БОЛЬШЕПРОЛЁТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЙ Общие соображения Большие пролёты

БОЛЬШЕПРОЛЁТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЙ

Общие соображения Большие пролёты (более 40 -50 м) в зданиях общественного назначения обусловлены функциональными или архитектурными требованиями; в промышленных зданиях – технологическими требованиями. Большепролётные конструкции выполняются как виде плоских систем (балочные, рамные и арочные покрытия), так и в виде пространственных систем (висячие, сетчатые, структурные, мембранные покрытия). Пространственные системы эффективнее плоских, поскольку в них более полно используются свойства стали (работа преимущественно на растяжение; работа в двух направлениях, приводящая к перераспределению усилий). 1

Балочные конструкции Балочные большепролётные конструкции применяют в случаях, когда опоры не могут воспринять распорных усилий. Для больших пролётов более эффективными являются фермы. Оптимальная высота ферм составляет 1/6… 1/8 пролёта; это приводит к необходимости устройства сложной шпренгельной решётки. Наиболее экономичны трёхгранные фермы с предварительным напряжением. Железобетонная плита покрытия включается в совместную работу на сжатие. 1 – трёхгранная ферма; 2 – предварительно напряжённая затяжка; 3 – железобетонные кровельные плиты. 2

Рамные конструкции Рамные большепролётные конструкции выполняют, как правило, сквозными. Благодаря жёсткому узлу сопряжения ригеля с колонной в ригеле создаются разгружающие моменты. Оптимальная высота ригеля составляет 1/8… 1/15 пролёта. 1 – ригель; 2 – стойка. Узел сопряжения ригеля и стойки – наиболее ответственный; его желательно изготовить полностью на заводе. 3

4 Арочные конструкции Арочные большепролётные конструкции имеют несомненное преимущество перед балочными и рамными благодаря значительно меньшим (в несколько раз) изгибающим моментам. Пологие арки: f / l < 1/4… 1/10 В арке возникают не только вертикальные, но и горизонтальные опорные реакции – распор. Распорные усилия создают в сечениях арки моменты, противоположные по знаку моментам от внешних нагрузок. Высокие арки (подъёмистые): f / l 1/4… 1 Статические схемы арок Двухшарнирная Эп. моментов в арках: 1 - трёхшарнирной; 2 – двухшарнирной; 3 – бесшарнирной. Трёхшарнирная Безшарнирная один раз статически неопределимая; малочувствительная к осадке опор; наиболее часто применяется неэффективная из-за сложности устройства ключевого шарнира и большой величины изгибающих моментов Самая экономичная по расходу материала, но чувствительная к осадке опор и изменению температуры

Конструктивные схемы и типы сечений арок Сплошные арки имеют высоту сечения 1/50… 1/80 пролёта и применяются при пролётах до 60 м. Сквозные арки характеризуются большей высотой сечения (1/30… 1/60 пролёта) и применяются при пролётах свыше 60 м. Высота сечения по длине пролёта сохраняется постоянной. Двухстенчатые сечения имеют большую жёсткость из плоскости арки, поэтому их целесообразно применять при больших пролётах. h = (1/50… 1/80) l l < 60 м h = (1/30… 1/60) l l > 60 м 5

6 Опорные узлы арок С увеличением пролёта арки и нагрузки применяют более совершенную конструкцию опорного шарнира. В высоких и лёгких арках от ветровой нагрузки в опорах могут возникнуть растягивающие усилия. Для восприятия этих усилий устанавливают анкерные болты, расположенные по оси стойки, чтобы они не мешали свободному повороту опорного сечения. а – плиточный шарнир; б – пятниковый шарнир; в - балансирный шарнир. 1 – плита; 2 – цапфа; 3 – балансир.

