 |
Монтаж купольных покрытий, мягких и тентовых оболочек. ТБ. Определение и обозначение опасных зон.
|
|
|
|
МОНТАЖ МЯГКИХ ОБОЛОЧЕК
Мягкая оболочка представляет собой конструкцию из специаль
ной ткани, форму, устойчивость и несущую способность которой
обеспечивает постоянно поддерживаемое избыточное давление воз
духа или легкий каркас. -
Мягкие оболочки предназначены для устройства в основном временных сооружений: выставочных павильонов, спортивных залов, складов, укрытий для техники, защитных укрытий для создания микроклимата при производстве строительных работ.
Тентовую часть оболочки выполняют из прорезиненной ткани на основе синтетического волокна. Масса 1 м2 такой ткани 400......1000 г, она достаточно газонепроницаема, имеет высокую прочность при разрыве и температурный интервал работы 30...50°С. Различают два конструктивных типа мягких оболочек: в виде пневматических строительных конструкций (ПСК) и тентового типа.
Пневматические строительные конструкции имеют три разновидности: воздухоопорные, пневмокаркасные и пневмопанельные.
Воздухоопорные оболочки, которые поддерживают в проектном положении избыточным давлением воздуха 0,1...0,2 кПа (при ветровом режиме — 0,4...0,5 кПа), создающим в конструкции состояние предварительно напряженного равновесия. Воздухоопорные оболочки имеют по сравнению с другими типами ПСК ряд эксплуатационных преимуществ и поэтому получили большее распространение. К числу таких преимуществ относятся относительно низкая стоимость, небольшая масса (в 2; 3 раза меньше массы пневмокаркасных конструкций), повышенная стойкость к внешним нагрузкам и безопасность в эксплуатации.
Недостатками таких оболочек являются постоянная подкачка воздуха, большие теплопотери, выпадение конденсата в зимнее время и перепрев в летнее, необходимость устройства Последнее обстоятельство исключает возможность применения воздухоопорных оболочек для сооружений с постоянным движением техники, например для гаражей.
|
|
|
К настоящему времени в стране возведен целый ряд воздухолорных конструкций самого различного назначения.
Пневмокаркасные конструкции — такие конструкции, в которых несущие функции выполняют трубчатые надувные арки или рамы, а ограждающие — воздухонепроницаемая ткань. У
К числу преимуществ этого типа оболочек относятся отсутствие необходимости в шлюзовании и герметизации сооружений по контуру и меньшие потери избыточного давления. Вследствие возможности применения двухслойного тента в таких оболочках значительно меньше теплопотери. Вместе с тем эти оболочки имеют большую массу и сложнее в транспортировании и монтаже. Их конструкция, как правило, самонесущая, не рассчитана на снеговые и ветровые нагрузки. Поэтому в пневмокаркасных элементах при выходе их из плоскости появляются изгибающие моменты, что вынуждает закреплять их в вертикальной плоскости.
В некоторых конструкциях пневмокаркасных оболочек преду. емотрена установка элементов каркаса вплотную друг к другу. В этом случае конструкция становится более устойчивой к воспринятою внешних нагрузок, а сравнительно больше диаметры элементов каркаса (600...2000 мм) позволяют обеспечить их несущую способность при низком избыточном давлении (0,05...0,02 МПа). Пневмопанельные оболочки выполняют из двухслойных тканевых панелей, плоскости которых соединяют связями. Напряженное состояние панелей создается небольшим избыточным давлением (0002 МПа) Пневмопанельные конструкции из-за сравнительно высокой стоимости пока не получили широкого распространения. Однако они достаточно перспективны, так как, обладая всеми преимуществами пневмокаркасной конструкции, имеют большую несущую способность.
|
|
|
Тентовые оболочки представляют собой однослойный или двухслойный тент, поддерживаемый в проектном положении легким металлическим каркасом из алюминиевых, стеклопластиковых или полиэтиленовых труб. Тентовые конструкции не требуют поддержания в них избыточного давления и поэтому дешевле в эксплуатации/ Они имеют большую по сравнению с пневматическими конструкциями устойчивость, однако менее удобны при транспортировании. Тентовые оболочки могут быть изготовлены в северном исполнении (с утепленным двухслойным покры-Технология возведения мягких оболочек. Важными преимуществами мягких оболочек являются их мобильность и транспортабельность. Это позволяет в течение нескольких суток возводить оболочки и вводить их в эксплуатацию, а при необходимости в такие же короткие сроки демонтировать и перевозить их к месту новой установки.
