯ)
Под общей редакцией Г. РЮЛЕ
В двух томах
Том I
ЖЕЛЕЗОБЕТОН, АРМОЦЕМЕНТ
Перевод с немецкого С. Б. Ермолова
МОСКВА, СТРОЙИЗДАТ. 1973
Пространственные покрытия. (Конструкции и методы возведения). В 2-х т. Т. I. Железобетон, армоцемент. Пер. с нем. С. Б. Ермолова. Л!.. Стройиздат, 1973. 304 ^ Авт.: Г. Рюле, Э. Кюн, К. Вайсбах, Д. Цаидлер.
Книга посвящена проектированию пространственных конструкций покрытии — оболочек и складок из железобетона и армоцемента.
Рассматриваются вопросы выбора геометрических форм покрытий, их расчета и конструирования. Особенность книги — широкое использование примеров из мировой практики применения пространственных покрытий.
Книга предназначена для инженерно-технических работников проектных и научно-исследовательских организаций.
Табл. 54, рис. 364, список лит.: 277 назв.
© Стройиздат, 1973
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Нельзя сказать, что такие современные, прогрессивные и впечатляющие строительные конструкции, как большепролетные пространственные покрытия, недостаточно освещены в отечественной технической литературе. Особенно много публикаций приходится на последние годы. И тем .не менее предлагаемая вниманию читателя книга не только не повторяет известные издания, но довольно убедительно указывает на существующий пробел в таких публикациях, где была бы наглядно показана логика возникновения и развития строительных конструкций этой группы.
Д-р Герман Рюле и его соавторы создали предлагаемым трудом своеобразную энциклопедию пространственных покрытий типа оболочек, сосредоточив в ней и обобщив обширный материал по опыту проектирования, расчета и возведения тонкостенных конструкций с детальной их классификацией, иллюстрируемой примерами самых различных решений по каждой разновидности, определяемой материалом конструкции или ее геометрией. Из четырех основных этапов процесса создания покрытия: общего архитектурно-конструктивного решения, статического расчета, детального конструирования и возведения — авторы уделяют наибольшее внимание первому. Однако делают они это на основе глубокого проникновения в суть всех остальных этапов.
Знакомясь с основными типами оболочек и стержневых пространственных систем, читатель получит ясное представление об особенностях статической работы конструкции, найдет необходимые сведения о рабочих гипотезах, положенных в основу тех или иных методов расчета, с их критической оценкой, а также литературу по рекомендуемым расчетным методикам (приближенным и уточненным) для каждой характерной расчетно-конструктивной схемы.
Обилие примеров осуществленных покрытий с их технико-экономическими показателями и характеристиками дает возможность архитектору и инженеру, используя опыт многих лет, развить творческую конструктивную интуицию, полезную для принятия правильного проектного решения. Следует подчеркнуть и то, что методы возведения покрытий не выходят из поля зрения авторов, как при сравнительной оценке приводимых примеров, так и в обобщенном виде, как факторы, влияющие на конструкцию и порой определяющие ее.
Д-р Г. Рюле —вице-президент Международной ассоциации по пространственным конструкциям (ИАСС). До этого он много лет был членом Исполкома ИАСС, что дало ему возможность быть в курсе последних достижений в области теории и практики пространственных покрытий в интернациональном масштабе. Известна и научно-исследовательская, и практическая деятельность д-ра Г. Рюле — в книге немало примеров сооружений, осуществленных по его проектам.
Книга знакомит с новейшими достижениями в области пространственных покрытий практически всех стран, где эти достижения есть. Советский читатель с удовлетворением найдет много примеров из практики Советского Союза, связанных с деятельностью ведущих институтов, в том числе НИИЖБ ЦНИИСК Госстроя СССР и специалистов (проф. Г. К. Хайдукова, канд. техн. наук К. А. Глуховского и ряда других).
