Структурные конструкции

Общие сведения

Тема 12. Пространственные конструкции покрытий зданий

12.1 Общие сведения

12.2 Структурные конструкции

12.3 Оболочки

12.3.1 Односетчатые оболочки

12.3.2 Двухсетчатые оболочки

12.4 Купольные покрытия

12.5 Висячие покрытия

Балочные, рамные и арочные большепролетные конструкции состоят из отдельных плоских, жестких дисков (несущих элементов), соединенных между собой легкими связями, неспособными перераспределять нагрузку между несущими элементами. Приложенная к этим конструкциям нагрузка передается в одном направлении вдоль несущего элемента.

В пространственных системах связи усиливаются и привлекаются к распределению усилий и передаче их на опоры. В результате этого основные несущие элементы облегчаются, структура всей конструкции меняется. Приложенная к пространственной конструкции нагрузка передается в двух направлениях. Пространственная конструкция получается легче плоскостной.

Пространственные конструкции могут быть плоскими (плиты) и криволинейными (оболочки).

Плоские пространственные системы (исключая висячие) для обеспечения жесткости должны быть двухслойные.

Оболочки могут быть и однослойными и двухслойными. Наибольшее распространение получили решетчатые пространственные конструкции, образующие по поверхности сетчатую систему.

Однослойные конструкции имеют криволинейную сетчатую поверхность и называются односетчатыми.

Двухслойные конструкции имеют две параллельные сетчатые поверхности, соединенные между собой жесткими решетчатыми связями; они называются двухсетчатыми.

В пространственных сетчатых конструкциях принцип концентрации материала заменен принципом многосвязности системы. Осуществление таких конструкций более трудоемко, требует специальных приемов изготовления и монтажа, что является одной из причин ограниченного применения пространственных конструкций.

В современном строительстве получили распространение сетчатые системы регулярного строения, называемые структурными конструкциями или просто структурами (модули).

Структурные конструкции чаще применяются в виде плоских покрытий большепролетных общественных и производственных зданий; реже они применяются в криволинейных покрытиях (сводах, куполах и т.п.).

Плоские структуры представляют собой конструкции, образованные из различных систем перекрестных ферм (рис.9)

Количество пересекающихся в одном узле ферм, а также их вертикальное или наклонное положение дают разнообразное структурные построения. В каждой структуре можно выделить свой многократно повторяющийся объемный элемент, называемый кристаллом (рис.10).

Структуры, образованные из перекрестных ферм, идущих в трех направлениях (рис.9а), имеют статически изменяемые кристаллы, могут работать на кручение и поэтому являются наиболее жесткими. Структуры, образованные из ферм, идущих в двух направлениях (рис.9б) имеют статически изменяемые кристаллы, они не работают на кручение и поэтому менее жестки.

Структуру из ферм, идущих в двух направлениях, можно усилить диагоналями в угловых зонах (рис.9в)

Не усложняя систему можно увеличить жесткость конструкции, включив в совместную работу со структурой кровельный настил (металлический и ж/б).

Структурные плоские покрытия обладают рядом достоинств, определяющих область их рационального применения.

Благодаря большой пространственной жесткости структурными конструкциями можно перекрывать пролеты более 50м при небольшой строительной высоте 1/15 ÷ 1/20 пролета, что позволяет получить выразительное архитектурное решение.

Регулярность строения конструкции позволяет собирать из одних стандартных элементов покрытия разных пролетов и конфигураций в плане.

Частая сетка узлов дает возможность осуществлять крепление подвесного транспорта в любой точке и изменять при необходимости направление его движения. Многосвязность системы повышает степень ее надежности при внезапных местных разрушениях.

К недостаткам структурных систем относится повышенная трудоемкость их изготовления и сборки. Этот недостаток частично компенсируются однородностью операции при изготовлении и сборке, что создает условия для побочного производства стандартных конструктивных элементов.

Системы могут быть как однопролетные, так и неразрезные многопролетные, с опиранием на стены, фермы или на отдельно стоящие колонны с развитыми капителями, в виде безбалочных перекрытий или подвешенные к вантовой системе.

Оптимальный угол наклона раскосов из условия минимального структуры равен 45°, практически этот угол принимается в пределах 35 - 50°. Применение в структурах низколегированных и высокопрочных сталей становится рациональным при пролетах более 40м, применение стержней трубчатого сечения может дать до 25% экономии стали по сравнению со стержнями из прокатного профиля. Структурная конструкция представляет собой многократно статически неопределенную систему, точный расчет которой сложен.

В общем случае можно применить упрощенный подход, рассматривая конструкцию как ортотропную (одинаковые свойства в одном направлении) пластинку с упругими характеристиками и в ограниченные условия, соответствующие стержневой конструкции.

При такой расчетной схеме учитываются действия как изгибающих так крутящих моментов.

В практике проектирования структуры чаще рассчитывают как изотропные плиты или как системы перекрестных ферм (при квадратных ячейках сеток поясов) без учета крутящих моментов. Величины моментов и поперечных сил определяют по таблицам для расчета плит.

Получив из расчета плиты величины расчетных значений Мпл и Q пл переходят к расчетным усилиям стержня по соответствующим формулам. Прогибы также вычисляют по таблицам для изотропных и перекрестных ферм. Этот метод расчета дает запас прочности. Наиболее эффективно структуры работают на сосредоточенные нагрузки.

Дата добавления: 2014-01-11