Монтаж воздухоопорных конструкций состоит из нескольких операций. Свернутую оболочку в специальном жестком контейнере или мягкой влагонепроницаемой упаковке доставляют к месту установки.
Оболочку вынимают кранами из контейнера и раскладываю на специально подготовленной площадке.
Оболочки размером свыше 1000 м2 доставляют к месту монтажа отдельными секциями, которые затем соединяют монтажными швами. В отличие от заводских клеепрошивных швов монтажные швы не имеют достаточной герметичности. Поэтому с внутренней стороны шва устраивают фартук, прижимаемый избыточным дав лением воздуха, повышающим герметичность шва.
После раскладки края оболочки по периметру крепят резиновыми трубами, наполненными водой или песком, с устройством анкерных креплений. Для лучшей герметизации опорного контура к краям оболочки, пришивают фартук, который подворачивают внутрь оболочки. Этот фартук плотно прижимается к основанию избыточным давлением воздуха. После раскладки и закрепления оболочки устанавливают шлюзы каркасной конструкции, с внутренними воротами — распашными, а наружными — раздвижными. Оболочку со шлюзами соединяют с помощью тканевых переходников, предусмотренных в оболочке и шлюзах.
|
|
|
Монтаж иневмокаркасных конструкций можно вести двумя способами.
Первый способ предусматривает предварительное заполнение арок или рам каркаса воздухом до избыточного давления и подъем их лебедками в рабочее положение вместе с пристегнутым к ним тентом. При втором способе монтажа элементы каркаса присоединяют ремнями к тенту, а контуры тента закрепляют к основанию и герметизируют. Оболочку поднимают в проектное положен ние, подавая воздух в подтентовое пространство, после чего элементы каркаса заполняют воздухом до избыточного давления.
Элементы пневматического каркаса опираются на стальные фундаментные опоры. Шарнирное соединение арок или стоек рамы после их подъема в вертикальное положение превращается в жесткое путем фиксации опорных частей относительно фундамента. Для придания устойчивости пневмоэлементам каркаса их закрепляют в вертикальной плоскости с помощью тента и системы растяжек.
Монтаж тентовых оболочек сводится к установке каркаса и устройству по нему тентового покрытия.
В каркасе такой оболочки могут быть быстроразъемные соединения, а в тканевой основе — специальные «застегивающиеся» устройства. В этом случае оболочку можно перевозить несколькими транспортабельными пакетами. После того как оболочка (или ее часть) доставлена на место установки, ее монтируют с помощью легких кранов или вручную с применением простейших монтажных приспособлений. Затем края оболочки по периметру закрепляют с помощью инвентарных анкеров и обваловывают грунтом. Если в тентовых конструкциях имеются наружные поддерживающие стойки, их крепят с помощью стальных вант с натяжными устройствами и анкеров.
Перспективы совершенствования возведения мягких оболочек. Можно предположить, что в текущем десятилетии мягкие оболочки получат значительное распространение, особенно в труднодоступных р отдаленных районах страны. Поэтому главными направлениями совершенствования возведения мягких оболочек явятся: улучшение эксплуатационных качеств покрытий оболочек, в том числе и увеличение сроков службы до 10...15 лет, повышение сте пени технологичности оболочек при транспортировании и монтаже. Существующие ткани, предназначенные для покрытий оболочек, пока не отвечают равнозначно всем основным требованиям, предъявляемым к таким конструкциям: трудновоспламеняемости, работоспособности при низких температурах, биостойкости, высоким гарантийным срокам эксплуатации.
|
|
|
В ближайшей перспективе промышленность будет выпускать ткани пленочных покрытий, сочетающие в себе перечисленные качества. Эти покрытия будут выполнены из композиционных материалов на основе высокопрочных синтетических волокон с газо содержащим слоем из резиновой или термопластичной пленки Одним из возможных решений может явиться применение для воз духоопорных сооружений нержавеющей стали. Например, в Кана де была сооружена оболочка эллиптической формы с размерами по осям 100 и 80 м. Оболочка была собрана из стальных заготовок толщиной 1,6 мм, что составило около 13 кг на 1 м2 покрытия. Конструкция оболочки обеспечивала шарнирность соединения швов между заготовками и их воздухонепроницаемость, а также исключала обрушение конструкции в случае потери избыточного давления под ней. Избыточное давление, создаваемое вентиляторами под оболочкой, составляло 340 Па.