Это вполне закономерно, если учесть уровень применения пространственных конструкций, достигнутый в СССР (за последние 10 лет перекрыто свыше 4 млн. м2 площадей), а также вклад наших ученых в разработку теории оболочек. Авторы отмечают, что ведущая роль в области армоцементных конструкций в настоящее время перешла к советским инженерам. Обо всем этом свидетельствует и достаточно обширная библиография на русском языке — явление пока еще не типичное для зарубежной литературы.
В основу построения книги положена классификация по строительным материалам. В первом томе рассматриваются покрытия из железобетона и армоцемента, во втором — из керамики, дерева, металлов и пластических масс. Поэтому и объем соответствующих разделов и глав не равновелик.
Дальнейшая рубрикация книги подчинена конструктивным признакам. Классификация не всегда совпадает с используемой в нашей технической литературе; однако приведение в полное соответствие с ней вызвало бы существенную перекомпоновку книги, не оправдываемую ожидаемым результатом.
При переводе и редактировании сделаны некоторые сокращения и исправлены замеченные неточности. В частности, опущена глава «Изготовление и возведение» в связи с тем, что технология монолитного железобетона, составляющая основной акцент этой главы, не характерна для нашей строительной практики, а опыт возведения сборных железобетонных оболочек, широко распространенных у еас, достаточно освещен в отечественной литературе (например, Р. А. Гребенник. Возведение пространственных конструкций покрытий в промышленном строительстве. Стройиздат, 1972). Вместе с тем методы изготовления и возведения оболочек рассмотрены авторами этой главы — инженерами К. Вайсбахом и Д. Цайдлером и учтены при описании отдельных (Примеров «конструкций в других главах. Введение, главы 1,3—8,10 и 11 написаны д-ром Г. Рюле, главы 2 и 9 — инж. Э. Кланом.
В некоторых примерах имена авторов осуществленных конструкций отождествлены с именами авторов статей или докладов, что не всегда соответствует действительности. Учитывая деликатность этого вопроса, при переводе было решено не делать никаких исправлений, оставив имена, указанные авторами книги.
Можно выразить уверенность в том, что книга окажется полезным пособием для строителей-конструкторов и архитекторов. Второй том книги Г. Рюле посвящен керамическим и деревянным оболочкам, висячим покрытиям, металлическим стержневым пространственным системам, пневматическим и тентовым оболочкам, пространственным покрытиям с .применением пластмасс.
Эта книга готовится к изданию в русском переводе в
В. В. ЕРМОЛОВ,
д-р техн. наук, профессор
ПРЕДИСЛОВИЕ К НЕМЕЦКОМУ ИЗДАНИЮ
Мы живем в эпоху технической революции в строительстве, обусловленной бурным развитием техники и народного хозяйства. Традиционные строительные материалы, конструктивные решения, технологические методы и нормы, формировавшиеся столетиями и казавшиеся универсальными и незыблемыми, утрачивают свое былое значение и непрерывно сменяются новыми. Сейчас, более чем когда-либо, речь идет о снижении затрат на материалы, рабочую силу и стоимости строительства, с одновременным решением задач, стоящих перед архитектурной практикой. Поэтому так необходимо сегодня последовательное и глубоко продуманное использование накопленного в других областях техники опыта создания легких и экономичных конструкций.
Проектирование любого здания прежде всего преследует цель создать помещения, имеющие, в зависимости от функциональных требований, самые различные размеры. В связи с необходимостью перекрытия этих помещений перед инженером ставится благодарная задача—-путем применения новых эффективных конструкций компенсировать повышение затрат, связанное с увеличением перекрываемых пролетов. Отход от традиционных решений покрытий зданий начался уже несколько десятилетий назад, когда в строительстве стали использовать пространственные конструкции, в частности оболочки и складки. Современное развитие строительной техники свидетельствует о том, что применение тонкостенных конструкций усилило эту тенденцию. Примечательны огромное число сооруженных пространственных покрытий и активность продолжающихся исследований в этой области — по крайней мере не меньшая, чем в других важных отраслях строительства.
