5.1. Просторові покриття

Тонкостінні просторові покриття відрізняються від площинних тим, що тонка плита оболонки працює переважно на стиск, а розтяжні зусилля раціонально зосереджені в контурних елементах, причому всі ці елементи працюють одночасно в різних площинах. У зв'язку із цим тонкостінні покриття типу оболонок, складок і наметів значно економічніші по витраті матеріалу, чим площинні конструкції, у яких кожний елемент працює тільки у своїй вертикальній площині. Так, наприклад, по витраті бетону тонкостінні покриття економічніші площинних у середньому на 30%, а по витраті металу -на 20%.

Оболонки

Оболонки бувають одинарної та двоякої кривизни. До першого належать оболонки, що представляють собою циліндричну або конічну поверхню. Оболонки двоякої кривизни можуть бути або оболонками обертання із криволінійної утворюючої (купол, гіперболічний параболоїд, еліпсоїд обертання, поверхня тора й т. і.), або оболонками переносу з постійною кривизною у вертикальних площинах по всім послідовно розташованим перетинам.

По своїй структурі оболонки бувають гладкі, хвилясті, ребристі й сітчасті. Гладкі оболонки звичайно робляться по всій своїй поверхні однакової товщини, за винятком контурів в опори й вільних країв, до яких ці оболонки товщають.

Хвилясті або гофровані оболонки двоякої кривизни крім основної кривизни мають ще додаткову багаторазово повторювану кривизну хвилі, причому основна кривизна оболонки й кривизна хвиль лежать у двох взаємно терпендикулярних площинах.

Надпись:  а - гладкий звід та його опорні реакції; б

ж

Рис. 1 - Основні форми зводів:

ребристий; в, г, д - зімкнуті; е - дзеркальний; циліндричний з розпалубками; і — хрестовий

Ребристими оболонками називаються такі, у яких тонка криволінійна стінка посилена ребрами, розставленими в певному порядку. Сітчаста оболонка складається

тільки з ребер або зі стрижнів, причому проміжки між цими стрижнями заповнюються яким-небудь ненесучим матеріалом - склопластиком, плівкою й т.п.

Гладкі залізобетонні оболонки робляться завжди монолітними, тоді як у збірних оболонках краї збірних елементів повинні бути обов'язково посилені ребрами.


Хвилясті й ребристі оболонки можуть бути монолітними або збірними. У збірних оболонках невеликих прольотів крім залізобетону може бути застосований азбесто­цемент, метал і пластик. У збірних оболонках кожний елемент по краях повинен бути посилений ребрами, уздовж яких відбувається з'єднання й замонолічювання між собою сусідніх елементів. Сітчасті оболонки збираються з окремих стрижнів або із цілих секторів, виготовлених із залізобетону й металу.

a — циліндрична; б - циліндрична багато-волнова та сінусоідальна; в — суцільна діафрагма жорсткості; г — рамна діафрагма: д - арочна діафрагма; є — бо чар ний звод-оболонка; ж - бочарний звод з прямим обпиранням; і — схема монтажа бочарного звода; к - збірна сітчасто-ребриста звод-оболонка; 1 - оболонка монолитна або збірна; 2 - діафрагма жорсткості; 3 - ребра жорсткості; 4 - підвіска; 5 - затяжка

При виготовленні монолітних оболонок найбільш складним є підготовка криволінійної опалубки й лісів, що сполучено зі значною витратою деревини й вимагає ду же великої точності виконання.

При бетонуванні ряду складних оболонок доцільно застосовувати катучую опалубку із пристосуванням для механічного її опускання й підйому. При монтажі збірної залізобетонної оболонки опалубка не потрібно, складання ведеться на так званих кондукторах або фермах із прогонами, на які укладаються залізобетонні збірні плити, які потім між собою й замонолічіваються.

Іноді для зручності монтаж ведеться на рівні землі, а потім готова оболонка піднімається за допомогою домкратів на необхідну позначку. Залізобетонні й металеві оболонки застосовують у покриттях прольотом до 100 м, а іноді й більше.