Наряду с улучшением эксплуатационных качеств оболочек будет повышена технологичность их конструкций. В частности, должна быть улучшена конструкция монтажных швов, что даст возможность перевозить оболочки более легкими, т. е. более транспортабельными, пакетами; усовершенствована шарнирная конструкция опор пневмокаркасных конструкций, что позволит возводить оболочки методом самомонтажа. Будут усовершенствованы конструкции и методы сборки тентовых оболочек, в том числе и оболочек в северном исполнении
Покрытия в виде тонкостенных пространственных конструкций
Области применения и классификация. Тонкостенные пространственные покрытия в отличие от плоскостных систем (набора плит, балок, ферм и др.) работают под нагрузкой в обоих направлениях
. Вследствие благоприятных условий статической работы такие конструкции требуют наименьшего расхода материала, в них отношение собственной массы к полезной нагрузке минимально. Пространственные тонкостенные конструкции благодаря приданию им рациональных геометрических форм позволяют использовать положительные свойства железобетона с наибольшей эффективностью. Пространственные конструкции покрытий из сборных железобетонных элементов применяют главным образом для зданий с укрупненной сеткой колонн 18 х 24 и 24 X х24 м и более. Такими конструкциями можно перекрывать без промежуточных опор большие площади — до 1 га и более. Тонкостенные пространственные покрытия применяют и для зданий различного назначения с большими пролетами — при сетке колонн 36 X36 и 40 X40 м и т. п. Разработаны также сборные типовые оболочки с размерами в плане 18 X24 и 18 X30 м.
|
|
|
Тонкостенные пространственные покрытия в зависимости от геометрического характера поверхности, по которой они очерчены, можно разделить на следующие основные типы: 1) складки различной формы, в том числе призматические, и складчатые своды (рис. 10.22); 2) оболочки и своды пулевой гауссовой кривизны: цилиндрические, конические и конондальные оболочки и цилиндрические своды (рис. 10.23); 3) оболочки и волнистые своды положительной гауссовой кривизны — сферические оболочки и купола, очерченные по поверхности вращения, пологие оболочки переноса на прямоугольном плане и др. (рис. 11.24, а...в) 4) оболочки отрицательной гауссовой кривизны — оболочки, очерченные по линейчатым поверхностям и гиперболического параболоида (гипары) и др. (рис. 10.24, г); 5) вспарушенные плиты, ступенчато-вспарушенные и шатровые панели.
Пространственное покрытие может быть выполнено монолитным или же собираться из отдельных криволинейных или плоских элементов (гладких или ребристых). Бортовые элементы l (см. рис. 10.23) выполняют в виде ребристых плит, диафрагмы 2 (см. рис. 10.23) — в виде цельных или составных железобетонных ферм, арок или рам.
Распространенные варианты членения длинных и коротких цилиндрических оболочек вращения (куполов), оболочек переноса на прямоугольном плане, волнистых сводов из плоских криволинейных панелей, шатрового складчатого покрытия и других на отдельные элементы представлены на рис. 10.25.
Конструкция цилиндрических оболочек. Цилиндрические оболочки покрытий (рис. 10.25, а) состоят из цилиндрической плиты, опирающейся вдоль образующей (по криволинейному краю) на диафрагму. Этим оболочка отличается от свода, опирающегося на направляющей, т. е. по прямолинейному краю на опоры, воспринимающие вертикальные и горизонтальные реакции свода. Цилиндрические оболочки делятся на короткие, работающие подобно безмоментному своду, и длинные, работающие (приближенно) как балка корытообразного сечения.
В длинной цилиндрической оболочке при равномерной нагрузке поперечное сечение оболочки деформируется в соответствии с рис. 10.26. Для уменьшения этой деформации устраивают бортовые элементы (рис. 10.27), которые могут влиять на вертикальную или горизонтальную составляющую смещения, или же на полное смещение. Выбор типа бортовых элементов зависит от условия краев оболочек, наличия поперечных ребер и т. д.
