Стержневые пространственные конструкции

Стержневые пространственные конструкции в известной мере аналогичны массивным (сплошным) конструкциям — плитам, плоским дискам, оболочкам. С другой стороны, эти кон­струкции есть дальнейшее развитие плоских стержневых (решетчатых) конструкции.

Развитие современных технологических методов производства позволяет изготовлять крупные серии стандартных конструктивных элементов при сравнительно небольших за­тратах. Эти успехи в области технологии и обусловили экономическую эффективность применения стержневых пространственных конструкций.

Принцип стержневой пространственной конструкции известен человечеству с древней­ших времен; он использован в монгольских юртах, в хижинах жителей тропической Аф­рики, каркасных постройках средневековья, а в наше время — в конструкциях велосипеда, самолета, подъемного крана и пр.

В последнее время стержневые пространственные конструкции промышленного изготов­ления получили широкое распространение во многих странах, что объясняется простотой их производства и легкостью монтажа сооружений. Основная заслуга в создании и развитии этих конструкций принадлежит прежде всего Беллу Фепплю и Шведлеру, работавшим на рубеже XIX и ХХ столетий, а в ХХ веке—Ледереру, Маковскому, Отто, Райту, Фуллеру и др.

Элементарная стержневая пространственная конструкция — тренога (рис. 3.51, а), образо­ванная тремя сходящимися в узле стержнями, не лежащими в одной плоскости. Из таких тре­ног образуется, например, конструкция, показанная на рис. 3.51.б в таких конструкциях число стержней равно утроенному числу свободных (не прикрепленных к основанию) узлов. Эти стержневые системы принято называть. простейшими.

Приведенному соотношению отвечает также конструкция, показанная на рис. 3.52.в она, однако, уже не образуется, как предыдущая, из элементарных треног: такие системы назы­ваются преобразованными.

Если тренога не прикреплена к массивному основанию (обычно к земле), то для обес­печения ее геометрической неизменяемости необходимо ввести еще три стержня (рис. 3.51 г). При этом образуется пространственный четырехугольник - тетраэдр. Последовательным соединением таких элементов об­разуется так называемая свободная стержневая система.

Стержневая пространственная конструкция, узлы которой лежат на некоторой поверх­ности одинарной или двоякой кривизны, образует сетчатую оболочку. В зависимости or формы поверхности различают сетчатые цилиндрические оболочки, сетчатые ку­пола, сетчатые конические оболочки и оболочки переноса (рис. 3.52).

Другой тип стержневых пространственных конструкций – призматические конструкции и плиты; здесь можно выделить трехгранные (трехпоясные) фермы (рис. 3.53 а) и стерж­невые (структурные) плиты (рис. 3.53 б).

Стержневые пространственные конструкции могут быть однослойными (одно-поясными), двухпоясными или многопоясными. Например, структурные плиты выполняют двухпоясными; сетчатые купола и цилиндрические оболочки при обычных пролетах делают однослойными (однопоясными).

Рис.3.51 Схема построения пространственных стержневых систем:

а – тренога (узел поддерживается тремя стержнями, не лежащими в одной плоскости);

б – простейшая система, образованная из треног; в – преобразованная статически определенная система; г – элементарная свободная система - тетраэдр; д – свободная система, образованная дополнением тетраэдра

Рис.3.52 Формы стержневых сетчатых оболочек:

а – сетчатая цилиндрическая оболочка; б – сетчатый купол;

в – сетчатая коническая оболочка; г – оболочка переноса

а) б)

Рис.3.53 Формы стержневых конструкций с плоскими гранями:

а – трехпоясная ферма; б – структурная плита с полуоктаэдрической решеткой

Рис.3.54 Типы плоских стержневых решеток:

а - с двумя семействами пересекающихся стержней; б – с тремя семействами

стержней; в – диагональная; г – кольцевая

Перекрестно-стержневая конструкция при плане помещения, приближающемся к квадрату, превращается в пространственную сетку, состоящую из перекрещивающихся поясных стержней и пространственной решетки, поставленной по диагонали квадратных ячеек (рис. 3.54). Возможности такой конструкции (структуры) очень широки, так как ее можно опирать на колонны в любой точке. При этом все возможные варианты получаются на основе ограниченного сортамента стержней, что позволяет организовать их поточное производство с высокой степенью механизации и автоматизации технологических процессов. Расход материалов на такое пространственное покрытие на 20-30% ниже, чем в обычных покрытиях по стропильным фермам.

Перекрестно-стержневую конструкцию (структуру) выполняют главным образом из металла. Обычно она представляет собой систему из двух (четырех) плоских решетчатых дисков, раскрепленных в двух направлениях наклонными стержнями, которые образуют серию одинаковых пирамид с обращенными вниз вершинами, раскрепленными стержнями нижнего решетчатого диска.

Транспортировка перекрестно-стержневых конструкций осуществляется без применения специальных фермовозов, панелевозов и грузовых платформ, а укрупнительная сборка производится вручную и не требует высококвалифицированных рабочих. Возможная величина пролетов таких конструкций - 36 х 36 м.

Модульная сетка пространственных перекрестно-стержневых конструкций строится по ортогональной (преимущественно 3 х 3 м), треугольной или шестиугольной системам. Такие конструкции применяют для самых разнородных покрытий с опиранием по контуру на внутриконтурные колонны. Устраиваемые консоли по всем или некоторым сторонам могут придавать покрытию любую форму в плане. Подобные конструкции применяются при строительстве крупных павильонов (рис. 3.55).

Рис.3.55 Покрытие бассейна в Булони.

Стержневая система «Minangoy-poiey». Арх. К. Танге