Циліндричні оболонки опираються на торцеві й проміжні діафрагми (рис. 4, а). Діафрагми жорстко пов'язані з оболонкою, фіксують її форму, сприймають зусилля у своїй площині й забезпечують стійкість всієї оболонки. Діафрагмою може служити будь ­

яка жорстка конструкція: суцільна стіна, ферма, рама й ін. Края оболонки повинні бути обов'язково посилені твердими бортовими елементами. Довжина хвилі циліндричної оболонки або її крок звичайно не перевищує 12 м. Відношення стріли підйому до довжини хвилі приймають не менш 1/7, а до довжини проліту f/L не менш 1/10.

Рнс. 3 - Ку пола-оболо нки: а - гладкий; б - ребристий; в - сітчастий: г - багатоволновий; д -купол на вертикаль-них стійках; е - купол на похилих опорах; ж — зоряний купол на трикутних плітах по системі М .С. Туполева; 1 - оболонка; 2 - опорне кільце; 3 - стрижні сітчастого купола; 4 - стійки; 5 - зв'язки жорсткості; 6 - опори; 7 - типові трикутні плити; 8 - затяжки в прорізах зоряного купола

Товщина залізобетонної циліндричної оболонки приймається від 1/250 до 1/350 проліту L; при цьому враховується, що вона збільшується біля бортових елементів в 3-4 рази внаслідок появи в цих місцях більших зусиль, що сколюють. Циліндричні оболонки в

поздовжньому напрямку працюють балці, що згинається подібно, а в поперечному -

подібно зводу, причому розпір від цього зводу сприймається діафрагмами, затягуваннями або су міжними оболонками.

Бочкові оболонки на відміну від циліндричних мають поздовжню вісь не прямолінійну (рис. 2, є, ж, і), а вигнуту по кривій з опуклістю догори, що найчастіше обкреслена по окружності. У цьому випадку оболонка має форму тора, у якого відношення діаметра кільця до діаметра його поздовжнього перетину виражається числом

не менш п'яти.

Бочкові оболонки працюють і в поперечному, і в поздовжньому напрямку подібно зводам, а тому в поздовжньому напрямку вони мають потужні затя-гування, підвішені під поздовжніми ребрами й сприймаючим розпором у напрямку прольоту.

У поперечному напрямку розпір від оболонки сприймається діафрагмами твер­дості й бор тових елементів, а в суміжних оболонках цей розпір взаємно погашається сусідніми елементами. У збірних оболонках плити проміжних зон монтуються на метал евих ґр атчастих опор ах.

Г Рис. 4 - Циліндричні оболонки:

А — оболонка хрестового типу; Б— теж з трьох куль, що перетинаються; В — теж,

восьмипелюсткова; Г - шестипелюсткова

Сферичні оболонки являють собою частину поверхні кулі (рис.5). Звичайно вони мають форму купола, що опирається по всьому периметрі або на окремі крапки, розташовані по контурі. Застосовується сферична оболонка також і у вигляді так званої вітрильної оболонки, обпертої на квадратний або прямокутний у плані контур, що складається із чотирьох вертикальних сегментних діафрагм. Купольна оболонка найбільш проста й економічна по витраті матеріалу.


При пристрої збірних куполів їх розріжуть горизонтальними меридіональними швами на елементи, що мають форму сферичних трапецій, або вирішують як багатогранник, розбитий на елементарні трикутники. У першому випадку кількість типорозмірів збірних елементів визначається кількістю горизонтальних поясів, на які розбита сфера. У другому випадку купол збирається із трикутників, що становлять на сфері просторові п'ятикутники та шестикутники. Такі куполи можуть бути виконані ребристі, сітчастими, або комбіновані, де трикутні плити перемежовуються з більшими п'яти-кутними й шестикутними прорізами, стягнутими зтягуваннями. Сферичні оболонки над прямокутним залом можуть бути змонтовані зі збірних плит, що мають квадратний або прямокутний обрис.

Оболонки з поверхнею переносу або тора зовні схожі на сферичні, однак при покритті прямокутних у плані приміщень вони більше зручні, тому що всі чотири діафрагми, на які опираються ці оболонки, можуть мати однакову або майже однакову висоту. Поверхня оболонки переносу утвориться при поступальному русі однієї кривої по іншій за умови, що обидві криві вигнуті догори й перебувають у двох взаємно перпенди­кулярних площинах. Поверхня тора утвориться при обертанні сегмента кола навколо осі,

що лежить у його площині. Поверхня таких збірних оболонок звичайно розбивається на прямокутні в плані елементи, кожний з яких являє собою плиту, посилену по краях ребрами. Ребра можуть бути спрямовані донизу або догори. В останнім рішенні стелі приміщення вийшли гладкими, а на ребра зверху була покладена покрівельна конструкція з утеплювачем. Торцеві вітражі виконані похилими, що надає будинку особливу виразність.