Диафрагмы оболочек могут представлять собой двутавровую балку переменной высоты с отверстиями для облегчения массы, арку с затяжкой, сегментную ферму, раму с криволинейным ригелем. Они передают нагрузку на поперечные стены или стойки. Принимается, что по линии опирания криволинейного края на диафрагмы изгибающие моменты в оболочке равны нулю (продольные моменты — вследствие шарнирности соединения, поперечные — вследствие абсолютной жесткости диафрагмы). Поперечные силы в этом месте равны нулю вследствие отсутствия моментов; таким образом действуют только усилия безмоментного напряженного состояния, возникающие в срединной поверхности оболочки: продольные поперечные и сдвигающие. Нагрузка может передаваться на диафрагму только усилиями сдвига S (рис. 10.28, 10.29); сумма вертикальных проекций этих усилии равна всей нагрузке, передающейся с оболочки на диафрагму. Таким образом, арочная диафрагма нагружена сдвигающими усилиями по криволинейному поясу и усилия в нем будут отличаться от усилий в обычной арке, загруженной вертикальной нагрузкой.
Для покрытия зданий значительных площадей применяют многоволновые (см. рис. 10.23, в) или многопролетные (см. рис. 10.23. б) цилиндрические оболочки. При этом в монолитных оболочках можно многократно использовать опалубку, а в сборно-монолитных — снизить количество типоразмеров элементов и увеличить оборачиваемость форм для их изготовления. Крайние и средние волны многоволновых оболочек работают неодинаково. Средняя волна зажата соседними волнами, т. е. в ней при равномерной нагрузке отсутствуют горизонтальные смещения 6 (см. рис. 10.26) и повороты нижнего края оболочки. В крайней же оболочке, где бортовой элемент при значительной его длине обладает сравнительно небольшой горизонтальной жесткостью и сопротивлением кручению, деформации в поперечном направлении могут существенно отражаться на напряженном состоянии конструкции.
Короткие цилиндрические оболочки обычно выполняются многопролетными и состоят из системы диафрагм, связанных по верхнему криволинейному поясу тонкой плитой (см. рис. 10.25, б). Диафрагмы, как и в случае длинных оболочек, выполняются в виде сквозных ферм, арок с затяжками или рам.
Купола. Железобетонные купола (рис. 10.30) являются наиболее рациональным типом покрытия, однако им покрывают лишь круглые в плане здания и сооружения. Поверхность куполов образуют чаще всего вращением вокруг вертикальной оси дуги окружности. Образующийся при этом купол называется сферическим. При вращении дуги эллипса получается эллиптический купол, при вращении прямой — конический и др. Отношение стрелы подъема купола к диаметру принимают равным не менее 0,2, толщину стенки монолитных куполов принимают 1 600 l, но не менее 5 см. Армирование купола в меридиональном направлении устанавливают из расчета сечений на внецентренное сжатие (совместное воздействие меридионального продольного усилия и меридионального момента). Кольцевую арматуру подбирают по величине кольцевого усилия. Стенку купола армируют обычно сеткой, в которой стержни одного направления воспринимают меридиональные усилия, а стержни другого — кольцевые. Около примыкания купола к опорному кольцу для восприятия опорных изгибающих моментов ставят дополнительную арматуру. Онорное кольцо рассчитывают на растяжение (все усилие передается на кольцевую арматуру опорного кольца). Эту арматуру целесообразно подвергать предварительному напряжению, что позволит благодаря применению высокопрочной стали сократить ее расход, повысить трещиностойкость опорного кольца и уменьшить распор купола. Напрягаемая арматура располагается в каналах или наматывается на боковую грань опорного кольца с последующим нанесением защитного слоя бетона торкретированием. Сборные купола монтируют из криволинейных меридиональных ребристых элементов (рис 10.30, а) или ребристых трапециевидных плит (рис. 10.30, б).
Пологие оболочки двоякой кривизны на прямоугольном плане. Такие оболочки положительной гауссовой кривизны (см. рис. 10.24, б) по расходу материалов на 25...30 % экономичнее цилиндрических.
