Більшепролітні та просторові покриття
Більшепролітні будинки найбільш вдало задовольняють вимогам технологічної гнучкості та універсальності виробничих будівель. Вони використовуються для суднобудівних та авіаскладальних цехів, ангарів та інших виробництв із великогабаритним обладнанням. Однак їх будівництво стримується через складність конструкцій покриттів для більшого прольоту, трудомісткості зведення і непристосованості для влаштування підвісних комунікацій і кранового обладнання.
Економічність великопрогонових будинків залежить в основному від конструкцій покриттів, оскільки їх вартість часто перевищує половину вартості будинків.
Покриття у великопрогонових будинках поділяють на площинні, просторові і висячі.
Площинні покриття. Більшепролітні площинні покриття не відрізняються від покриттів із звичайними прольотами, проте вони складніші за конструкцією внаслідок великих прольотів. По несучих більшепрогонових ферм, балок, арок або рам вільно укладають і кріплять до верхнього поясу огороджувальні елементи за безпрогінною або прогінною схемою.
Несучі та огороджувальні конструкції в площинних прогонових покриттях працюють самостійно, а тому на них витрачається більше матеріалу; вони мають велику масу, що зростає зі збільшенням прольоту. Внаслідок цього великопрогонові покриття площинного типу влаштовують рідко.
На рис. XV-l розглянуто характерні види великопрогонових площинних покриттів:
- залізобетонні ферми прольотом 96 м, які збирають із лінійних елементів, що з'єднуються у вузлах зварюванням закладних деталей та заливкою швів розчином. Ферми виготовлені з бетону М500 із попередньо напруженим нижнім поясом;
- будівля ангара перекрита попередньо напруженими сталевими фермами, які оперті на два рядиколон і мають консольний винос 42 м;
- складу прольотом 80 м з несучими конструкціями з двошарнірних металевих рам (Данія).
Просторові покриття. Більш раціональні, так яку них поєднані несучі та огороджувальні функції, завдяки чому витрата матеріалів на їх пристрій виходить найменшим.
Просторові покриття виконують з площинних елементів (ферм та панелей), монолітно пов'язаних між собою і працюючих як єдине ціле у вигляді оболонок одинарної або двоякої кривизни. Матеріалом для них служать сталь та залізобетон (монолітний, збірний та збірно-монолітний).
В оболонках під дією рівномірно розподіленого навантаження виникають нормальні і поперечні зусилля, що взаємно врівноважуються, а згинальні моменти відсутні. Оболонки навіть великих прольотів мають невелику товщину (від 30 до 100 мм), оскільки бетон у них працює переважно на стиск.
Застосовують кілька типів оболонок. Найпростішими з них є циліндричні оболонки, що поділяються на довгі і короткі (рис. ХУ-2,а, б). Просторова робота оболонки забезпечується жорсткими торцевими діафрагмами.
Несучу здатність циліндричних оболонок можна збільшити при влаштуванні бортових елементів. Оболонку з діафрагмою та бортовими елементами можна спирати на чотири точки; відсутність діафрагм перетворює оболонку на склепіння, що спирається по поздовжнім сторонам. У склепінні виникає розпір, що сприймається фундаментами, затяжками чи контрфорсами.
Будівлі можна перекривати кількома оболонками або склепіннями, що мають загальні бортові елементи.
Широко застосовуютькупольні оболонки у виглядіпарусного купола(рис. ХУ-2,в).Підставою куполів може бути коло і рідше квадрат. Куполи передають наопори вертикальні навантаження та розпор.
Особливу групу складають оболонкиз коноїдальною поверхнею(рис. ХУ -2,г). або дугою зі значно меншою кривизною, ніж на протилежній стороні. Коноїдальні оболонки влаштовують у шедових покриттях, що перекривають приміщення у напрямку, перпендикулярному до заскленої поверхні.
До оболонок двоякої кривизни відносятьпараболоїдні,в яких обидва центри кривизни розташовані по одну сторону поверхні, ігіперболойдні, що мають центри кривизни по обидва боки поверхні (рис. ХУ-2,д, е).
Двояку кривизну мають також гіперболоїдно-параболічні оболонки рис.ХV-2, ж), поверхня яких утворюється двома групами прямолінійних утворюючих. Їх застосовують для покриттів будинків із квадратною (іноді прямокутною) сіткою колон.
До оболонок близькі складчасті покриття (рис. ХУ-2, 3), які складаються з плоских тонкостінних плит, що монолітно пов'язані під певним кутом і спираються на діафрагми. Залізобетонні плити, що становлять складку, називають гранями, а лінії їх перетину - ребрами.
Мал. ХV-2. Основні види оболонок покриття
а-циліндрична довга; б-те саме, коротка; в- купольна (вітрила); г-коноїдальна; д-параболоїдна; ж-гіперболоїдно-параболічна; з-складчасті; 1- утворює; 2 те ж; 3 - прямолінійні утворюють
При сітці колон 18х24, 18х30 м покриття можна робити збірно-монолітне із залізобетонних багатохвильових купольних оболонок, що допускають влаштування світлових ліхтарів і підвіску транспорту. Оболонки збирають із ребристих циліндричних плит розміром 3 х 6 м та контурних.сегментних ферм (рис. ХУ-4,а).
Рис.ХV.4. Покриття з купольних оболонок
1- середні плити; 2-контурні плити; 3 добірні плити; 4-контурні ферми-діафрагми
Плити приварюють до загальних ферм-діафрагм з боку лише однієї із суміжних оболонок; плити іншої оболонки спирають вільно, що забезпечує горизонтальні переміщення країв оболонок (кожна оболонка в цьому випадку розрахована як вільно стоїть). У кожній оболонці замонолічують усі шви, а між торцями плит суміжних оболонок лише на приопорних ділянках завдовжки 3-4 м.