Оболонки з поверхнею гіперболоїда обертання (гіпар) виходять при обертанні гіперболи навколо осі симетрії, що лежить покриття, у яких обидві пари протилежних кутів перебувають на різних оцінках, а сама поверхня утвориться прямими, що з'єднують попарно дві протилежні сторони. Тонкостінне покриття з такою злегка закрученою поверхнею має значну твердість, а при невеликій різниці кутових оцінок легко ділиться на плоскі квадрати або прямокутники між двома її зонами. Такі оболонки найчастіше вирішуються як квадратні або прямокутні в плані.

Комбінуючи між собою гіперболічні поверхні, можна досягти великої розмаїтості ф ор м покр иттів.

Рис. 6 - Оболонки двоякої позитивної


кривизни: А - покриття торгового центру в Новосибірську; Б - покриття Київського аеровокзалу в Борисполі оболонкою з поверхнею тора

а          б          в    Рис. 9 - Оболонки двоякої кривизни

А —гіперболичний параболоід «гіпар»; Б і В — покриття з чотирьох гіпарів:

Секторіальні оболонки виходять у результаті зчленування оболонок різних типів. Ці зчленування повинні бути виконані відповідно до форм складових оболонку геометричних тел. У цьому випадку оболонки по лінії перетинання, по яких концентруються зусилля, повинні бути посилені ребрами. Зчленування можуть бути також плавними, коли переломи поверхонь у місцях перетинання закруглюються вписуванням відповідних відрізків дотичних поверхонь. Секторіальними оболонками можна створити велику кількість покриттів з різними планами й різними формами.

Складками й шатрами називаються просторові покриття, утворені плоскими, що взаємно перетинають елементами (рис. 10, 11, 12). Складки звичайно складаються з ряду повторюваних у певному порядку поперек проліту елементів, що опираються по краях на діафрагми твердості подібно оболонкам. Намети перекривають прямокутний в плані простір, що замикається угорі всіма чотирма сторонами (площинами). Можливі й інші покриття складчастого типу: зводи, куполи, капітелі та ін. Товщину плоского елемента складки приймають не менш 1/200 проліту, висоту складок не менш 1/10, а ширину грані не менш 1/5 проліту.

Складки в порівнянні з оболонками більше прості у виготовленні, однак при більших прольотах вони стають занадто громіздкими й важкими, а тому в будівництві для прольотів більше 40 м, як правило не застосовуються.

Шатрові покриття звичайно спираються по кутах на колони (рис. 12, 13) й можуть бути раціонально використані при покритті квадратних або прямокутних осередків зі сторонами від 6 до 15 м. Складчасті й шатрові покриття легко членуються на окремі однотипні плоскі елементи й тому з успіхом можуть застосуються в збірних покриттях.

Переваги простої складчастої конструкції в порівнянні з плитним покриттям: А -виключення ребер, тоді кожна поверхня діє як панель (балка); Б - збільшення несучої здібності за рахунок збільшення висоти


Можливі інші покриття склад-частого та шатрового типу: зводи, купола, капітелі та ін. Товщину плоского елементу складки приймають близько 1/200 прольоту, висоту елементу не менш 1/10, а ширину грані не менш 1/5 прольоту. Складками звичайно покривають прольоти до 50-60ж, шатрами до 24м.



КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ:

Чим відрізняються тонкостінні просторові покриття від площинних?

Які типи тонкостінних просторових покриттів ви знаєте?

Назовіть оболонки одинарної та двоякої кривизни.

Які будівлі можуть покривати бочкові оболонки?

Який тип покриття Київського аеровокзалу в Борисполі?

Назовіть позитивні якості оболонкових покриттів.

Дайте характеристику складкам й шатрам як просторових покриттів.

Назовіть переваги простої складчастої конструкції в порівнянні з плитним покриттям.

Як опираються шатрові покриття?

10.       Які прольоти можуть перекривати тонкостінні просторові покриття?


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я