Главная » Литература » Строительные материалы и конструкции » Зверев - Большепролетные конструкции покрытий общественных и промышленных зданий
Зверев - Большепролетные конструкции покрытий общественных и промышленных зданий
CAHKT-ПETEPБУPГCKИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА АРХИТЕКТУРЫ
БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЙ ОБЩЕСТВЕННЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ
Зверев Д,Н.
ПОКРЫТИЯ по БАЛКАМ
Покрытия по балкам относят к плоскостным, у которых несущие элементы /балки/ работают в основном только в своей вертикальной плоскости к передают на опоры лишь вертикальные опорные реакции. Возводят покрытия с ограждающей частью из крупноразмерных настилов длиной 6 и 12м, шириной 1, 5 и Зм и покрытия с прогонами - при устройстве кровель по алюминиевым и стальным профилированным настилам. В массовом строительстве применяют Первый тип покрытия. В зависимости от требуемого профиля крыши используют односкатные балки, двускатные и с параллельными поясами. Выполняют их из сборного железобетона, клееной древесины и, редко, из металла. Железобетонные балки пролетом 12 и 18м либо сплошные и имеют в сечении форму двутавра (а), либо решетчатые (б). Минимальная ширина полки двутавровых балок
Покрытия по железобетонным балкам широко используют как в гражданском, так и в промышленном строительстве: они "технологичны", т.е. просты в расчете и изготовлении, допускают подвеску потолков и кранового оборудования. Их недостаток — большая материалоемкость.
Покрытия по деревянным балкам значительно легче, могут обогатить интерьер, но они менее долговечны и пожароопасные. Такие конструкции находят применение в одноэтажных зданиях для покрытий небольших спортзалов и складских помещений, имеющих среду агрессивную к бетону и металлу. Металлические балки применяют для пролетов до
ПОКРЫТИЯ по ФЕРМАМ
Структура покрытий по фермам практически та же, что и по балкам: прогонная и без прогонов, скатная и плоская. Некоторое отличие в материалах и степени их использования: кроме традиционных - дерева, железобетона и стали, для изготовления ферм находят применение алюминиевые сплавы и конструкционные пластмассы, при этом объем металлоконструкций соизмерим с объемом конструкций из железобетона. Дополнительные меры принимают и по обеспечению устойчивости ферм: в покрытиях с прогонами устанавливают горизонтальные и вертикальные связи, в беспрогонных - только вертикальные; роль горизонтальных связей здесь выполняют железобетонные настилы. Железобетонные фермы при пролетах 18м менее экономичны, чем балки, но целесообразнее балок при использовании межферменного пространства. При пролетах 30м такие фермы громоздки, им предпочтительнее стальные. По очертанию железобетонные фермы различают: треугольные (а) , арочные (б), сегментные (в), с параллельными поясами (г).
Решетка ферм чаще треугольная. Расстояние между узлами решетки по верхнему поясу /панель фермы/ принимается кратно 1,5м. Наиболее выгодное очертание ферм - сегментное по дуге круга или квадратной параболе. При использовании межферменного пространства целесообразно применять безраскосные фермы с панелями, равными Зм. Треугольные фермы с панелями применяют при кровлях из листовых материалов. Ширина верхнего пояса ферм 300-400мм. Деревянные фермы применяют крайне редко и то в виде металлодеревянных конструкций, у которых элементы, работающие на растяжение, выполнены из стальных тяжей или уголков, а сжатые - из древесины, чаще клееной. Такие фермы изготавливают арочными (д), сегментными (е) и треугольными (ж). Очертания стальных ферм принимают: треугольными (и), с параллельными поясами (к, л)и трапециевидныe). Для пролетов до 30м фермы изготавливают из уголков, при больших пролетах рекомендуется выполнение ферм из элементов трубчатого или коробчатого сечений.
ПОКРЫТИЯ по РАМАМ
Покрытия по рамам (а) не имеют принципиальных отличий от покрытий по балкам: они могут быть также прогонными, иметь, когда требуется, продольные элементы жесткости в виде балок или ферм. Отличаются сами рамы от балок характером статической работы.
Жесткое соединение ригеля с колонной ведет к перераспределению усилий в элементах рамы: часть изгибающего момента в ригеле передается на стойку, что позволяет значительно уменьшить высоту ригеля. Высота сечения рамы принимается равной 1/15-1/25 пролета, высота сечения стойки в месте ее примыкания к ригелю - такой же или несколько меньшей. Рамы — распорные конструкции. Распор (горизонтальная составляющая опорной реакции) воспринимается в раме, либо в конструкщ1и фундамента, либо затяжкой, размещаемой под полом помещения. Рамы могут быть безшарнирными двух- и трех шарнирными, с горизонтальным или ломаным очертанием ригеля, с вертикальными или наклонными стойками. Ломаный ригель или наклонные стойки приближают очертания рамы к кривой давления, снижая тем самым величины изгибающих моментов.
Наличие шарниров делает раму менее чувствительной к осадке опор и значительно упрощает членение ее на сборные элементы. Количество шарниров отражается на величине распоров: чем больше шарниров, тем больше распор (д, е, ж). Разгружающий характер консолей проявляется в рамных конструкциях. Рамы могут быть железобетонными, деревянными и металлическими.
Унифицированные железобетонные и деревянные (гнуто клеенные) рамы используются в настоящее время при строительстве сельскохозяйственных зданий. Это трехшарнирные сборные рамы с пролетом 12-21м. Сечения (б, в) ригеля и стойки - сплошные (в деревянных рамах - в виде клееного многослойного пакета из гнутых досок). В большем диапазоне пролетов применяются металлические рамы, безшарнирные и двух шарнирные (г).
