XVII. Тонкостенные пространственные конструкции покрытий

общественных и промышленных зданий.

Тонкостенными пространствен­ными конструкциями называют такие конструкции, пространственная форма которых обеспечивает их жесткость и устойчивость, что позволяет их тол­щину доводить до минимальных раз­меров. К ним относят оболочки и складки. Оболочками - гео­метрические тела, ограниченные кри­волинейными поверхностями, расстоя­ния между которыми малы по срав­нению с другими их размерами. Складки же состоят из плоских тонкостенных плит, же­стко соединенных между собой под некоторым углом.

Формы разных видов оболочек различаются гауссовой кривизной, ко­торая представляет собой произведе­ние двух взаимно нормальных кри­визн p₁ и р₂ рассматриваемой оболоч­ки. Кривизной р называется величина, обратная радиусу кривизны R: p—1/R. При отрицатель­ном знаке оболочки двоякой кривиз­ны имеют прогибы в разные стороны; при положительном — в одну.

Раз­личаются оболочки и по способу их геометрического формообразования: способ переноса и способ вращения. Способ переноса заключается в пе­реносе образующей линии, прямоли­нейной или криволинейной, вдоль на­правляющей Линии, лежащей в пло­скости, перпендикулярной плоскости образующей. Другой способ состоит из вращения образующей вокруг неко­торой оси, лежащей в ее плоскости. При этом некоторые поверхности, как, например, цилиндрическая круговая поверхность и поверхность гиперболи­ческого параболоида (гипара), могут формироваться как по способу пере­носа, так и по способу вращения (рис. XVII -1,а, б, л, м). Все другие виды цилиндрических оболочек — парабо­лические, эллиптические и т. д. — могут быть получены только по способу переноса (рис. XVII -1,а).

Работая в двух взаимно перпенди­кулярных вертикальных плоскостях, оболочки должны проектироваться с учетом особенностей работы в каж­дой из этих плоскостей. Так, цилинд­рическая оболочка в продольном на­правлении работает как балка с про­летом L, у которой в нижнем поясе возникают растягивающие усилия, а в верхней части оболочки эти усилия сжимающие (рис. XVII -2). Поэтому конструктивная высота такой оболоч­ки должна быть не менее 1/10 проле­та L. В поперечном направлении ци­линдрическая оболочка работает как распорная конструкция типа тонко­стенной арки с пролетом 1(1≤1/2 L). Для погашения распора в этом на­правлении предусматриваются диа­фрагмы жесткости, устанавливаемые по длине оболочки с шагом, равным (1... 1,5)l.

Диафрагмы жесткости цилиндриче­ской оболочки выполняются как сплошные стены жесткости, как фер­мы, вделанные в оболочку, как арки с затяжками. В то же время распор, который действует между диафрагма­ми жесткости, должен быть воспри­нят бортовым эле­ментом, который работает как балка в горизонтальной плоскости и пере­носит распорные усилия на диафраг­мы жесткости.

Гауссова крибизна Оболочки переноса Оболочка вращения вокруг

Горизонтальных Вертикальной

) осей х (у оси z

нулевая кривизна

положительная кривизна

отрицательная кривизна

Рис, XVII -1. Основные тиры поверхностей оболочек:

а, б — цилиндрическая;в д — конически вертикальная и горизонтальная; г — конои-дальная; е — бочарная; ж — тороидальная; и— сферическая; к — парусная; л, м — с, поверхностью гипара; н - воронкообразная

Отношение конструктивного подъ­ема цилиндрической оболочки или ее стрелы f к распорному пролету l не должно быть менее 1/7 и не более1/2. Распорный пролет, или длину волны длинной цилиндрической оболочки, обычно принимают не более 12 м.

Бочарные и тороидальные оболоч­ки в отличие от цилиндрических рабо­тают как распорные конструкции и в продольном, и в поперечном направ­лениях. В поперечном распоревоспринимается диафрагмами жестко­сти. Для восприятия же распора в продольном направлении предусматри­ваются затяжки. Ес­ли покрытие состоит из рядом распо­ложенных нескольких оболочек, бор­товые элементы, развитые в ширину, предусматриваются только в крайних пролетах.

У бочарных и тороидаль­ных оболочек диафрагмы жесткости можно предусмотреть только по тор­цам или решить торцы переходом в коноиды (рис. XVII -2,и).

Рис XVII -2. Пространственные сво­ды-оболочки:

а — длинная цилиндрическая; б —много­ волновая цилиндрическая и синусоидаль­ ная оболочки; в — сплошная диафрагма жесткости; г—арочная диафрагма; д —- рамная диафрагма; е — бочарный свод- оболочка; ж — то же, с коноидальным опиранием; и-— схема монтажа бочарного свода; к — сборный сетчато-ребристый свод-оболочка;

/ — оболочка монолитная или сборная;

2—диафрагма жесткости; 3 —бортовой элемент;

4 — подвеска;

5 —затяжка

Складки в отличие от оболочек формируются из тонкостенных пло­ских элементов, жестко скрепленных между собой под различными углами. Если сечение складки от опоры до опоры постоянно и не меняется в про­ лете, то такую складку называют призматической. Призматические складки в основном применяются углового и трапециевидного сечения (рис. XVII -3,а, б).

Длинномерные, опертые по двум сторонам, призматические складки работают в продольном направлении как балка, а в поперечном — как рама. По торцам призма­тических складок устанавливаются диафрагмы жесткости, которые повторяются и в пролете.

К непризматическим складкам от­носятся складки косоугольные со схо­дящимися гранями, шатровые, прямо­угольного плана, с одинаковым укло­ном граней со всех четырех сторон, сводчатые и купольные (рис. XVII -3—м). Конструктивная высота длинномерных складок, как призмати­ческих, так и косоугольных, не должна быть меньше 1/10…1/15 глав­ного пролета L: пролет L у таких складок обычно не превосходит 50 м, а в шатровых —20 м.

