Конструирование седловидных, шатровых мембран. Конструктивные решения

собственно мембрана, испытывающая в большинстве случаев двухосное напряженное состояние, и

опорный контур, воспринимающий усилия от пролетной конструкции. Пролетная конструкция может быть подкреплена системой элементов, используемых для монтажа оболочки, ее стабилизации, устройства подвесного потолка, установки технологического оборудования и т.п.

треугольным, квадратным, прямоугольным, круглым, овальным, эллиптическим и т .д. Мембранные

оболочки могут иметь различную форму поверхности покрытия

гауссовой кривизны - цилиндричео-кие и конические оболочки;
поверхность положительной гауссовой кривизны

- оболочки сферические, в виде эллиптического параболоида, очерченные по поверхности вращения с вертикальной осью;
поверхность отрицательной гауссовой кривизны - седловидные, в том числе в виде гиперболического параболоида, шатровые;
составную поверхность, в виде комбинации оболочек с одинаковой или различной геометрией поверхности

гауссовой кривизны; б, в - положительной гауссовой кривизны; д-н -

отрицательной гауссовой кривизны

- отрицательной гауссовой кривизны; 6, в, д -нулевой гауссовой кривизны

мембранных систем применяются стали углеродистые, низколегированные, в особых случаях нержавеющие

стали и алюминиевые сплавы, выпускаемые в виде листов или рулонов.

расчетом, увеличение ее для продления срока службы конструкции допускается лишь

в случае невозможности защиты от коррозии н должно быть обосновано соответствующим технико-экономическим расчетом.
Очертание плана и форма поверхности мембранных оболочек должны быть взаимоувязаны и назначаться с учетом архитектурных ,технологических и производственных требований. Их выбор рекомендуется производить на основании технико-экономического анализа с учетом расхода материалов, возможности технологичного изготовления конструкций и их монтажа, аэродинамики покрытий, строительной высоты, вопросов водоотвода

наклонных граней, плоских или призматических, замыкаемых поверху средним (центральным) горизонтальным

диском и подкрепляемых понизу элементами опорного контура — ребрами, балками или фермами.

до 30X30 м и в междуэтажных перекрытиях для зданий с

сеткой колонн от 6x6 до 18x18 м.

или в виде решетчатой структуры (железобетонной или стальной) с покрытием

из железобетонных или стальных элементов настила. При этом настил может быть уложен свободно либо включен в работу решетчатого шатра.

— с плоскими гранями для малых пролетов; в — междуэтажные;

г, д, е — поперечные сечения соответственно для конструкций по пп. а, б, в; — контурные фермы; 2 — центральный диск; 3 — наклонные грани; 4 — контурные балки; 5 — плиты настила

Шатровые конструкции:

под большие полезные нагрузки до 5 тс при сетках колонн

до 12X12 м.

систем с железобетонным или стальным настилом, уложенным по решетчатому шатру.

При наличии экономических обоснований могут применяться монолитные железобетонные конструкции, возводимые на стационарной опалубке или торкретированием по сетке.
Сборные шатры проектируют, как правило, из плоских ребристых плит шириной до 3,0 и длиной до 12,0 м с обычным армированием и предварительно напряженных. Толщина полки 30...60 мм, высота ребер 250...350 мм.
Рациональные схемы разрезки предусматривают плиты трех типов — прямоугольные, трапециевидные, треугольные, изготавливаемые в общей форме.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

в конструкции предусматриваются железобетонные или стальные ребра жесткости, располагаемые в

плоскости плит или под ними и оснащаемые на период монтажа плит инвентарными затяжками.
Решетчатые стальные шатровые покрытия рекомендуется проектировать составными — из унифицированных решетчатых плит, соединяемых между собой на сварке или на высокопрочных болтах. Геометрические формы поверхности наклонных граней принимают плоскими или призматическими.
Плиты проектируют из гнутых или прокатных профилей в виде швеллеров высотой 100...300 мм в зависимости от величины пролета и нагрузок:

способы их монтажа

чаще всего поверхность гиперболического параболоида и жесткого или комбинированного опорного

контура. Сетки образуются двумя семействами ортогонально расположенных взаимно перпендикулярных тросов, одни из которых несущие (вогнутые), другие — стабилизирующие (выпуклые).

и напрягающих нитей на наклонные или вертикальные арки;
Покрытия, у которых

анкерной конструкцией служит замкнутое кольцо или пояс сложной формы;
Системы с передачей распора на краевые тросы (подборы), которые могут быть закреплены в анкерах или на стрелах, оттяжках и т.п.

что каждому несущему тросу соответствует не один стабилизирующий, а совокупность

всех стабилизирующих тросов, т. е. система в целом работает как пространственная.
Эффективность седловидных систем в большой степени зависит от материалоемкости опорного контура. Снизить расход материалов на контур можно, проектируя его безизгибным в виде параболических наклонных арок и эллиптического или круглого пространственного кольца. Однако безизгибность контура имеет место только при постоянных равномерно распределенных по покрытию нагрузках. При одностороннем действии временной нагрузки в опорном контуре появляются изгибающие моменты, требующие увеличения мощности контура.

