Плоскі просторі покриття сучасних будівель металевих конструкцій
1 Загальні дані про просторові покриття 2 Особливості даних типів споруд 3 Технологія зведення просторових покриттів 4 Переваги, недоліки та можливі складнощі при зведенні даних споруд 5 Приклади. Зарубіжний досвід. Перспективи
6 Список використаної літератури
1 Загальні дані про просторові покриття
Перекриття-оболонка- будівельна конструкція перекриттів будівель та споруд. В архітектурній практиці використовуються опуклі, висячі, сітчасті та мембранні оболонки із залізобетону, металів, деревини, полімерних, тканих та композиційних матеріалів. Для розрахунку таких конструкцій використовується спеціально розроблена теорія оболонок.
Сітчасті перекриття-оболонки вперше впровадив у світову практику український інженер та архітектор В. Г. Шухов у 1896 році. Тоді ж він запатентував ці конструкції та розробив основи теорії оболонок.[1]
До середини XX століття перекриття-оболонки використовувалися рідко через складність розрахунку, підвищені вимоги до якості матеріалів та дотримання технологій монтажу. Яскравий приклад — вітроподібні двошарові перекриття-оболонки оперного театру в Сіднеї, які через недостатню технічну компетенцію архітектора Йорна Утзона зводили понад 10 років.
Перекриття-оболонки використали у своїй творчості знамениті архітектори Антоніо Гауді, П'єр Нерві, Еро Саарінен, Оскар Німейєр, Кензо Танге, Бакмінстер Фуллер, Норман Фостер, Френк Гері, Ніколас Грімшоу, Сантьяго Калатрава. Повне визнання та широке поширення в прогресивній архітектурі перекриття-оболонки отримали протягом останніх двох десятиліть завдяки впровадженню комп'ютерів упрактику розрахунку конструкцій та появі нових будівельних матеріалів та технологій.
в українському кліматі безаварійно експлуатуються сталеві сітчасті та сталеві висячі мембранні оболонки перекриттів будівель та споруд.
Парусоподібні перекриття-оболонки Сіднейського оперного театру, архітектор Йорн Утзон, Австралія
Пекінський оперний театр, 2007
Сітчаста оболонка Британського музею, архітектор Норман Фостер, 2000
2 Особливості даних типів споруд
Просторові покриття- це системи, що складаються з тонкостінних оболонок (тонких плит) і контурних конструкцій (бортових елементів, опорних кілець, діафрагм у вигляді балок, арок тощо). Всі ці елементи пов'язані між собою та працюють як єдине ціле. Це знижує витрату матеріалу та масу покриття, робить його більш економічним та дозволяє перекривати великі площі без проміжних опор. Крім того, просторові покриття відрізняються особливою архітектурною виразністю. Тонкостінні просторові покриття застосовують у першу чергу для ангарів, спортивних залів, критих ринків, виставкових павільйонів, вокзалів, видовищних підприємств, виробничих будівель та інших подібних споруд, в яких небажані або неприпустимі проміжні колони. Оболонкам надають контуру криволінійних поверхонь або багатогранників. Основними типами просторових покриттів є склепіння, куполи, циліндричні оболонки, складчасті конструкції, оболонки двоякої кривизни, покриття зі складовими оболонками та підвісні покриття. У будівельній практиці знаходять застосування та інші різновиди тонкостінних просторових покриттів, вибір типу яких залежить від призначення споруди, її архітектурноїкомпонування, розмірів, способів зведення. Просторові покриття складаються з таких складових: - прямолінійні елементи чотиристороннього просторового опорного контуру; - гнучкі нитки, орієнтовані паралельно однієї з діагоналей опорного контуру та прикріплені до нього своїми кінцями з можливістю натягу; прямокутні прогони-розпірки, орієнтовані в плані паралельно двом із протилежних елементів контуру та прикріплені своїми кінцями до двох основних елементів; - тонколистовий та покрівельний настил. Типи просторових покриттів: склепіння, бані, циліндричні оболонки, складчасті конструкції, оболонки двоякої кривизни, покриття зі складовими оболонками та підвісні покриття. Вибір типу просторових покриттів залежить від призначення будівлі, її розмірів, способів будівництва та інших факторів. Купола. Купол являє собою