Складки бывают монолитные и сборные, гладкие и ребристые. Моно­литные складки выполняются обычно гладкими, с толщиной стенки не менее 5 см. Сборные выполняются из пло­ских плит, окаймленных ребрами, вы­сота которых принимается 1/100…1/150 главного пролета, а толщина самой плиты принимается в 2... 3 раза мень­ше, но не менее 3 см.

Складчатые покрытия могут обра­зовывать своды с пролетами до 60 м и выше Складки могут быть выполнены также и в комбинации с оболочкой. Материалом для складок служит в основном железобетон, однако склад­ки могут быть выполнены и из клее­ной древесины, и из металла.

Рис. XVII -3. Складки и шатры:

а, б — призматические пилообразные и трапецеидальные;

в — пилообраз­ные из треугольных плоскостей;

г — шатер с плоским верхом;

д — складка-капитель;

е — складка-шатер со спущенными краями;

ж — много­гранный шатер;

и, к, л — многогран­ные складчатые своды;

м — много­гранный складчатый купол;

н — сбор­ное складчатое призматическое по­крытие (ПНР);

о — сборная складка из плоских элементов (ГДР)

Ключевые слова:

- оболочки и складки

-гауссовая кривизна

-радиус кривизны

-способ переноса и способ вращения

-цилиндрическая, коноидальная, тороидальная и оболочки

-бортовой элемент

-призматические складки углового и трапециевидного сечения

- косоугольные складки

- шатровые складки

- сводчатые складки

- купольные складки

- монолитные и сборные складки

- гладкие и ребристые складки

XVIII. Сборные железобетонные оболочки КЖС. Гиперболические плиты – оболочки.

Для покрытий промышлен­ных зданий с пролетами 12, 18 и 24 м. Ширина основных плит-оболочек рав­няется 3 м, доборных —1,5 или 2 м. КЖС (крупноразмерные железобетонные сводчатые оболочки) представляет собой пологую предварительно напряженную короткую цилиндрическую оболочку с двумя ребрами-диафрагмами сегментного очертания (рис. XVIII-1). Диафрагмы — стенки облегченной конструкции, име­ющие вертикальные ребра жесткости. В нижней, утолщенной зоне диафрагм располагается напрягаемая арматура плиты, играющая роль затяжек рассматриваемой оболочки. Плиты-обо­лочки выполняют из бетонов классов В25...В45. Опирают плиты-оболочки на продольные несущие конструкции — стены или железобетонные балки пря­моугольного сечения высотой 500.., 600 мм (при шаге колонн 6 м); на предварительно напряженные двутав­ровые балки высотой 1000... 1200 мм или на фермы раскосно-шпренгельного типа (при шаге колонн 12 м). Плиты-оболочки крепят к этим конструкциям с помощью листовых шарниров, обеспечивающих возможность поворота се­чения плиты в вертикальной плоскости (рис. XVIII-1,д).

Плиты выпускают сплошными, с проёмами в полке для пропуска вентиляционных шахт и воздуховодов, а также с центральным проемом размером 6x2,5 м под светоаэрационные и зенитные фонари. Они допускают подвеску крановых путей. Их крепят к подстропильным конструкциям с обязательной уста­новкой на листовые шарниры, не допускающие защемления плит на опорах.

Рис. XVIII-1. Плиты-оболочки КЖС:

а,б-плит-оболочек (а—плита -оболочка с проемом для светоаэрационного или зенит­ного фонаря; о — плита-оболочка основная рядовая); в — конструкция стыка со стороны взаим­ного примыкания плит;г— стальная анкерная деталь; д—деталь крепления плит-оболочек к продольным несущим балкам; / — плита-оболочка КЖС; 2 -диафрагма; 3 — ребро жесткости-4 — пологий вут; 5 —стальной анкер; 6 — разбивочная ось; 7 — полоса толя или рубероида;8- замоноличивание бетоном; 9—отверстие для строповки;10— торцовая арматура;//—заводская сварка; 12-напрягаемая арматура плиты-оболочки; 13-буквенная ось; 14-закладнаядеталь;15—листовой шарнир; 16 -монтажная сварка; /7 - продольная несущая железобетонная балка

Гиперболические плиты-оболочки применяют в промышленных зданиях для тех же пролетов, что и плиты-обо­лочки КЖС. Они представляют собой вытянутые оболочки отрицательной Гауссовой кривизны, обрамленные продольными бортами и торцовыми диафрагмами, служащими для опирания плиты-оболочки на несущие конст­рукции. Высоту сечения плит-оболочек в середине пролета принимают: Л== 1/25…1/15; глубину волны прини­мают f={1/8…1/4)b (рис. XXII. 10, а). Если ширина и глубина волны ограни­чены, строительную высоту конструк­ции увеличивают введением продоль­ного ребра-киля. С целью уменьшения массы киль выполняют облегченным: с тонкой стенкой и вертикальными реб­рами жесткости или с отверстиями, что позволяет прокладывать коммуника­ции в пределах покрытий (рис. XVIII-2,6).

Рис. XVIII-2. Крупноразмерные гиперболические плиты-оболочки: а — гиперболическая плита-оболочка; б — гиперболическая килевая плита-оболочка; 1 — продольный борт; 2 — наклонная торцовая диафрагма; 3 — торцовое ребро; 4 — киль; 5 — отверстие в киле для прокладки коммуникаций; 6 — ребро жесткости

Ключевые слова:

- ребра -диафрагмы сегментного очертания

- листовые шарниры

- плиты сплошные и с проёмами

- продольные борты

- торцовая диафрагма

- продоль­ное ребро-киль