Оболочки двоякой кривизны на прямоугольном плане обычно состоят из гладкой или ребристой плиты, опирающейся на жесткий контур из четырех ферм (арок). Поверхность оболочки возникает в результате параллельного перемещения (переноса) дуги окружности (образующей) по двум дугам того же радиуса (направляющим), поэтому такие оболочки иногда называют оболочками переноса. Конструкция работает главным образом на сжатие, но в угловых зонах возникают растягивающие усилия, воспринимаемые напрягаемой арматурой. Контурные диафрагмы воспринимают касательные напряжения, достигающие максимальных значений на опорах. Форма оболочки дает возможность разбить ее на отдельные четырехугольные элементы.
В качестве типового решения для промышленных и гражданских зданий приняты наиболее экономичные оболочки положительной гауссовой кривизны, собираемые из ребристых плит 3 X 6 и с цилиндрической поверхностью малой кривизны и обычным армированием (рис. 10.31). В качестве контурных элементов — диафрагм применяют предварительно напряженные сегментные фермы. Оболочки монтируют без устройства временных опор. Для этого на земле из плит собирают укрупненные монтажные блоки в виде свода шириной 3 м с временными затяжками, которые поднимают и устанавливают на ранее смонтированные фермы-диафрагмы. Временные затяжки удаляют после приобретения бетоном требуемой прочности.
Большепролетные железобетонные конструкции. Большепролетными называют конструкции покрытий зданий с пролетами свыше 40 м. Они встречаются при устройстве ангаров, крытых стадионов, выставочных павильонов, цехов авиазаводов и др. Большепролетные конструкции из железобетона по сравнению с металлическими имеют такие существенные преимущества, как повышенная огнестойкость, долговечность, экономия стали, меньшая стоимость и незначительные эксплуатационные расходы. Ниже дано описание отдельных примеров большепролетных конструкций покрытий в СССР и в некоторых зарубежных странах.
Оболочки двоякой кривизны на прямоугольном и круглом плане, описанные выше, успешно используются в большепролетных покрытиях. Примером подобной оболочки может служить конструкция покрытия торгового центра в Минске. Она выполнена в виде пологой оболочки положительной гауссовой кривизны, опертой по контуру здания на железобетонные колонны расположенные через 6 м. Выпуклый многогранник оболочки вписан в поверхность переноса, образующими и направляющими которой являются дуги окружности радиусом 132,6 м. Подъем оболочки в центре составляет 20,4 м, подъем контурной дуги — 10,2 м. Оболочки собраны из сборных преднапряженных элементов — плит и балок. Плиты номинальным размером 12 м снабжены продольными и поперечными ребрами. Верхняя поверхность плит — цилиндрическая с образующей по короткой стороне. Преобладающая часть плит имеет пря моугольную форму. Для участков, примыкающих к угловым зонам, предусмотрены доборные плиты трапециевидной и треугольной форм. Стержневая арматура продольных ребер плит подвергалась натяжению до бетонирования, с упором на опалубочные формы. Толщина полок плит колеблется в пределах от 50 до 100 мм в зависимости от положения плиты в оболочке. Угловые зоны, непосредственно примыкающие к вершинам углов оболочки, выполняют в виде монолитных плит толщиной 200...350 мм.
Оболочка двоякой кривизны на круглом плане над универсальным спортивным залом «Дружба» в Москве представляет собой составную систему из одной центральной оболочки и 28 складок по периметру (рис 10.32, а). Центральная оболочка положительной кривизны, весьма пологая (радиус кривизны R = 80 м), вписывается в квадрат со стороной 48 м, ее углы округлены. Пролет покрытия по диагонали сооружения достигает 96 м. Системой меридионально-кольцевых сечений центральная оболочка разрезана на сборные железобетонные цилиндрические плиты прямоугольного плана размерами 2370Х 7170 мм с ребрами высотой 500 мм по контуру.
Все складчатые оболочки имеют ромбический план; размеры диагоналей ромба — 7500 и 2600 мм. Каждая такая складка компоновалась из шести сборных железобетонных ребристых плит четырех типоразмеров, имеющих план, близкий к равнобедренному треугольнику. Боковые плиты очерчены по цилиндрической поверхности радиусом 60 м. Ширина плит 3,05 м, длина элементов 13,43 и 10,52 м. Плиты имеют по контуру ребра высотой 600 мм; промежуточные ребра высотой 300 мм расположены с шагом 3000 мм.