Сечения металлических рам зависят от пролета: при пролетах 18-60м — сплошное коробчатое или двугавровое. При пролетах 60-150м становится целесообразнее решетчатые конструкции. Решетка раскосная, при больших пролетах - шпренгельного типа. Рамы больших пролетов нашли применение в покрытиях ангаров.
КОМБИНИРОВАННЫЕ РАМЫ
ПРИМЕР 1. Основу покрытия составляют рамы, у которых ригели - металлические двускатные балки двутаврового сечения установлены на наклонные железобетонные колонны V- образной формы. При этом уменьшается пролет балок, и образуются консоли. Концы консолей металлическими тяжами (они же и стойки фахверка) крепятся к фундаментам. Закрепление концов консолей позволяет перераспределить усилия в поясах балок, уменьшить высоту сечения и тем самым существенно облегчить покрытие. Применение V- образных колонн создает возможность уменьшить шаг балок (до Зм) и применить облегченные кровельные плиты.
Использование в плитах зенитных фонарей из оргстекла позволяет придать интерьеру оригинальный характер, не прибегая к помощи подвесного потолка,
ПРИМЕР 2. В основу структурной конструкции положены металлические пространственные треугольные фермы шириной Зм, собираем из плоских элементов заводского изготовления. Треугольные фермы устанавливаются с шагом Зм на наклонные колонны V- образной формы, образуя консоли по Зм. Шаг колонн - бм. Консоли "оттянуты" к фундаментам. Применение для этой цели металлических тяжей (они же и стойки фахверка) позволяет перераспределить усилия в пространственных фермах и снизить их массу. Облегчить покрытие помогает и решение несущей основы кровли из стального профилированного настила. Принятая схема каркаса позволяет уменьшить строительную высоту покрытия до 1/20 L и получить оригинальный складчатый рисунок покрытия без подвесного потолка. Использование наклонных колонн V- образной формы также способствует архитектурной выразительности интерьера.
Комбинированные рамы, рассмотренные в данных примерах, нашли применение в ряде объектов спортивного назначения.
ПРИМЕР 3. Два складчатых элемента образуют ригель трехшарнирной рамы, стойками которой служат ажурные металлические конструкции из трубчатых элементов. Жесткость сооружения обеспечивается: в поперечном направлении системой подкосов, в продольном - системой металлических связей, вписанных в плоскости стоек. Складчатые элементы соединяют с помощью ванной сварки выпусков арматуры и последующим замоноличиванием. Залу с таким покрытием свойственны все достоинства и недостатки, отмечаемые в складчатых покрытиях.
ПРИМЕР 4. Несущую основу покрытия составляют поперечные рамы, каждая из которых выполняется в виде блока из двух наклонных V-образных колонн-подкосов, четырех колонн-оттяжек и двух арочно-вантовых ферм. Ширина каждого блока бм. Железобетонные V- образные колонны защемлены в фундаменте и шарнирно примыкают к ригелю. Железобетонные колонны-оттяжки вверху и внизу закреплены шарнирно (они же - несущие элементы витражей). Продольную жесткость каркаса помогают обеспечивать неразрезные продольно идущие балки, жестко связывающие V- образные подкосы поверху. Арочно-вантовая ферма запроектирована с таким расчетом, чтобы уравновешивание сил распора происходило в основном в самом покрытии. Это позволило отказаться от устройства оттяжек или контрфорсов, применяемых в чисто вантовых конструкциях на прямоугольных формах плана. Ванты предварительно напрягают. Напряжение вант позволяет существенно снизить изгибающие моменты в арке, возникающие при некоторых видах нагрузок. Сечение стальной арки двутавровое, высота сечения - 1/80L, Очертание арки и вант приняты по кривой давления от постоянно действующей части нагрузки. Решетка ферм - из спаренных труб. Несущую основу кровли составляет стальной оцинкованный настил, уложенный по прогонам. Интерьер спортзала, решенного с таким покрытием, отличается архитектурной выразительностью.
ПОКРЫТИЯ по АРКАМ
Покрытие по аркам (а) выполняется, практически, так же, как и по рамам. В арках более эффективно используется материал: благодаря очертанию, приближающемуся к кривой давления (и), арка испытывает в основном сжимающие усилия. Высота сечения арки принимается равной 1/30- 1/80 пролета (зависит от материала и вида сечения). Арки, как и рамы - распорные конструкции. Чем выше стрела подъема, тем меньше распор и эффективнее работа, но при этом увеличиваются строительный объем и сопутствующие этому затраты.
Распор воспринимается фундаментами, затяжками, опорными наклонными стойками или контрфорсами, передающими усилия на фундаменты, рамными конструкциями пристроек. Как и рамы, арки могут быть бесшарнирными, двух- и трехшарнирными. По очертанию различают арки круговые, параболические, стрельчатые.
Материалом для арок может служить дерево, железобетон и металл. В современном отечественном домостроении деревянные арки применяют для пролетов 12,0-
Железобетонные арки встречаются редко. Сечение сплошное прямоугольное или двутавровое (в). Наиболее целесообразными при больших пролетах являются стальные арки (г).
Это - сквозные стержневые системы, пространственная жесткость которых достигается с помощью связевых элементов (главных прогонов), так же как и в других плоскостных конструкциях покрытий.
...