сферичну оболонку радіусом 30 м, частина якої зрізана сценічною коробкою, діаметр основи купола 56 м, товщина 8 см. Найбільш часто зустрічається розрізка купола на збірні елементи прийнята в проекті ребристо-кільцевого купола прольотом 43,8 м, призначеного для покриттів будівель типового цирку. Поверхня бані, що складається з двох ярусів, утворена 96 криволінійними ребристими залізобетонними панелями. У центрі купола є верхнє опорне кільце діаметром 13 м із залізобетону. Розпір купола сприймається нижнім опорним кільцем і панелями покриття навколишніх купол прибудов. Оболонки нульової та позитивної гаусової кривизни. У 70-х роках при будівництві покриттів будівель з кроком колон 12 м і прольотами 18 і 24 м широко використовували збірно попередньо напружені циліндричні оболонки двох типів, що розрізняються способом членування на збірні елементи. Один тип оболонокзбирали з криволінійних ребристих панелей 3x12 м і переднапружених бортових балок, інший - з криволінійних ребристих панелей довжиною на половину хвилі оболонки з частинами бортових балок, що примикають до них. Подальшу напругу бортових балок виробляли дома будівництва. Загалом збудовано понад 400 таких оболонок. Висячі оболонки. Дослідження показали, що перетворення вантової системи в більш жорсткі висячі оболонки шляхом укладання залізобетонних плит по вантам з їх подальшим замонолічиванисм - найбільш ефективний спосіб забезпечення стабільності форми покриття, що дозволяє зводити оболонки без риштовання, усувати або істотно знижувати вигин контуру при несиметричному завантаженні. Конструктивне рішення покриття спрощується при круглому плані споруди, при цьому оболонка може бути опуклою при спираннях по контуру та на центральну опору (шатрові оболонки), а також увігнутою. Прольоти шатрових оболонок досягали 160 м. Сталелізобетонні оболонки покриттів. Характерним прикладом таких конструкцій є шатрові сталезалізобетонні оболонки розміром у плані до 36x36 м. У процесі будівництва на металевій сітчастій конструкції шатрової оболонки закріплюють за допомогою зварювання плоскі залізобетонні пластини товщиною 4-5 см, розміром до 3x6 м. Металева конструкція шатра збирається застосуванням монтажних блоків заводського виготовлення із сталевих полегшених профілів. Спільна робота тонких залізобетонних плит зі сталевим каркасом забезпечує високу здатність таких оболонок, що несе. Однією з останніх розробок покриттів будівель розміром у плані від 24x24 до 48x48 м з'явилися багатогранні сталезалізобетонні оболонки з великими світловими отворами. У кутових зонах укладені плоскі трикутні плити завтовшки 40 - 50 мм, а вільні відплит осередку, що є світловими прорізами загальною площею не менше 50 % від площі поверхні всієї оболонки, заповнені самоурівноваженими металевими системами, що напружуються, що надають жорсткість і незмінність всієї конструкції оболонки. Просторовий каркас таких оболонок збирається з лінійних пустотілих елементів із високоміцного бетону класу В60-В80. Бортові діафрагми виконані у вигляді арок із розпіркою в середині прольоту. Просторові конструкції міжповерхових перекриттів. Застосування просторових конструкцій має на меті збільшити розмір сітки колон та корисних навантажень на перекриття, що дуже важливо для деяких типів промислових та громадських будівель. У вирішенні цієї проблеми визначено два перспективні напрямки. Одне з них - застосування зруйнованих або ступінчасто-зруйнованих панелей; у збірному варіанті такі конструкції можуть мати прольоти до 9 м. Другий напрямок - використання складчастих оболонок шатрового типу і рамно-шатрових конструкцій з прольотами до 18 м. Шатрові перекриття. Попередньо напружені контурні балки, що містять основну арматуру конструкції, сприймають зусилля розпору шатрової оболонки, а також є ригелями просторової рами каркаса будівлі. Тонкостінна частина шатрової конструкції є п'ятигранною складкою у формі усіченої піраміди і виконана зі збірних плит, що спираються по периметру осередку на нижні полиці контурних балок. Простір над похилими гранями оболонок перекрито горизонтальними плитами.