Средние плиты также очерчены по цилиндрической поверхности радиусом 70 250 мм. Максимальная их ширина составляет 2200, а длина — соответственно 15 250 и 12 350 мм. Высота контурных ребер 500 мм, промежуточных — 300 мм. Армирование всех элементов сооружения осуществлялось без предварительного напряжения. Номенклатура типоразмеров опалубочных форм оболочки покрытия сведена к минимуму — одна форма для плит центральной оболочки и три — для плит складчатых оболочек. Примеры других составных оболочек даны на рис. 10.32, б...г.
На рис. 10.33 показано сборномонолитное железобетонное пространственное покрытие спортивно-концертного зала в г. Ереване. Здание имеет сложный по конфигурации план размером около 120 X 190 м. Покрытие состоит из четырех блоков, несущими и контурными элементами которых являются Х-образные в плане сдвоенные арки-диафрагмы коробчатого сечения пролетом около 200 м. Каждый блок представляет собой самостоятельную систему, отделенную от остальных деформационными швами, расположенными между ветвями арок. В центре покрытия, в месте взаимного пересечения арок, расположено ядро жесткости двухъярусного замкнутого сечения. Блоки А и В покрытия, вписанные в острые углы Х-образных арок, выполнены в виде отдельных треугольных в плане однотипных оболочек положительной кривизны с самостоятельными арочными диафрагмами. По свободному краю оболочек расположены наклонные бортовые элементы. Каждая оболочка, в свою очередь, состоит из двух сопряженных оболочек треугольного плана размером 45 Х 60 м; поверхность их очерчена по сфере радиусом 86 м. Монтаж покрытия велся по принципу навесной сборки, причем сначала собирали ортогональную систему ребер, а затем на них укладывали плоские плиты, образующие поля оболочек покрытия.
Покрытия висячего типа. К ним относятся покрытия, образуемые системой вантов, опорным контуром и сборной железобетонной оболочкой. Различают плоскостную систему вантов, когда они располагаются в радиальном направлении или параллельно друг другу, и пространственную систему вантов, работающих в двух направлениях. В последнем случае ванты в обоих направлениях могут быть несущими (выпуклостью вниз) или же в одном направлении напрягающими (выпуклостью вверх), а в другом — несущими (выпуклостью вниз). Форма поверхности висячего покрытия зависит от характера кривой провисания несущих вантов. Опорный контур покрытия служит для восприятия распора вантов, а также для передачи на опоры вертикальных нагрузок. Элементы оболочки покрытия при монтаже укладывают на ванты, заранее закрепленные в опорных устройствах. Предварительное напряжение вантов производится с помощью монтажной нагрузки (пригрузки) или домкратов.
Рассмотрим несколько примеров висячих покрытий, возведенных в СССР и за рубежом. Крытый рынок в Киеве, рассчитанный на 1350 торговых мест с центральным торговым залом, перекрыт сборной преднапряженной висячей оболочкой, опирающейся на расположенные через 6 м наклонные сборномонолитные пилоны с вертикальными оттяжками. Водоотвод с покрытия обеспечивается за счет продольного уклона от середины к торцам здания, для чего стрела провеса вантов постепенно увеличивается от 4 м в середине до 2,8 м у торцов. Ванты — спаренные из стержневой арматуры класса А-III, шагом 2 м. По длине вант стержни стыковались ванной сваркой на металлических желобчатых подкладках.
В виде висячей преднапряженной оболочки решено покрытие круглого здания одного из торговых центров в Москве. Диаметр этой оболочки в осях опорного кольца составляет 80 м, высота здания 12 м, стрела провиса оболочки 35 м. Оболочка опирается на расположенные по периметру здания 16 наклонных колонн, шарнирно опертых на фундаменты и жестко соединенных в кольцевом направлении с опорным кольцом. По периметру здания расположена антресоль, перекрытие которой по внешнему контуру подвешено к опорному кольцу, а по внутреннему опирается на железобетонные колонны. В центре покрытия имеется отверстие диаметром 12 м, над которым установлена купольная решетчатая конструкция светового фонаря. Оболочка выполнена из сборных керамзитобетонных плит, уложенных по радиально расположенным (под углом 4°30') друг к другу вантам — канатам диаметром 52,5 мм из высокопрочной проволоки. Ванты с запрессованными на их концах наконечниками закреплены в опорном и центральном кольцах. Опорное сборно-монолитное кольцо смонтировано из сборных железобетонных корытообразных элементов номинальной длиной 16 м, центральное кольцо — стальное.
