Структурные конструкции. Принципы конструктивного выполнения и расчета

Структурные конструкции

Дальнейшим развитием плоских сплошных и сквоз­ных конструкций в современном строительстве являются конструктивные схемы из перекрестных балок, ферм, объемных пластинчатых и стержневых элементов. К та­ким системам относятся пространственные плиты и оболочки, состоящие из регулярно-стержневых или регу­лярно-пластинчатых образований, носящие общее назва­ние структурные конструкции или просто структуры.

Количество пересекающихся в одном узле балок или ферм, а также их отклонение от вертикали дают самые разнообразные структурные построения. Структуры, об­разованные из перекрестных линейных элементов, иду­щих в трех направлениях, способны работать на круче­ние и поэтому являются более жесткими, по сравнению со структурами, образованными из двух линейных пере­секающихся элементов.

К положительным качествам структур относятся: унификация конструктивных элементов, принципиальная простота их монтажа, большая пространственная жест­кость конструкций, способствующая увеличению пролета покрытия, архитектурная выразительность решения, многосвязность системы, повышающая степень надежности конструкции при локальных разрушениях, частота узлов сетки, позволяющая закрепить подвесной транспорт и оборудование, простота транспортировки, снижение кон­структивной высоты и др.

Рис.1 Структуры из деревянных перекре­щивающихся балок и фа­нерных элементов'в фор­ме тетраэдров

а — схемы структур из пе­рекрещивающихся балок; б — узловые соединения ба­лок; в — структура из регу­лярно-пластинчатых фанер­ных элементов

К недостаткам структурных систем относится повы­шенная трудоемкость изготовления и сборки.

Самыми простыми по конструктивной схеме являются структуры из пересекающихся в двух или трех направ­лениях клееных или клеефаиерных сплошных балочных элементов. Угол между балками в плане может состав­лять 90, 60 или 45°. При жестком соединении балок в узлах получается пространственная статически неопреде­лимая система. В зависимости от разм. покрытия и вида кровельного ограждения размер ячейки структуры изменяется от 2,4 до 7,2 м.

Пролет структурных плит колеблется в пределах 12-28 м. Высота балочных элементов структуры состав­ляет 1/16—1/30 пролета. Общая устойчивость системы может обеспечиваться настилом или второстепенными балками. Расчет структуры, как многократно статически неопределимой системы, производят на ЭВМ. Для неко­торых структурных схем можно воспользоваться табл. 1. Наиболее распространенным решением узловых соединений являются соединения на нагелях с помощью металлических планок.

Балочные элементы могут быть одиночными или спа­ренными. На рис. 1, а, б приведены некоторые схемы структур из перекрещивающихся балок и их узловые соединения. Примером структуры из регулярно-пластин­чатых элементов может служить покрытие, которое было представлено на строительной выставке в Лондоне. В этой конструкции (рис. 1, е) раскосы заменены объемными элементами в форме тетраэдра, каждый из которых собран из четырех треугольных листов фанеры, соединенных брусками. Одно из ребер тетраэдра входит в паз элемента нижней решетки, другое — в паз элемен­та верхней решетки, перпендикулярного нижнему. Объ­емные связи между поясами структуры обладают более высокой жесткостью, чем линейные раскосы.

Нагрузки и изгибающие моменты в перекрестных балках при квадратных в плане перекрытиях (g – нагрузка на 1 м²)

Таблица 1

В последнее время разработано много вариантов ме-таллодеревянных конструкций, в которых растягиваю­щие усилия воспринимаются металлическими стержнями, а сжатые и внецентренно сжатые стержни выполнены из древесины. Примером такой комбинированной конст­рукции может быть структурное покрытие размером в плане 18x18 м, разработанное в ЦНИИСК им. В. А.Ку­черенко, для применения в труднодоступных районах в период их освоения. Высота структуры 1,7 м. Растяну­тые нисходящие раскосы и стержни нижнего пояса вы­полнены из уголков 50х5 мм. Стойки деревянные 130X130 мм, установлены с шагом 3 м. Верхний пояс об­разуют сборные клеефанерные плиты размером 3X3 м. Узловые соединения решены с помощью металлических оголовников заводского изготовления, закрепленных на деревянных стойках. Масса покрытия с утеплителем 45 кг/м², расход стали 10 кг/м², трудозатраты 1,72 чел.-ч/м², расход древесины 0,03 м³/м², фанеры — 0,016 м³/м².

В пластмассовых структурах, как в плоских (пли­тах), так и в криволинейных (сводах) используют объ­емные светопрозрачные или светонепроницаемые пира­мидальные или гиперболические элементы, соединенные в вершинах металлическими профилями. Размер основа­ния пирамид 1,2—1,8 м, высота 0,5—0,6 м, толщина сте­нок около 3 мм. Нижний пояс структуры образуется реб­рами пирамиды, верхний — металлическими профилями.

Размер по диагонали гиперболических элементов структуры в форме ромба достигает 7 м. Такие гипербо­лические элементы из стеклопластика толщиной 5 мм, соединенные в углах металлическими профилями, обра­зуют пояса структуры покрытия рынка пролетом 21 м в г. Лезу (Франция).