Структурные и перекрестно-балочные системы покрытий

В настоящее время большое распространение получили пространственные решетчатые покрытия регулярной структуры, образующиеся на основе многократно повторяющихся элементов. Структурные конструкции используются и в междуэтажных перекрытиях, стенах, и для покрытий зданий и сооружений.

По принципу образования пространственные решетчатые покрытия можно разделить:

- перекрестно-балочные системы, образуемые пересечением ферм 2-х или 3-х направлений (рис. 11.9.а);

- структурные конструкции, которые набираются из элементарных "кристаллов", тетраэдров (рис.11.9.в), пентаэдров (рис. 11.9.б), гептаэдров (рис. 11.9.д) и т.д.

Во всех случаях стержневой набор образует верхнюю и нижнюю поясные сетки, соединенные между собой решеткой. Поэтому такие системы являются двух сетчатыми. Такие покрытия обычно выполняются без прогонов, т.к. размеры ячеек верхнего пояса небольшие.

Пространственные решетчатые системы отличаются архитектурной выразительностью. В зависимости от формы поверхности перекрестные и структурные конструкции образуют диски, своды, купола, складчатые системы и др. Некоторые из этих типов показаны с. 11.9. Структурные конструкции обладают повышенной жесткостью по сравнению с плоскостными системами. Поэтому они имеют меньшую строительную высоту, а следовательно более экономичны. Кроме того, они хорошо работают на сосредоточенные нагрузки, поэтому их можно применять для производственных зданий с подвесными кранами.

Преимуществом структурных конструкций являются их возможность произвольного расположения опор в узлах нижней или верхней поясных сеток. Опорами могут быть стены, отдельно стоящие колонны, что позволяет принимать любые архитектурно - планировочные решения.

Поставка конструкций на строительную площадку может осуществляться в виде: пакетов отдельных стержней, плоских секций, пространственных модулей-пирамид, вложенных при транспортировании одна в другую в виде плотного штабеля.

Монтаж конструкций можно производить индустриальными методами, т.е. применять укрупнительную сборку всего покрытия на уровне земли с последующим подъемом готового блока на проектную отметку кранами или домкратами.

Конструктивные формы структурных плит отличаются большим разнообразием из-за применения различных типов стержневой решетки, профилей стержней и типов узловых соединений.

Наиболее распространен тип структур с поясными сетками из квадратных ячеек (рис.11.9.б). Такая сетка применяется в производственных зданиях прямоугольной в плане формы. Для увеличения жесткости ортогональных структур на кручение поясные сетки устраиваются с дополнительными диагоналями (рис.11.9.г). Для покрытий общественных зданий сложной конфигурации в плане применяются структуры с поясными сетками из ней 3-х направлений, образуемые из тетраэдров (рис.11.9.в) или гептаэдров (рис.11.9.д).

Стержни структурных покрытий изготавливают из круглых труб или прокатных профилей (уголков, швеллеров, двутавров). Для производственных зданий выгоднее структуры из прокатных профилей несмотря на то, что они на 15...25% тяжелее структур из труб.

На массу и стоимость структурных конструкций существенно влияют узловые соединения, на узлы расходуется до 15...20% металла.

Различают два вида узловых сопряжений в структурах: сварные и болтовые. Конструкция узлов показана на рис. 11.10.

Расчет структурных конструкций осуществляется точными и приближенными методами. При точном расчете стержневая плита рассматривается как пространственная шарнирно-стержневая система и рассчитывается на ЭВМ по существующим программам.

При расчете приближенным способом стержневую систему заменяют сплошной плитой эквивалентной жесткости. По справочным таблицам определяют как для сплошной плиты изгибающие моменты и поперечные силы в заданных сечениях. Затем переходят от сплошной плиты к стержневой системе. Для этого распределенные изгибающий момент M_pl и поперечную силу Q_pi собирают с плиты шириной, равной размеру ячейки поясной сетки S (рис. 11.11а) и прикладывают в виде сосредоточенных усилий M_pl* S и Q_pi *S в узлы кристалла (рис. 11.11.б).

Усилия в поясах получают заменой момента M_pl* S парой сил с плечом, равным высоте структуры h, а усилия в раскосах - из условия равновесия сил, приложенных к данному узлу на вертикальную ось.

Ниже приводятся формулы для определения усилий в поясах N_b и раскосах N_d для структур различных типов. Для структуры из пентаэдров без дополнительных диагоналей в ней поясной сетке (см. рис. 11.9.б)

N_b = M_pl* S /h;

N_d = - 0,5*Q_pi *S Q_x /sin

где h - высота структуры, - угол наклона раскосов к горизонтальной плоскости.

Для структуры из пентаэдров с дополнительными диагоналями в верхней поясной сетке (рис.11.9.г)

N_b = 1,1 M_pl* S /h;

N_d = - 0,55*Q_pi *S Q_x /sin

Для структуры с треугольными ячейками верхней и нижней поясных сеток (рис.11.9.в)

N_b = 0,578M_pl* S /h;

N_d = - 0,5*Q_pi *S Q_x /sin

Приближенный расчет усилий в структурах обеспечивает точность до 15% и обычно применяется при вариантном проектировании. Основными параметрами при выборе конструктивной схемы являются: типы ячеек поясных сеток и положение верхней поясной сетки по отношению к нижней, схема расположения опор и очертание плиты на участке, между опорами, конструктивная высота плиты и размеры поясных ячеек.

Рекомендуется принимать высоту структурных плит 1/15...1/20 пролета при стержнях и 1/20...1/25 пролета при профильном прокате. Ячейки принимаются в пределах 1/7…1/15 пролета плиты. Стержневые плиты ограничиваются пролетами 60...80 м, однако могут иметь и большие значения.

Контрольные вопросы

1. Какими требованиями определяется выбор конструкции большепролетного покрытия?

2. Как классифицируются большепролетные покрытия

3. Каковы особенности балочных конструкций покрытий?

4. Чем объяснить большую эффективность рамных и арочных конструкций по сравнению с балочными конструкциями?

5. Как разделяют арки по статической схеме работы, какие конструктивные решения более применяемы?

6. Как назначить высоту сечения в балочных, арочных и рамных конструкциях?

7. Каковы особенности конструирования и расчета куполов?

8. Как классифицируют пространственные решетчатые конструкции покрытия?

9. Перечислите преимущества структурных конструкций по сравнению с плоскими системами.

10. Как рассчитываются структурные конструкции?

Висячие покрытия