2018-02-14
1493
За последние годы разработано и внедрено большое количество тонкостенных пространственных железобетонных конструкций покрытий в виде оболочек, складок, шатров и т.п. Эффективность таких конструкций обусловлена более экономным расходом материалов, меньшим весом и новыми архитектурными качествами. Уже первый опыт эксплуатации таких сооружений позволил обнаружить два основных достоинства пространственных тонкостенных железобетонных покрытий:
- экономичность, являющуюся следствием более полного, по сравнению с плоскими системами, использования свойств бетона и стали;
- возможность рационального применения железобетона для покрытия больших площадей без промежуточных опор.
Железобетонные оболочки по методу возведения разделяют на монолитные, сборно-монолитные и сборные. Монолитные оболочки целиком бетонируются на месте строительства на стационарной или передвижной опалубке. Сборно-монолитные оболочки могут состоять из сборных контурных элементов и монолитной скорлупы, бетонируемой на передвижной опалубке, чаще всего подвешиваемой к смонтированным диафрагмам или бортовым элементам. Сборные оболочки собирают из отдельных, заранее изготовленных элементов, которые после установки их на место стыкуются между собой; причем соединения должны обеспечить надежную передачу усилий от одного элемента к другому и работу сборной конструкции как единой пространственной системы.
Сборные оболочки могут быть разделены на следующие элементы: плоские или криволинейные плиты (гладкие или ребристые); диафрагмы и бортовые элементы.
Диафрагмы и бортовые элементы могут быть как железобетонными, так и стальными. Следует отметить, что выбор конструктивных решений оболочек находится в тесной взаимосвязи со способами строительства.
Оболочки двоякой (положительной гауссовой) кривизны, квадратные в плане, образуются из сборных железобетонных ребристых скорлуп и контурных ферм. Геометрическое очертание оболочек двоякой кривизны создает выгодные условия статической работы, так как 80% площади скорлупы оболочки работает только на сжатие и лишь в угловых зонах имеются растягивающие усилия. Скорлупа оболочки имеет форму многогранника с ромбовидными гранями. Поскольку плиты плоские, квадратные, ромбовидная форма граней достигается замоноличиванием швов между ними. Средние типовые плиты формуют размером 2970х2970 мм, толщиной 25, 30 и 40 мм, с диагональными ребрами высотой 200 мм, а бортовыми - 80 мм. Контурные и угловые плиты имеют диагональные и бортовые ребра той же высоты, что и средние, а у бортовых ребер, примыкающих к краю оболочки, сделаны утолщения и пазы для выпусков арматуры контурных ферм. Соединение плит между собой осуществляется сваркой выпусков каркасов диагональных ребер и замоноличиванием швов между плитами. В угловых плитах оставлен треугольный вырез, который замоноличивается бетоном.
Контурные элементы оболочки изготавливают в виде цельных ферм или двух предварительно напряженных раскосных полуферм, стык которых в верхнем поясе выполняется сваркой накладок, а в нижнем - сваркой выпусков стержневой арматуры с последующим их бетонированием. Оболочки целесообразно использовать для покрытия больших площадей без промежуточных опор. Железобетонные оболочки, которым практически можно придать любую форму, способны обогатить архитектурные решения как общественных, так и производственных зданий. Если общественные здания могут быть в плане круглыми, эллиптическими или многоугольными, то производственные здания, как правило, имеют прямоугольный план. При этом одноэтажные производственные здания могут быть разделены на две основные группы: с мостовыми кранами; бескрановые или с легким подвесным транспортом (с конвейерами, монорельсами, кран-балками).
Для первой группы зданий целесообразен шаг колонн 12 м, в противном случае резко возрастает вес подкрановых балок и общий расход материала на здание. Для второй группы зданий выгодно применять крупную, близкую к квадратной, сетку колонн. В соответствии с принятой сеткой колонн выбирают тип и характер покрытия.
На рис.3.1 и3.2 представлены геометрические схемы сборных железобетонных оболочек, прямоугольных в плане.