На рис. 10.34, а, б показано висячее покрытие ангара. При его проектировании возникла необходимость решения несущей конструкции покрытия пролетом 130 м при довольно небольшой строительной высоте — около 10 м, что было обусловлено требуемой высотой ворот 21 м и максимальной отметкой здания ангара 34 м. Покрытие выполнено из преднапря- женных железобетонных поясов шириной 7500 мм и толщиной 86 мм из легкого бетона, между которыми установлены фонари верхнего освещения. Упорами для поясов служат крайние железобетонные упорные рамы и промежуточная опора. Пояса армированы стальными стержнями диаметром 26,5 мм. Каждый пояс объединен с затяжкой, основное назначение которой — свести к минимуму поперечные деформации поясов при перемещении подвешенных к ним кранов. Концевые рамные упоры, снабженные противовесами, бетонировались в передвижной опалубке и армировались стержневой арматурой. Средняя пред- напряженная подстропильная балка коробчатого сечения 10,5 X 7,6 м и длиной 102,5 м установлена на преднапряженных колоннах высотой 24 м. Балку бетонировали отдельными блоками на уровне земли, оттягивали стержневой арматурой, а затем специальными устройствами устанавливали на колонны.
Для покрытия гаража на 500 автобусов (рис 10.34, в) принята круглая в плане висячая оболочка диаметром 160 м, опирающаяся на пустотелую железобетонную опору в центре и на 84 колонны по окружности. Несущие элементы покрытия — 84 радиальных ванта диаметром 69 мм. Распор воспринимается наружным сжатым сборно-монолитным железобетонным кольцом. По вантам уложены и закреплены выпусками арматуры ребристые железобетонные плиты заводского изготовления.
Висячее покрытие здания еще одного ангара показано на рис 10.34, г. Пояса сечением 400 150 мм, расположенные через 4450 мм и перекрывающие секции, армированы пучками прядей диаметром 12 мм, расположенных в каналах. Интенсивность предварительного обжатия бетона 18 МПа. Концы поясов закреплены на разных уровнях с разницей отметок 16 м. К поясам крепятся легкие краны для обслуживания ремонтных работ, а зазоры между поясами перекрываются ребристыми плитами размером 1,5 X 4,2, м, с прямоугольными отверстиями для зенитного освещения размером 2X 1,05 м. Усилия от поясов на опоры передаются через мощные концевые преднапряженные балки и систему вант.
Конструкция покрытий зданий структурного типа. В практике строительства начали применять покрытия в виде так называемых структур, являющиеся разновидностью пространственных конструкций. Подобное покрытие (рис. 10.35, а) собирается из однотипных железобетонных рамных элементов заводского изготовления (рис. 10.35, б, в). Рамные элементы соединяются друг с другом в уровне верхнего пояса путем сварки закладных деталей, а в уровне нижнего пояса — с помощью болтовых соединений, образуя в плане перекрестную систему. В качестве основных приняты сетки перекрестных ферм 3 X 3 и 6 X6 м.
Сборные элементы выполнены в виде замкнутой рамы с диагональю. Нижний пояс и стойки рамы — преднапряженные. Верхний пояс и раскос армируются ненапрягаемой арматурой. Рамные элементы выполняются из высокопрочного бетона, что позволяет снизить материалоемкость сборных элементов. Укладка напрягаемой арматуры производится методом непрерывного армирования с помощью специальной арматурно-намоточной машины, что позволяет автоматизировать трудоемкий и сложный процесс натяжения арматуры.
Армоцементные пространственные конструкции. Эффективные пространственные покрытия получают при использовании особой разновидности железобетона — армоцемента. Армоцементные конструкции являются весьма тонкостенными (20...30 мм). Их изготовляют из обычного мелкозернистого бетона (с крупностью зерен до 5 мм) и арматуры в виде частых тонких тканых или сварных проволочных сеток, равномерно распределенных по сечению элемента. Диаметр проволоки таки сеток составляет 0,5... 1,2 мм. шаг стержней в сетке 6... 12,5 мм.
Наиболее распространенная область применения армоцемента в покрытиях — тонкостенные и складчатые своды пролетами 12...42 мм, изготовляемые в заводских условиях методом послойного формования. Этот метод обеспечивает совмещение операций армирования и бетонирования в единый механизированный процесс, а также высокую плотность бетона и точность изготовления изделия. На рис. 10,36. а показан армоцементный волнистый свод над бассейном. В волнах свода, закрытых сверху плитой, устроена приточная раздача воздуха.
