870

Сомкнутый свод также образуется из четырех одинаковых частей поверхности цилиндрического свода, называемых лотками или щеками, но опирающихся по всему периметру перекрываемой площади.

В современной строительной практике сводчатые конструкции выполняются из железобетона, армоцемента, а арочные – из железобетона, стали и дерева. В строительной механике такие конструктивные элементы называются оболочками.

Если половину арки вращать как образующую вокруг вертикальной оси, то получим купол. Поверхность купола имеет кривизну в двух направлениях. Оболочки, имеющие кривизну в двух направлениях, называются оболочками двоякой гауссовой кривизны. Производной купола является парусный свод

(парусная оболочка), который в отличие от купола опирается только на четыре опоры и перекрывает пространство, квадратное в плане.

Пологие оболочки двоякой положительной гауссовой кривизны находят широкое применение в строительстве современных общественных и промышленных зданий. К таким оболочкам относятся также оболочки переноса: бочарный и лотковый своды. Их поверхности образуются путем движения (переноса) кривой по другой кривой, расположенной в плоскости, перпендикулярной к плоскости первой кривой.

Особую группу криволинейных конструкций представляют оболочки двоякой отрицательной гауссовой кривизны в форме гиперболического параболоида, или гипара. Его поверхность образуется движением параболы ветвями вверх по параболе ветвями вниз, т.е. Параболы имеют разные знаки. Лотковый свод также может иметь форму гиперболического параболоида. Гиперболический параболоид относится к числу линейчатых поверхностей и может быть образован путем применения прямолинейных конструктивных элементов.

Оболочки двоякой кривизны являются распорными конструкциями. В большинстве типов сводов-оболочек распор направлен наружу. В гипарах и лотковых сводах он направлен вовнутрь. Это значит, что для восприятия распора в оболочках положительной кривизны и цилиндрических необходимо устраивать затяжки, как в арках. Вместо них можно применять диафрагмы по торцам и внутри длинных цилиндрических оболочек или опирать эти оболочки на мощные опоры, иногда усиливаемые контрфорсами.

Применение железобетона и металла для сводов-оболочек положительной и отрицательной гауссовой кривизны позволяет делать их очень легкими и создавать новые архитектурные формы.

Комбинированные оболочки начиная с последней трети XX в. получили широкое применение для покрытия большепролетных зданий. Они комбинируются из фрагментов оболочек с одинаковыми или разными знаками кривизны. Такие комбинации позволяют добиться выгодных технических параметров (например, уменьшение стрелы подъема) и получить индивидуальную выразительность архитектурных сооружений с различной формой плана. Наряду с покрытиями залов такие оболочки

10

эффективны для применения в инженерных сооружениях – башнях, резервуарах и т.п.

Особую группу пространственных конструкций представляют складчатые конструкции (складки). Складки состоят из плоских или криволинейных тонкостенных элементов треугольного, трапециевидного или другой формы сечения. Они позволяют перекрывать большие пролеты (до 100 м), экономно используют материалы и часто определяют архитектурнохудожественную выразительность сооружения. Складки, так же как и цилиндрические оболочки и оболочки двоякой кривизны, являются распорными конструкциями. Поэтому по торцам во всех волнах складки, или

водной, или нескольких волнах необходимо устраивать диафрагмы жесткости или горизонтальные стержневые связи, работающие на растяжение.

Висячие конструкции известны с середины XIX в, но широко применяться они стали на 100 лет позже. Основными несущими элементами

вних являются гибкие тросы, цепи, кабели (ванты), воспринимающие только растягивающие усилия. Висячие системы могут быть плоскими и пространственными. В плоских конструкциях опорные реакции параллельных рабочих тросов передаются на опорные пилоны, способные воспринять вертикальные опорные реакции и распор, который в этом случае действует в направлении, противоположном распору в выпуклых оболочках. Поэтому для его восприятия в некоторых случаях применяются оттяжки, надежно заделанные в земле с помощью анкеров – специальных элементов, способных выдержать выдергивающие усилия.

Косновной конструкции при помощи растянутых тросов подвешивается ограждающая конструкция покрытия. Ограждающая конструкция может быть выполнена также из монолитного железобетона или из сборных железобетонных плит, которые играют также роль пригрузочных элементов, препятствующих обратному выгибу таких покрытий при ветровой нагрузке, направленной снизу вверх. Для обеспечения геометрической неизменяемости таких конструкций используют различные способы их стабилизации. В вышеописанных плоских системах часто прибегают к предварительному напряжению путем укладки поверх плит дополнительного пригруза. После удаления пригруза тросы, пытаясь сократиться до первоначальной длины, обжимают замоноличениое железобетонное покрытие, превращая его в висячую вогнутую жесткую оболочку. Водоотвод с кровли в таких конструкциях осуществляется регулированием натяжения вант покрытия (более сильное – в центре здания, более слабое – по торцам).