Варианты восприятия распора в арках Арки являются распорными системами. Величина распора в зависимости от нагрузки, пролёта и стрелы подъёма может изменяться в значительных пределах. Восприятие распора требует специальных конструктивных мероприятий и приводит к существенным дополнительным затратам. а – устройство затяжки (чтобы затяжка не провисала, её поддерживают распорками); б – устройство рам (конструкций служебных помещений); в - устройство пилонов или контрфорсов; г – передача усилий на трибуны; д – устройство подпольной затяжки (при слабых грунтах). 7

Современные большепролётные арки Арочное покрытие дворца спорта в Лужниках Арка с приподнятой затяжкой (для увеличения полезной высоты помещения) 8

Современные большепролётные арки Одним из простых приёмов рационального распределения усилий является принудительное смещение опорных узлов наружу после установки арки на опоры. В нижнем поясе и раскосах арки при этом возникают растягивающие напряжения. В этом случае нижний пояс и решётка могут быть сконструированы из тросов, а верхний пояс – жёстким. Предварительно напряжённая арка с нижним поясом и решёткой из тросов 1 – трос; 2 – жёсткий пояс. Многопролётная арка перекрытия вокзальных перронов 9

Пространственные конструкции: структуры 10

Пространственные конструкции: оболочки Односетчатые цилиндрические оболочки 1 – оболочка; 2 – торцевая диафрагма; 3 – связи; 4 – колонны. 11

Пространственные конструкции: купола Схемы куполов: а – ребристый; б – ребристо-кольцевой; в – сетчатый; г – радиально-балочный. 12

Пространственные конструкции: мембраны Мембранные покрытия выполняют из листовой стали, сочетающей несущие и ограждающие функции. Стадион на проспекте Мира а – план покрытия; б – продольный и поперечный разрезы. Мембрана t = 5 мм. 13

Пространственные конструкции: висячие покрытия Наружное железобетонное кольцо Басманный рынок (1973 г. ) – поперечный разрез Техническое помещение Антресоли План Общий вид в стадии возведения Стальные канаты (ванты) Внутреннее стальное кольцо 14

Басманный рынок (23/02/2006) 15

Общий вид после обрушения 16

Басманный рынок (23/02/2006) • 17 Следствие по делу рассматривало три версии причин обрушения - нарушение правил эксплуатации, ненадлежащее исполнение обязанностей должностными лицами при осмотре технического состояния здания и неверное конструктивное решение при проектировании. Вероятность теракта или спланированного разрушения официальные лица исключили практически сразу.

Басманный рынок (23/02/2006) • Накануне происшествия всю ночь шёл мокрый снег, который толстым слоем скапливался на крыше. 18

Басманный рынок (23/02/2006) • Дополнительная нагрузка также могла возникнуть из-за того, что на антресолях 2 -го этажа, предназначенных только для открытой торговли, в последнее время появилось много стационарных палаток с большим количеством товара. 19

Басманный рынок (23/02/2006) • После обрушения "Трансвааль-парка" все здания, построенные по проектам Нодара Канчели, были тщательно проверены. Здание Басманного рынка также прошло проверку. • По словам мэра Москвы, крыша рынка была рассчитана на большое количество снега (до 1, 5 м) и оборудована специальным стоком. Она не нуждалась в специальной очистке от снега. 20

Басманный рынок (23/02/2006) • Ещё 22 декабря 2005 г. Московская прокуратура, проводившая проверку рынка, вынесла его директору Марку Мешиеву «предписание о недопустимости нарушений при эксплуатации здания» . • В этом документе сообщалось как о несоблюдении правил пожарной безопасности, так и о несогласованных перепланировках. • Было также выявлено нарушение регламента работы рынка. 21

Басманный рынок (23/02/2006) • По предварительным данным, причиной обрушения стало нарушение гидроизоляции кровельного покрытия, вследствие которого несущий вант кровли был повреждён коррозией примерно на 50 % по сечению троса. 22

Ледовый дворец в Крылатском 23

Ледовый дворец в Крылатском был возведён за 18 месяцев и открыт 9 сентября 2004 г. Радиальные фермы выполнены из металлических и деревянных элементов; они делятся примерно на две равные части и на стыках прикреплены к металлическим тросам – вантам. Всего покрытие удерживают 19 вантов, концы которых зафиксированы на центральной Л-образной опоре высотой 72 м. 24

Ледовый дворец в Крылатском 25