Компоновка цилиндрических, круглых вогнутых, гиперболических покрытий и их

н. Мухамедшакирова Ш. А

по произвольной криволинейной направляющей.
Очертание направляющей выбирают по кругу или

параболе, в редких случаях по эллипсу или другой кривой. Как правило, выполняются они из железобетона.
В металле выполняются складки. Для сборных оболочек наиболее простым является круговое очертание направляющей; в этом случае поверхность оболочки будет очерчена по круговому цилиндру

тем, что в них криволинейная направляющая заменена ломаной прямой. В

пределе складка обращается в оболочку при уменьшении длины прямых участков направляющей и увеличении их числа. Это позволяет выполнять расчет цилиндрической оболочки так же, как и призматических складок. Оболочка, в свою очередь, может быть заменена вписанной в ее очертание складкой. Расстояние между опорами оболочки или складки вдоль образующей называется пролетом, а расстояние между продольными краями — длиной волны или шириной оболочки или складки.

в своей плоскости. Они, как правило, имеют по краям бортовые

элементы, снижающие деформативность наружных краев криволинейной плиты. В них располагают продольную растянутую арматуру. Продольные края в пролете могут оставаться свободными или опираться на колонны или стены.

— ребристый, в — д — сомкнутый, е — зеркальный,

ж — цилиндрический, и — крестовый меняют для устройства покрытий просветом до 100 м, а время от времени и поболее.

условий опирания краев оболочки. Бортовые элементы для оболочек со свободными

краями принимают в виде балок, расположенных ниже краев оболочки. Для сборных оболочек с целью снижения массы сечение балок принимают двутавровым.

Конструктивные формы длинных цилиндрических оболочек:
а—оболочки с бортовыми элементами в виде сборных балок (поперечный разрез); б—оболочки с бортовыми элементами, являющимися частью плит (поперечный разрез); в—оболочки с продольной разрезкой на плиты; 1— элементы диафрагм; 2 -плиты; 3—бортовые элементы

Они выполняются прямоугольного или Ь-образного сечения. Если края оболочки подперты

в вертикальном или горизонтальном направлении, то бортовой элемент часто выполняют в виде горизонтальной плиты.

Призматические складки типа коротких цилиндрических оболочек:
а—с бортовыми элементами; б—без бортовых элементов; 1—ферма-диафрагма; 2—плита; 3—бортовой элемент; 4—безраскосная ферма-диафрагма
В многоволновых оболочках промежуточные бортовые элементы проектируют, как правило, аналогично крайним бортовым элементам.

криволинейны, а расстояние между ними (толщина оболочки) так малы, что

отношение толщины конструкции (оболочки) к радиусу ее кривизны составляет от 1/20 до 1/1000.

В строительстве применяют оболочки: сферические, цилиндрические, эллиптические, гиперболические, складчатые и др.

Для покрытий производственных зданий чаще всего используют оболочки положительной кривизны; в покрытиях общественных, спортивных и других сооружений - нередко висячие оболочки отрицательной кривизны. Рассмотрим примеры устройства наиболее распространенных покрытий. Сборные железобетонные покрытия в виде цилиндрических оболочек наиболее эффективно устраивать из крупноразмерных (длиной на пролет) сводчатых панелей, выполняющих одновременно функции плит покрытия и стропильных ферм (балок). Такие панели изготовляют с П-образным поперечным сечением (плиты П) и шатровым или сводчатым (плиты КЖС и КСО) продольным профилем. Их применяют для перекрытия пролетов 18 и 24 м. Ширина плит 3 м.

На схеме ниже, поз. а показано покрытие из плит-оболочек КСО, у которых несущие продольные диафрагмы, выполняющие роль стропильных конструкций, сделаны в виде безраскосной фермы. Это позволяет прокладывать коммуникации в плоскости конструкций покрытия

- монтаж оболочек укрупненными блоками из ребристых плит; 1 -

колонны, 2 - панель-оболочка КСО, 3 - подстропильная ферма, 4 - укрупненный блок оболочки из ребристых плит, 5 - контурная ферма (диафрагма), 6 - стропильная балка (ферма), 7 - блок оболочки с временной (инвентарной) затяжкой

крепят к ним, приваривая закладные детали к опорным пластинам на

верхнем поясе ферм.