Пространственная висячая конструкция состоит из опорного контура и из системы тросов, образующих поверхность, по которой может быть уложена ограждающая конструкция. Опорный контур (железобетонный или стальной) воспринимает распор от системы тросов. Вертикальные нагрузки передаются на стойки, поддерживающие опорный контур, или на другие конструкции. Для стабилизации пространственных висячих конструкций часто применяют две системы тросов – рабочих и стабилизирующих

11

(двухпоясная конструкция). Тросы обеих систем располагаются попарно в плоскостях, перпендикулярных поверхности покрытия, и соединяются друг с другом жесткими распорками, создающими предварительное напряжение тросов. В статической работе такой системы ограждающая конструкция покрытия не участвует и может быть устроена по несущим (провисающим) или по стабилизирующим (выпуклым) тросам.

Мембранные оболочки наиболее эффективны среди висячих конструкций, так как они совмещают несущие и ограждающие функции. Они состоят из тонких металлических листов, закрепленных на контуре. Используя в качестве материала сталь толщиной всего 2–5 мм, ими можно перекрывать пролеты свыше 300 м. Мембрана работает в основном на растяжение в двух направлениях. Таким образом, опасность потери устойчивости исключается. Усилия с пролетной конструкции воспринимаются замкнутым опорным контуром, работающим совместно с мембраной, которая в большинстве случаев обеспечивает его устойчивость.

Тентовые покрытия используются как временные сооружения больших пролетов – цирки шапито, склады, спортивные и выставочные павильоны. В зависимости от вида мягкого материала такие сооружения могут применяться и для ответственных сооружений.

Пневматические конструкции начиная со второй половины XX в.

широко применяются для временных сооружений, требующих быстрого монтажа и демонтажа (временные склады, выставочные павильоны). В последние годы такие конструкции стали применяться для массового строительства спортивных залов. Применяются такие конструкции и для опалубки при возведении монолитных железобетонных оболочек. Конструкции выполняются из воздухонепроницаемой прорезиненной ткани, синтетических пленок или других мягких воздухонепроницаемых материалов. Конструкция занимает проектное положение благодаря избыточному давлению заполняющего ее воздуха. Различают

воздухоопорные и пневмокаркасные конструкции.

Проектное положение воздухоопорной конструкции обеспечивается очень незначительным избыточным давлением (0,002–0,01 атм), которое не ощущается людьми, находящимися в помещении. Для сохранения избыточного давления входы в помещения осуществляются через специальные шлюзы с герметическими дверьми. В систему инженерного оборудования включены вентиляторы, при необходимости подкачивающие воздух внутрь помещения. Характерные пролеты – 18–24 м. Пневматические каркасы (воздухонесущие системы) выполняют из длинных узких баллонов, в которых создают избыточное давление (0,3–1,0 атм). Конструктивная форма такого каркаса – арочная. Арки устанавливаются вплотную друг к другу, образуя сплошной свод, либо на расстоянии. Шаг арок – 3–4 м, пролет

– 12–18 м.

12

2.3. СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ.

2.3.1. Большепролетные конструкции промышленных зданий

Восновном промышленные производства размещают в одноэтажных зданиях. Одноэтажные здания составляют до 80% от общего объема промышленного строительства.

Взависимости от количества пролетов одноэтажные здания делят на одно- и многопролетные. По ширине пролетов различают мелкопролетные (L<12 м) и крупнопролетные (L>12 м) здания. В современном промышленном строительстве основными типами являются многопролетные здания с широкими пролетами, в которых большие производственные площади не стеснены промежуточными опорами. Применение железобетонных и армоцементных оболочек, стальных и алюминиевых ферм, пространственных систем и других высокопрочных легких конструкций покрытий позволяет строить большепролетные промышленные здания с пролетами равными 36, 42, 60 м и более. В таких зданиях, как правило, размещают цеха авиационных заводов, ангары, гаражи и т.п.

2.3.2. Большепролетные конструкции гражданских зданий

Большепролетные конструкции покрытий устраивают при проектировании зрелищных, спортивных, торговых, выставочных, а также ряда общественных зданий другого назначения, включающих зальные помещения. Для покрытий залов применяют плоскостные и пространственные железобетонные, металлические и деревянные несущие конструкции. Среди плоскостных наиболее широко распространены настилы, балки, фермы, арки и рамы. Среди пространственных – перекрестностержневые системы типа «структура», тонкостенные оболочки и висячие системы.

Статическое преимущество пространственных систем – работа их основных элементов на осевые усилия, что определяет большую экономию материалов. В то же время пространственная форма таких конструкций усложняет и удорожает их изготовление и монтаж. Поэтому общий экономический запас оказывается в пользу пространственных конструкций при пролетах в 30 метров с дальнейшим увеличением их экономичности при возрастании пролета.

Пролет менее 30 м характерен для большинства зальных помещений общественных зданий массового строительства и экономически наиболее целесообразно применение здесь плоскостных конструкций, а для уникальных зданий – пространственных.

13

3. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. СП 118.13330.2012. Общественные здания и сооружения. - Москва, 2012

2.Зверев Д.Н. Большепролётные конструкции покрытий общественных

ипромышленных зданий. - С.Петербург, 2010.

3.Змеул З.Г., Маханько Б.А. Архитектурная типология зданий и сооружений. - Москва, «Архитектура-С», 2004 г.

4.Гельфонд А.Л. Архитектурное проектирование общественных зданий

исооружений. - Москва, 2006.

14