Пространственные покрытия и их конструкции. Узловые соединения.

Являются наиболее перспективными и экономичными. Во многих случаях такие конструкции выполняют функции не только покрытий, но и стен, создавая единые пространственные формы и композиции. Более рациональны такие пространственные системы, в которых совмещены несущие и ограждающие функции. Пространственные конструкции классифицируют по различным признакам: геометрическим формам, формам перекрываемого плана, конструктивным особенностям, материалу, принципам статической работы и др.

В зависимости от геометрической формы пространственные конструкции покрытий могут быть: цилиндрическими (оболочки); в виде призматических складок; осесимметричными (оболочки вращения); двоякой кривизны, прямоугольные в плане; составными (пространственные системы из элементов поверхностей положительной, отрицательной и нулевой гауссовой кривизны); в форме волнистых и складчатых сводов; висячими; в виде регулярных стержневых структур и мягкими.

По характеру работы под нагрузкой пространственные покрытия делят на два вида. К первому виду относят покрытия, напряженно-деформированное состояние и несущая способность которых зависят преимущественно от одного размера в плане. К этому виду относятся цилиндрические оболочки, призматические складки, своды и т.п. Ко второму относятся покрытия, несущая способность и характер работы которых зависят от двух размеров в плане.

Напряженно-деформированное состояние пространственных покрытий во многом зависит от характера работы контурных конструкций. В качестве контурных конструкций могут быть стены, балки, фермы, арки с затяжкой, контурные брусья, ряды часто поставленных колонн.

Выбор геометрических форм пространственных конструкций производят с учетом функциональных, градостроительных и эстетических требований, а также условий рациональной статической работы и членения поверхностей

на сборные элементы, отвечающие индустриальное™ изготовления и монтажа.

Номенклатура зданий и сооружений, где могут быть применены пространственные конструкции, довольно разнообразна. По объемно-планировочному решению эти здания и сооружения могут быть отдельно стоящие, встроенные и пристроенные, одно- и многосекционные с разнообразной формой в плане (рис. XIII-6).

Раньше других типов стали применять тонкостенные железобетонные цилиндрические оболочки, которым предшествовали массивные каменные своды и купола. В зависимости от соотношения сторон плана цилиндрические оболочки подразделяют на длинные и короткие (рис. XIII-7

и XIII-8).

Сборные и сборно-монолитные железобетонные цилиндрические оболочки выполняют из плит толщиной от 30 до 50 мм с ребрами и контурных конструкций. Монолитные железобетонные оболочки обычно выполняют гладкими толщиной от 50 до 80 мм.

При пролетах 18 м и более оболочки выполняют с предварительным напряжением.

Податливость незамкнутого контура поперечного сечения цилиндрических оболочек вызывает значительные деформации в направлении волны и появление соответствующих усилий, требующих в отдельных случаях усиления бортовых элементов в горизонтальном направлении.

Более рациональным решением для прямоугольных планов являются сборные оболочки переноса положительной гауссовой кривизны. Их конструктивные решения позволяют осуществлять покрытия: с укрупненной сеткой колонн 18x18 и 24x24 м из плит размером 3x6 м (рис. XIII-9, а); пролетом до 102 м из плит Зх 2 м с системой промежуточных балок и без них (рис. XIII-9, б, в); пролетом до 42 м из плит 3 х 6 м, монтируемых навесным способом -9, г); пролетом до 60 м из унифицированных плит 3x6 м, в том числе с шагом колонн 18 и 24 м (рис. XIII-9, д).

3 оболочках первых трех типов (рис. XIII-9, о-в) кривизна цилиндрической поверхности плит соответствует кривизне поверхности оболочки и сопряжение плит в направлении их длинных сторон осуществляется без переломов. В оболочках конструкций, показанных на рис. XIII-9, г, д плиты 3 х 6 м располагаются с переломами, образуя пространственный многогранник с криволинейными гранями.

Надежную связь сборных плит и контурных конструкций обеспечивают сваркой выпусков арматуры и закладных деталей с последующим замоноличиванием бетоном швов между элементами с образованием шпонок.

Оболочки отрицательной гауссовой кривизны (гипары) отличаются линейчатостью поверхностей, что значительно упрощает изготовление опалубки и армирование конструкций, а также дает возможность разрезки поверхности на отдельные однотипные сборные элементы. Такие оболочки позволяют создавать разнообразные архитектурные формы покрытий. Поверхность гипара может быть образована либо скольжением (переносом) образующей параболы с кривизной одного знака по направляющей параболе с кривизной другого знака(рис. XIII-10, а), либо плоскопараллельным перемещением прямой по двум направляющим, лежащим в параллельных плоскостях (рис. XIII-10, б).

Оболочками такого типа осуществлены покрытия производственных зданий в Черногорске, Абакане, Красноярске. Оболочки имеют размеры в плане 6x18 м и составлены из четырех панелей размером 3x9 м.

Висячие покрытия с замкнутым и разомкнутым опорным контуром. Металлические перекрѐстно-стержневые конструкции Своды. Мягкие оболочки. Пневматические оболочки. Тентовые оболочки.