Применение таких конструкций покрытия упрощает монтаж каркасов зданий: после установки, выверки и закрепления колонн монтируют подстропильные фермы; в том же потоке устанавливают панели-оболочки покрытия. Конструкции стропят, поднимают и устанавливают традиционными способами.

Цилиндрические оболочки делают также и сборными из ребристых плит размером 3 х 6 м, укрупняя их в монтажные секции 3 х 18 м (по три плиты в секции) и устанавливая на стропильные конструкции (см. схему ниже, поз. б).

сеткой колонн 18 х 24 и 18 х 30 м

и монтируют без временных опор из железобетонных ребристых плит размером 3 х 6 м, очерченных по цилиндрической поверхности со стрелой подъема 10 ... 20 см. Плиты перед монтажом укрупняют на нулевой отметке в секции размером 3 х 18 м (из трех плит) с установкой временной инвентарной затяжки (см. схему ниже, поз. а) шпренгельного типа. Секции устанавливают на контурные фермы-диафрагмы, не используя поддерживающих лесов (см. схему ниже, поз. б). Диафрагмы могут быть из железобетонных или стальных ферм. После соединительной сварки секций и замоноличивания между ними швов монтажные затяжки снимают. Конструкция инвентарной затяжки такова, что ее снимают монтажники, находящиеся на смонтированном покрытии.

монтажа; 1 - плита крайняя, 2 - то же, средняя,

3 - канат диаметром 20 мм, 4 - стенд для укрупнительной сборки, 5 - затяжка диаметром 28 мм, 6 - регулировочный фаркопф, 7 - распорка (труба диаметром 100 мм), 8 - покрытие из секций-оболочек, 9 - контурные фермы-диафрагмы

При монтаже оболочек больших размеров, например 42 х 42 м, 88 х 88 м и более, используют временные опоры или другие конструкции, поддерживающие покрытие в процессе сборки и закрепления

железобетонных длинных цилиндрических оболочек, монтируемых из сборных бетонных элементов на

уровне земли, затем скрепляемых предварительно напряженной стальной арматурой, замоноличиваемых и в готовом виде поднимаемых на проектную высоту. Такая конструкция оболочки была применена при сооружении опытного покрытия пролетом 15,4 м и шириной 6,1 м, а также при возведении покрытия склада длиной 36,5 и шириной 9,1 м.

подмостях бортовых балок высотой 90 шириной 27 см. Сборные бетонные

элементы бортовых балок сопрягались между собой четырьмя предварительно напряженными арматурными стержнями диаметром 5 мм, пропущенными сквозь отверстия в сборных элементах, расположенных по углам. Затем между бортовыми балками натягивали временные затяжки из стальных стержней диаметром 19 мм. После этого на передвижных подмостях, установленных на рельсах, начинали сборку тонкостенной цилиндрической оболочки. Ширина подмостей равна 60 см, а верхняя их поверхность соответствовала кривизне монтируемой оболочки. Оболочку монтировали из сборных бетонных плит длиной 51, шириной 30,5 и толщиной 6,3 см и сборных бетонных элементов пяг оболочки. По периметру плит сделана четверть шириной 12,5 мм. Кроме того, по бокам плит устроены цилиндрические гнезда глубиной 7,6 см, в которые при сборке оболочки укладывались стальные штыри длиной около 13 см диаметром 9 мм.

рисунке показано два полуцилиндра I и II равных диаметров, которые

имеют общую точку, касательную прямую и пересекаются по двум плоским кривым полуэллипсам. В крестовом своде вертикальная нагрузка передается на четыре опоры, а распор отсутствует. Если линия пересечения представляет собой кривую четвертого порядка, то это говорит о том, что диаметр одного из полуцилиндров меньше другого

или крестовых сводов . Сопряжение цилиндрических сводов в местах их

пересечений осуществляется с помощью ребер (гуртов) кружальной системы. Благодаря тому, что сомкнутые и крестовые своды составлены из отрезков цилиндрической поверхности, стандартные размены всех косяков сохраняются. Такие своды относятся к сборно-разборным конструкциям.

показаны архитектурные членения аналогичной поверхности покрытия выставочного зала (Париж 1958год)

подчеркивают конструктивную схему сооружения, его тектонику, нервюру каркаса, опираются на три жестко связанные образующие АО,ВО,СО, сходясь к трем опорам.