На рис.3.3 представлены геометрические схемы покрытия зданий с прямоугольной сеткой колонн оболочками из цилиндрических панелей.
Форма цилиндрических оболочек допускает различную разрезку на сборные элементы. Возможные варианты разрезки показаны на рис.3.3. Выбор схемы разрезки диктуется соображениями изготовления элементов, их перевозки и монтажа. Как показано на схемах рис.3.3, в и д, скорлупу оболочки можно собирать из плоских элементов. Бортовые элементы цилиндрических оболочек при любых вариантах разрезки могут представлять собой самостоятельные монтажные единицы, но встречаются также конструкции с бортовыми элементами, изготавливаемыми совместно со скорлупой на заводе железобетонных изделий.
Рис.3.1. Геометрические схемы оболочек:
а - разрезка плоскостями, параллельными контуру; б - радиально-кольцевая разрезка; в - разрезка на ромбовидные плоские плиты
Рис. 3.2. Оболочка покрытия для прямоугольной сетки колонн двоякой (отрицательной гауссовой) кривизны конструкций Ленинградского Промстройниипроекта:
а - общий вид; б - сборная плита
Рис. 3.3. Варианты образования сборных цилиндрических оболочек:
а - из криволинейных панелей с бортовыми элементами; б - то же, с одним бортовым элементом; в - из плоских ребристых или гладких плит, бортовых балок и диафрагм; г - из криволинейных панелей больших размеров, бортовых балок и диафрагм; д - из арок или ферм и сводчатых или плоских ребристых панелей (короткая оболочка)
Цилиндрические оболочки допускают подвеску к ним подъемно-транспортного оборудования, технологических коммуникаций и подвесных потолков, а также устройство (в необходимых случаях) светоаэрационных проемов и фонарей, предназначенных для освещения.
На рис.3.4 представлен общий вид покрытия бочарными сводами. Эти покрытия собирают из установленных параллельно друг другу железобетонных конструкций, имеющих поверхность двоякой положительной кривизны. Сочетание криволинейного очертания арки в направлении ее пролета с криволинейным поперечным сечением дает возможность перекрывать значительные пролеты при относительно небольшой толщине скорлупы. Эта конструкция геометрически неизменяема, обладает большой жесткостью и устойчивостью при работе на сжатие.
В зависимости от назначения здания и принятого объемно-планировочного решения, пяты бочарного свода можно располагать в уровне, близком к нулевым отметкам, или поднимать на необходимую высоту. В первом случае распор свода целесообразно воспринимать соответствующим образом спроектированными фундаментами, во втором - выгоднее передать распор затяжками.
Рис.3.4 Покрытие бочарными сводами
Рис.3.5. Покрытие промышленных зданий сборными оболочками двоякой отрицательной кривизны:
а - пролет 18-24 м при поперечном шаге 6 м; б - то же, 18-36 м при поперечном шаге 12 м
На рис.3.5 и3.6 представлены варианты покрытия промышленных зданий сборными оболочками двоякой отрицательной кривизны и гиперболическими седлообразными панелями покрытия.
Рис.3.6. Гиперболические седлообразные панели:
а - продольный и поперечный разрезы зданий промышленного типа; б - геометрическая схема панелей; в - конструкция панелей; г - стык смежных панелей
За границей оболочки двоякой отрицательной кривизны широко применяются при проектировании зданий общественного назначения, так как позволяют получать сооружения оригинальной формы. Существенным достоинством поверхностей двоякой отрицательной кривизны является их линейчатость, позволяющая конструировать форму или опалубку из прямолинейных элементов и пользоваться виброрейкой при укладке бетона. При этом сохраняются все выгоды криволинейной поверхности покрытия; кроме того, нужно отметить простоту устройства утепления, кровли и крепления подвесного транспорта.
В отечественной практике промышленного строительства оболочки двоякой отрицательной кривизны применяются преимущественно в сборном варианте. Разработаны проекты, в которых разрешена задача унификации монтажных элементов для использования при разной сетке колонн.