снега и горизонтальных ветровых нагрузок. Точный расчет покрытий осуществляется методами

строительной механики с применением ЭВМ как многократно статически неопределимых систем. Приближенный расчет седловидных конструкций с учетом сохранения предварительного напряжения стабилизирующего троса при полной вертикальной расчетной нагрузке может быть произведен аналогично расчету двухпоясных систем. В качестве расчетных нитей принимают нити, расположенные в плоскостях главных осей седловидной сетки
Расчет арочного или сложного замкнутого контуров производят по аналогии с расчетами арок (см. п. 9.2) и контуров в оболочках двоякой кривизны (см. п. 11.5). Стабилизацию седловидных сеток осуществляют путем натяжения стабилизирующих нитей с помощью устройств (см. 224) или поворота опорного контура на определенный угол. Реже сетки напрягают с помощью предварительного пригруза несущих нитей.

в США (штат Северная Каролина) по проекту архитектора М. Новицкого

Роли-арены — здания с седловидным висячим покрытием

к горизонту под углом 22º и поддерживаемым опорными стойками, подвешены

рабочие тросы, располагаемые по вогнутой поверхности. Перпендикулярно к ним натянуты напрягающие (стабилизирующие) тросы, образующие выпуклость кверху. В результате получается седлообразная относительно жесткая поверхность. Несущие тросы имеют диаметр 19-32 мм и шаг 1,83 м, диаметры напрягающих тросов 18-19 мм. Рабочие тросы воспринимают вес покрытия и снеговую нагрузку, стабилизирующие - отрицательную ветровую нагрузку (отсос), обеспечивая аэродинамическую устойчивость системы. В покрытии с поверхностью отрицательной кривизны предварительное напряжение обеспечивает стабилизацию системы.

образовано двумя гиперболическими параболоидами, симметрично расположенными относительно продольной оси здания.

Две внутренние почти вертикальные арки пролетом по 168 м жестко защемлены в фундаментах и соединены между собой фермами. Наружные арки занимают положение, близкое к горизонтальному, и опираются на консоли трибун, а внутренние объединены связями в пространственный блок и не имеют промежуточных опор.

двухосное напряженное состояние, преимущественно растяжение по направлению ската. В продольном

направлении в мембране возникает растяжение от ветрового отсоса и от местного провисания мембраны между направляющими полосами, которые расположены с шагом 6, м. Для уменьшения этих напряжений и облегчения монтажа мембраны введены прогоны из гнутых профилей, которые раскрепляют направляющие полосы через 3 м.

криволинейных поверхностей, включающих ортогональную сетку из тросов, окаймленную более мощными

тросами-подборами
подвешенную к специальным мачтам и на отдельных участках притянутых оттяжками к земле. Такие сетки имеют форму растянутых поверхностей отрицательной гауссовой кривизны.

поэтому покрытие принято высоким (до 46 м) с большой стрелой

провеса (до 16 м). Основные несущие элементы покрытия – поперечно расположенные фермы из прокатных профилей. Покрытие стабилизируется системой предварительно напряженных продольных связей, образующих с фермами сетчатую седловидную систему. Распоры от висячих ферм передаются на две наклонные арки, которые представляют собой стальные короба, заполненные бетоном. Проект выполнен институтами Моспроект и ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко.

в одной конструкции несущих и ограждающих функций, благодаря которому дополнительно

снижается масса покрытия;
сейсмостойкость;
их использование позволяет создавать самые разнообразные архитектурные формы зданий и сооружений.

и с увеличением пролета эффективность висячих конструкций увеличивается. Благодаря малому

весу висячие конструкции просты в транспортировке и монтаже, удобны и индустриальны в изготовлении.
В зависимости от конструкции опорного контура можно создавать разнообразные по композиционному решению архитектурно-конструктивные формы седловидных покрытий и зданий в целом, благодаря чему седловидные сетки получили широкое распространение в практике строительства.
Кроме функционально необходимых форм сооружений с седловидными сетками в практике проектирования появляются объекты, в которых с использованием возможностей формообразования конструкций этого типа решение полностью подчиняется какой-либо символике. В результате рождаются большепролетные покрытия экстравагантной архитектуры, но конструктивно сложные и требующие большого расхода материала. Такое покрытие выполнено в большом плавательном бассейне олимпийского комплекса «Йойоги» в Токио.

поверхность гиперболического параболоида. В этом случае несущие и стабилизирующие нити

имеют форму соответственно вогнутых и выпуклых квадратных парабол с постоянным отношением f/l2 в каждом тросе, что создает равенство усилий во всех тросах при равномерно-распределенной нагрузке на покрытии [1].
Работа седловидных сеток отличается также тем, что каждому несущему тросу соответствует не один стабилизирующий, а совокупность всех стабилизирующих тросов, т. е. система в целом работает как пространственная.

контура. Снизить расход материалов на контур можно, проектируя его безизгибным

в виде параболических наклонных арок и эллиптического или круглого пространственного кольца. Однако безизгибность контура имеет место только при постоянных равномерно распределенных по покрытию нагрузках. При одностороннем действии временной нагрузки в опорном контуре появляются изгибающие моменты, требующие увеличения мощности контура.

Седловидные висячие покрытия нашли широкое применение не только для строительства спортивных сооружений, а так же для выставочных павильонов, крытых рынков, вокзалов и других большепролетных зданий.

М.: Стройиздат, 1984. — 336 с., ил.
Кирсанов Н.М. Висячие и

вантовые конструкции: Учеб. пособие для вузов. — М.: Стройиздат, 1981.— 158. с, ил.
Фомина В. Ф. Архитектурно-конструктивное проектирование общественных зданий: учебное пособие / В. Ф. Фомина. – Ульяновск: УлГТУ, 2007. – 97 с.