Международная ассоциация по пространственным конструкциям (ИАСС) сумела организовать широкий обмен опытом и научно-техническое сотрудничество в международном масштабе. Одновременно с этим интересу к пространственным конструкциям способствует и постоянно растущий поток информации. Во многих книгах излагаются вопросы теории расчета различных пространственных конструкций, их структуры и формы. Однако, если внимательно прислушаться к запросам практиков — инженеров и архитекторов, посвятивших себя делу развития пространственных конструкций, то обнаруживается серьезная потребность в такой книге, где был бы обобщен и изложен опыт комплексного решения вопросов разработки конструкций и их осуществления. Учитывая всю сложность проблемы, эту задачу, естественно, нельзя считать простой. Необходимость освещения столь широкого круга вопросов потребовала сжатого изложения, чего было нелегко достигнуть при многочисленности известных примеров осуществленных сооружений.
В зависимости от степени развития той или иной конструкции или технологического процесса относящиеся к ним практические сведения оказываются в известной мере противоречивыми. В связи с этим отдельные разделы книги различаются по объему и форме изложения. Каждый из разделов представляет собой итог многолетней исследовательской работы авторов, выполненной в рамках Германской Академии строительства, строительной промышленности ГДР или ИАСС. Авторы старались выбрать самые существенные сведения о сооружениях и о результатах исследований, сделать их общим достоянием архитекторов и инженеров, технологов и экономистов, чтобы стимулировать дальнейшее развитие в этой области.
Естественно, что при создании легких эффективных конструкций в ГДР необходимо критически подходить к приведенным в книге примерам из практики других стран. Те или иные социальные и экономические условия в отдельных странах неизбежно ведут к различию в постановке и решении проблемы.
Я хотел бы сердечно поблагодарить многочисленных друзей и коллег из многих стран, весьма любезно оказавших нам помощь информацией о своем опыте, иллюстративным материалом и другими сведениями, также и за то ободрение, без которого мы едва ли отважились бы на этот труд и не смогли бы его осуществить.
Г. РЮЛЕ
Дрезден,
ВВЕДЕНИЕ
Для успешного осуществления любого архитектурного и инженерного замысла, связанного с разработкой пространственных покрытий,— будь то оболочки, висячие конструкции, стальные структуры или пневматические конструкции, — необходимо учитывать две основные закономерности: связь между формой и несущей способностью, определяющую выбор материалов, их расход и удельный вес затрат на материалы в общей стоимости конструкции; связь между формой и технологией, определяющую потребность в рабочей силе и средствах труда, а следовательно, и их стоимость.
Взаимосвязь формы конструкции и ее несущей способности претерпевает постоянные изменения по мере совершенствования знаний о свойствах материалов благодаря появлению новых материалов и развитию методов расчета.
Трудоемкость и стоимость конструкций должны быть по возможности минимальными. Поэтому форму конструкции, при соблюдении требований к ее несущей способности, необходимо тесно увязывать с возможностью механизации всех рабочих операций по ее изготовлению, монтажу и т. д. Это требование относится ко всей организации строительного процесса, которая в значительной мере зависит от степени сложности конструктивных форм сооружения.
Современное развитие строительной механики, ориентирующейся на широкое использование математических методов, сделало возможным расчет весьма сложных пространственных конструкций. Механика — дисциплина теоретическая, и не следует огорчаться по поводу того, что она идеализирует поведение материалов и не учитывает условий изготовления конструкций. Такая абстракция была и остается необходимой; важно, чтобы она не вступала в противоречие с реальными свойствами материалов. К сожалению, необходимый для точного расчета конструкций математический аппарат, как правило, оказывается мало приемлемым из-за ограниченных сроков проектирования. Использование приближенных методов и применение ЭВМ все в большей степени освобождают инженера от долгих и трудоемких расчетов, предоставляя ему больше времени для творческой конструкторской работы.