У покритті, показаному на рис.ХV-6, (а) представлена оболонка типу гіперболічного параболоїда, що збирається з плит розміром 3х3 м з товщиною 35-40 мм і висотою ребра 120 мм. Плити армують сітками зі стрижнів діаметром 6-10 мм, частина з яких випускають із площини торців плит. Шви між плитами замонолічують дрібнозернистим бетоном.
На рис. ХV-6, (б) наведено покриття, виконане із збірних залізобетонних складок, що спираються на обв'язувальні балки з трапецієподібним контуром верхнього пояса, які встановлені на колони з кроком від 6х6 до 6х30 м.
Для будівель з легкими конструкціями, що захищають, доцільно застосовуватипросторово-стрижневі або структурні системи покриттів, в яких поєднані функції несучих і зв'язкових елементів. Їх розрізняють за способом вирішення решітчастої просторової конструкції, на вигляд стрижнів і за типом вузлових з'єднань. Переріз стрижнів виконують з труб або прокатних профілів.
Найбільш поширеними є просторові ґратчасті покриття із прокатних профілів типу ЦНДІБК (рис.ХV.7).
Мал. ХV.7. Структурне покриття типу ЦНДІБК
а-габаритні схеми будівлі; б-схемиструктури; в- елементи складки
Його влаштовують в одну і багатопрогонових будинках при прольотах 18 і 24 м, кроці колон 12 м і висоті до низу покриття 4,8-18 м. Допускається встановлення підвісного підйомно-транспортного обладнання вантажопідйомністю до 3,2 т або опорних мостових кранів вантажопідйомністю до 30 т. На покритті можуть встановлюватися світлоаераційні або зенітні ліхтарі.
Структурні блоки мають розміри 18х12 і 24х12 м. На будівельний майданчик їх поставляють комплектно. Складання ведуть землі і підйом здійснюють великими блоками. Верхні пояси монтують із прокатних двотаврів або труб, які одночасно виконують роль прогонів для спирання на них профнастилу або інших конструкцій. Нижні пояси зміщені у плані на півкроку щодо верхніх. Верхні та нижні пояси з'єднують гратами по похилих площинах.
Висячі покриття виготовляють із тросів. Вони поділяютьсяна вантові та висячі.
Несучими елементами вантових покриттів служать троси з пучків високоміцного дроту і прямокутних вантових елементів у вигляді алюмінієво-пластмасових панелей, коробчатих настилів зі склопластиків і стільникових панелей.
Рис.ХV-8. Вантові покриття прольотом 96 м(а) та прольотом 60+12+60 м(б)
У вантовому покриттіна рис. ХV-8, (а) передбачені залізобетонні балки жорсткості прольотом 96 м, які підвішені до вант і спираються на трикутні стійки.
Покриття з прольотами 60+12+60 м складається з залізобетонної етажерки шириною 12 м і двох криволінійних залізобетонних балок довжиною 60 м. По балках укладають залізобетонні панелі розміром 3х12 м.
Висячі покриття складаються з гнучких ниток (тросів) та покриттів у вигляді мембран. У прямокутних будівлях несучі ниткимають у своєму розпорядженні паралельні ряди, в круглих будівлях - радіально.
Мал. Висячі покриття з радіальним та паралельним розташуванням тросів
З метою стійкості від вітрових навантажень огороджувальну частину висячих покриттів виконують з важких настилів, у яких власна вага має перевищувати вітровий відсмоктування.
Висячі покриття дозволяють створити будь-яке об'ємно-планувальне рішення будівлі з прольотом понад 100 м. На рис. ХV-9 два види висячих покриттів з однопоясним прольотом 12+78+12 м(а) та двопоясним прольотом 9+90+9 м(б)
Рис.ХV-9. Висячі покриття з однопоясним прольотом 12+78+12 м(а) та двопоясним прольотом 9+90+9 м(б)
У першому варіанті несучі троси встановлюють із кроком 1,5 м і прикріплюють до залізобетонних бортових балок двотаврового перерізу, які спираються на колони, посилені заанкерованими в ґрунті відтяжками. За канатами укладають залізобетонні плити розміром 1,5х1,5 м завтовшки 25 мм. Плити прикріплені до канатів у вигляді петлевих випусків. Шви між плитами замонолічують бетоном.
У другому варіанті несучі та натяжні троси створюють висячі ферми, які з певним кроком встановлюються вздовж будівлі. Обриси несучих та натяжних тросів параболічні.
Пневматичні будівельні конструкції складаються з м'яких оболонок, несучу здатність яких забезпечує надлишковий тиск повітря. Основними елементами пневматичних споруд є: оболонка із синтетичної армованої плівки або технічної тканини, шлюзи, вікна дверей, анкерні пристрої або фундаменти та машинне відділення для нагнітання повітря. Пневматичні споруди поділяютьсяна повітрооперті, пневмокаркасні та комбіновані.
8.28. Будинки із пневматичними покриттями
а- повітрооперті; б-пневмокаркасні; 1 анкери; кріпильний пояс; 3 оболонка; 4- стик; 5 - вхідний шлюз; 6- вентилятор; 7- вхід у шлюз; 8 відтяжки; 9 - трубчасті арки, 10 - двері; 11 - світлопрозорі ділянки; 12-розтягнуті ділянки оболонки; 13- фундамент