рис.2

рис.3 приведен вспарушенный свод, основой этого свода является четыре плоскости,

которые отсекают от полусферического сегмента четыре части. Свод имеет четыре опоры.

четырех боковых частей отсечь горизонтальной плоскостью верхнюю часть, то получится

парусный свод. В результате этого сечения получается горизонтальная окружность, которая опирается на четыре арки. Основой парусного свода является переходная форма от его нижнего квадратного основания к его верхнему цилиндрическому объему.

рис.4

вращения. Пример этого утверждения служит покрытия одного из залов (планетарий)

музея истории космонавтики в Калуге, которое имеет форму отсека эллипсоида вращения, что придаёт сооружению особую выразительность и неповторимость.

собой сочетания составляющих оболочек с поверхностью в виде гиперболических параболоидов

(гипаров). В основном варьируются сочетания гипаров, ограниченных прямолинейными образующими. Наряду с такими оболочками иногда применяются составные оболочки также в виде сочетаний гипаров с криволинейными краями. Наиболее распространены сочетания четырех гипаров; в этих случаях используются прямоугольные гипары, и конструктивные решения упрощаются.

относительно небольшой жесткости. Эти элементы — упругие, податливые, фермы или

рамы по контуру жесткие в своей плоскости и гибкие из плоскости. Основные опоры размещаются в углах оболочки либо имеют опирание у коньков, а углы могут иметь консольное решение.

от простых поверхностей тем, что они состоят из нескольких отсеков

поверхностей. Все выше приведённые поверхности являлись простыми поверхностями. Составные поверхности могут спрягаться как гладко (рис.10) , когда каждая кривая поверхность на участке стыка изменяется плавно, так и не гладко (рис. 8-9). Рассмотрим несколько примеров составных поверхностей составных поверхностей, образованных отсеками гиперболического параболоида и эллипсоида вращения.

отсеков гиперболического параболоида неплоских четырехугольников, перекрещивающихся между собой по прямолинейным

образующим: воронкообразная консольная, шатровая и щипцовая оболочка.

параболоида. Составная поверхность опирается на три опоры, а верхняя часть

отсеков разъединена для устройства светового проема

Каждый отсек это дважды линейчатая поверхность переменной отрицательной кривизны, обладающая пространственной жесткостью. Основным качеством этих отсеков является возможность их сочленения по краевым прямым образующим, по которым концентрируются усилия.

поверхность переменной отрицательной кривизны. Фронтальная проекция меридиального контура является парабола,

потому что каждая пара противоположных отсеков составляет часть одной поверхности. Один отсек образован сечением гиперболического параболоида двумя вертикальными плоскостями с углом между ними 45 градусов и фронтально проецирующей плоскости. Все плоские сечения этой композиции являются параболами. Композиция, показанная на (рис.8) опирается на восемь точечных опор.

Примером этой композиции служит сооружение с примененным в нем тонкостенным железобетонным покрытием, которое представляло поверхность гиперболического параболоида (Мексика)

нелинейчатые поверхности переменной положительной кривизны. В целом это перекрытие имеет

вид выпуклой, а не вогнутой формы. Отсек этой поверхности образован в результате сечения эллипсоида вращения двумя вертикальными плоскостями и фронтально-проецирующей плоскостью. Линии пересечения отсеков друг с другом – плоские – эллипсы. Примером этого служит аналогичное покрытие, осуществленное при сооружении рыночного павильона в Руайане (Франция), состоящая из тринадцати отсеков.

поверхности регулярной формы. Рассмотрим некоторые примеры.
Рис. 10.1,10.2

переменного вида. Она пересекает ось вращения в точке А и

направляющую линию в точке В. Оомы.существленное при сооружении рыночного павильона в Руайане (Франция)и и фронтально-проецирующбразующая совершает двойное движение : равномерное движение вокруг оси и колебательное движение конца В образующей в вертикальной плоскости на величину m – амплитуды перемещения. В результате двойного движения образуется волнообразная поверхность, сочетающая в себе положительную двоякую и отрицательную кривизну и обладающая, как и складчатые покрытия, большой пространственной жёсткостью. Граничный контур представляет собой синусоидальную пространственную кривую, лежащую на сферической поверхности. На чертежах её условная развёртка на плоскости. Период колебательного движения n, когда точка В вернётся в исходное положение, может быть различным, в приведённом примере угловая его величина равна:
j=3600 /12=300 . Сходную форму покрытия с эллиптическим планом имеет вечерний клуб в Пуэрто – Рико