Аналитические методы расчета могут быть существенно дополнены, а отчасти ,и заменены исследованием моделей конструкций. Значение таких исследований, позволяющих определить усилия и деформации в конструкции, не следует недооценивать, равно как и переоценивать.
Успехи, достигнутые в последние годы в теории и экспериментальном исследовании пространственных конструкций, способствовали совершенствованию представлений о связях между формой и несущей способностью конструкции, выяснению многообразия этих связей и возможности их количественной оценки.
Досадными для конструкторов остаются неясности в расчете конструкций из железобетона, с учетом его неоднородности и трещинообразования. Разрыв между изучением свойств материала и развитием механики здесь очевиден.
Сегодня уже можно утверждать, что применение пространственных конструкций обеспечивает в большинстве случаев минимальный расход материалов по сравнению с традиционными решениями. Преимущества этих конструкций подкрепляются и развитием методов производства работ. Если, например, лет десять назад сооружение оболочек сложных форм требовало устройства трудоемкой и дорогостоящей деревянной опалубки и лесов, то сейчас для этой дели все в большей степени применяют передвижные подмости (из металлических труб и т. п.) или даже специальные механизированные агрегаты. Использование паропрогрева, вакуумирования и других специальных способов обработки позволяет достаточно просто осуществлять в монолитном железобетоне статически и конструктивно оптимальные формы оболочек.
Если учесть, что для возведения монолитных тонкостенных оболочек необходима выполненная с исключительной точностью деревянная опалубка, то становятся очевидными преимущества использования сборных элементов заводского изготовления. В то время как применение монолитных оболочек ограничивается сравнительно узким кругом сугубо индивидуальных объектов, переход к сборным конструкциям позволяет применять оболочки в массовом масштабе. Естественно, что при этом накладываются некоторые ограничения на возможные конструктивные формы по соображениям их соответствия условиям изготовления и монтажа.
Что касается будущего, то мы должны отказаться от ориентации только на железобетон как идеальный для любых условий материал и не забывать о том, что при определенных экономических условиях большие возможности имеют пространственные конструкции из стали и алюминия. Возрастает значение висячих и вантовых покрытий. Известны также пространственные покрытия из дерева, однако более широкое использование его для этих целей, даже в богатых лесом странах, едва ли возможно по экономическим соображениям. Зато применение пластмасс открывает весьма широкие и еще не оцененные полностью возможности для развития пространственных конструкций.
Надо полагать, что уже миновало время строгого разделения конструкций по материалам. Будущее принадлежит оптимально спроектированным и построенным конструкциям, в которых используются различные материалы, в полном соответствии с их положительными свойствами и функциональными требованиями. Поэтому если сейчас еще и удается формально разделить железобетонные оболочки, стальные пространственные конструкции, висячие и вантовые покрытия, пневматические конструкции и т. д., то по существу их нужно (рассматривать как нечто единое. Очень часто возможно весьма эффективное сочетание этих конструкций точно так же, как постоянно обнаруживается их общность в аспектах конструктивных решений и технологии изготовления. Единство формы, конструкции и технологии дополняется, таким образом, и единством подходам материалу.
Наконец, важной проблемой является разработка конструкций кровель, водостоков, световых проемов и других элементов покрытий; от решения этой проблемы зависит функциональная полноценность сооружения, на достижение которой и должны быть направлены усилия архитекторов и инженеров.
Глава 1 ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ И ВОЛНИСТЫЕ ОБОЛОЧКИ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ И РАЗВИТИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ФОРМ
Основой развития едва ли не всех пространственных строительных конструкций наряду с классическими купольными сооружениями можно .считать .цилиндрические оболочки. Применение оболочек побудило строительную механику к исследованию проблем, связанных со статической работой пространственных систем при различных граничных условиях. Здесь следует отметить основополагающие работы Дишингера и Финстервальдера, благодаря которым уже с