Интересны как в архитектурном, так и в конструктивном решении покрытия в виде плит регулярной структуры из армоцементных элементов (рис 10.36, б). Они широко применяются в покрытиях зальных помещений (актовых и спортивных залов, наземных павильонов метро, ресторанов, учебных аудиторий, магазинов и т. п.). В основу конструкции положены два элемента — пирамидальная (1500X 1500 мм, высотой 900 мм) и ребристая плиты. В промежутках между пирамидами прокладываются инженерные коммуникации (электропроводка, воздухоотводы и т. д.). Из гипсолитовых плит, закладываемых между пирамидами, образуются каналы для раздачи и забора воздуха. Монтаж покрытий ведется укрупненными блоками размером до 12 м. Из этих элементов могут образовываться покрытия с произвольным планом, пролетом до 24 м (см также форзацы в начале и конце книги).
Понятие о расчете тонкостенных пространственных конструкций. Расчет тонкостенных пространственных конструкций производят как по несущей способности — прочности, общей устойчивости формы, локальной устойчивости формы, так и по эксплуатационной пригодности, в первую очередь по перемещениям и раскрытию трещин. Различают два вида расчетов пространственных конструкций, упрощенные — для обоснования технических решений, сравнения вариантов конструкции и рабочие — для разработки рабочих чертежей избранного варианта конструкции. Величины усилий, а при необходимости и деформаций определяют методами теории упругости или упругопластической теории; в последнем случае используют прикладную теорию деформаций железобетона с трещинами. Для некоторых видов расчета пространственных конструкций применяют также метод предельного равновесия.
Расчет пространственных конструкций методами теории упругости изучается в специальных курсах; в данном учебнике приводятся лишь общие принципы подхода к расчету оболочек с позиций теории упругости.
Условием безмоментной работы оболочек являются свобода горизонтальных и угловых перемещений краев оболочек (условия опирания), положительность гауссовой кривизны по всей поверхности, отсутствие изломов поверхности и отверстий, резкого изменения толщины, сосредоточенных нагрузок, скачкообразного изменения сплошной нагрузки и др. Отметим, что даже при нарушении условий безмоментной работы оболочки в каком-либо месте появление второй группы усилий ограничивается весьма малым участком. Наиболее частой причиной нарушения безмоментного состояния оболочек являются условия опирания. однако и при этом 70...80 % поля оболочек двоякой кривизны испытывает практически лишь сжимающие усилия, чем и объясняется эффективность оболочек.
В куполах при безмоментной работе купола, обеспечиваемой соблюдением условий, указанных выше (и осесимметричной нагрузке), на элемент купола действуют только продольные силы — меридиональные и кольцевые. Эти усилия можно определить из условия равновесия элемента купола. Как правило, условия безмоментной работы железобетонных куполов нарушаются из-за необходимости устройства мощного опорного кольца и нередко фонарного кольца, окаймляющего отверстие вверху купола для устройства фонаря. В этих случаях расчет купола сводится к суммированию усилий безмоментного состояния с усилиями, определяемыми по моментной теории.
Материал оболочки (купола) принимают упругим, однородным и изотропным. Применительно к железобетонным оболочкам (куполам) эти условия выполняются, но только для предварительно напряженных оболочек в стадии эксплуатации. В оболочках (куполах) из обычного бетона в этой стадии уже могут появиться трещины, которые повлекут некоторое перераспределение усилий по сравнению с упругой стадией. При определении несущей способности оболочки или купола в предельном состоянии необходимо учитывать неупругие деформации. Для уточнения несущей способности в стадии разрушения можно применить расчет по методу предельного равновесия, подобный тому, который применяется для плит, опертых по контуру.
В практике проектирования расчет по предельному равновесию выполняют только для данных цилиндрических оболочек и куполов. Остальные типы оболочек рассчитывают по упругой стадии работы; найденное таким путем распределение усилий переносится (при расчете прочности) на стадию разрушения. Такой расчет идет в большинстве случаев в запас прочности конструкции.
Зайцев Ю. В., Строительные конструкции заводского изготовления: Учеб. для вузов по спец. «Пр-во строит. изделий и конст
|
|
|