напоминающее цветок из четырнадцати переплетающихся лепестков. Общая форма оболочки близка

к складчатому сферическому сегменту. Складчатая форма покрытия, каждый элемент которой – кривая поверхность переменной положительной кривизны, придают покрытию большую пространственную жёсткость. При диаметре сооружения больше 70 м толщина оболочки составляет 3 –4 см .

рис. 11

вантовые или висячие покрытия. Форма их несколько отличаются от поверхностей,

задаваемых аналитически, уравнениями. Однако они могут быть выражены аналитическим путём аппроксимации отдельных участков отсеками
регулярных поверхностей.

На рис.12 дана схема покрытия, представляющая собой минимальную поверхность с контуром, состоящим из четырёх дуг окружностей. Поверхности этого вида имеют наименьшую площадь при заданном контуре и одинаковую напряжённость в любой точке. Форма поверхности зависит только от формы кривой контура, отдельные её участки имеют положительную и отрицательную переменную кривизну.

Москве. Форма граничного контура поверхности – опорного железобетонного кольца –

близка к эллипсу с размерами осей 224 и 186 м.

Кривая меридионального сечения должна была бы представлять собой цепную линию, но так как в центральной части покрытия расположена сосредоточенная нагрузка – стальное кольцо, цепная линия преобразуется в кривую, близкую к параболе. Таким образом, форма покрытия – это поверхность переменной положительной кривизны, весьма близкая к эллиптическому параболоиду.

зала в Кагаве (Япония), напоминающего корпус корабля. Вантовое покрытие зала

представляет собой отсек поверхности, близкой к гиперболическому параболоиду, заданному двумя семействами кривых. Боковые участки – линейчатая поверхность цилиндроида являются пространственные кривые борта и днище корпуса корабля, имеющие различную кривизну, а образующая – прямая, параллельная направляющей плоскости. Сооружение стоит на четырёх опорных пилонах.

из стали и алюминия; имеют обычно две поясные сетки, между

которыми располагаются в большинстве случаев наклонно идущие раскосы. Известны также структуры из дерева, армоцемента, железобетона. Напряженное состояние структур от действия внешней нагрузки, включая крутящие моменты и возможную просадку опор, существенно зависит от геометрии сеток, которые могут быть подразделены на геометрически изменяемые, неизменяемые и смешанные, к которым относятся системы с одной изменяемой и второй неизменяемой поясными сетками.

— поясная сетка с треугольными ячейками; в — поясная сетка

с треугольными и шестиугольными ячейками

состоящая из прямоугольных поясных ячеек, которая даже при заполнении каждой

ячейки раскосами не воспринимает крутящие моменты. Общая геометрическая неизменяемость таких систем достигается путем поста новки лишних опорных связей, придающих системе внешнюю статическую неопределимость. Так, например, в прямоугольной структурной плите для обеспечения геометрической неизменяемости необходимо тремя горизонтальными опорными связями обеспечивать неподвижность системы в горизонтальной плоскости и поставить не менее четырех вертикальных опорных стержней по углам плиты. Обладая внутренней геометрической изменяемостью, в таких плитах проседание одной из опор не влияет на напряженное состояние системы в целом.

профессора Крылова. Н.Н. Москва «Высшая школа» 2002г.
2.Кузнецов.Н.С. «Начертательная геометрия» Москва

«Высшая школа» 1981г
3.Кудряшов.К.В. «Архитектура», «Архитектурная графика» Москва Стройиздат1990г
4.Будасов.Б.В., Георгиевский.О.В., Каминский.В.П. «Строительное черчение» Москва Стройиздат 2003г
5. Землянский.А.А. «Обследование и испытание зданий и сооружений» Москва 2002г.
6.Лужин.О.В.,Злочевский.А.Б., Горбунов.И.А., Волохов.В.А. «Обследование и испытание сооружений» Москва Стройиздат 1987г.