Компоновка цилиндрических, круглых вогнутых, гиперболических покрытий и их работа. { к. т. н. Мухамедшакирова Ш. А
Содержание. 1 Характеристика. 2 Конструктивное решение. 3 Примеры. 4 Литература.
Цилиндрические оболочки имеют срединную поверхность, образованную параллельным скольжением прямой образующей по произвольной криволинейной направляющей. Очертание направляющей выбирают по кругу или параболе, в редких случаях по эллипсу или другой кривой. Как правило, выполняются они из железобетона. В металле выполняются складки. Для сборных оболочек наиболее простым является круговое очертание направляющей; в этом случае поверхность оболочки будет очерчена по круговому цилиндру
Призматические складки типа коротких цилиндрических оболочек отличаются от цилиндрических оболочек тем, что в них криволинейная направляющая заменена ломаной прямой. В пределе складка обращается в оболочку при уменьшении длины прямых участков направляющей и увеличении их числа. Это позволяет выполнять расчет цилиндрической оболочки так же, как и призматических складок. Оболочка, в свою очередь, может быть заменена вписанной в ее очертание складкой. Расстояние между опорами оболочки или складки вдоль образующей называется пролетом, а расстояние между продольными краями — длиной волны или шириной оболочки или складки.
Цилиндрические оболочки опираются на несущие колонны через торцевые диафрагмы, жесткие в своей плоскости. Они, как правило, имеют по краям бортовые элементы, снижающие деформативность наружных краев криволинейной плиты. В них располагают продольную растянутую арматуру. Продольные края в пролете могут оставаться свободными или опираться на колонны или стены.
а — гладкий свод и его опорные реакции, 6 — ребристый, в — д — сомкнутый, е — зеркальный, ж — цилиндрический, и — крестовый меняют для устройства покрытий просветом до 100 м, а время от времени и поболее.
ВЫБОР БОРТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ. Выбор типа бортовых элементов зависит в основном от условий опирания краев оболочки. Бортовые элементы для оболочек со свободными краями принимают в виде балок, расположенных ниже краев оболочки. Для сборных оболочек с целью снижения массы сечение балок принимают двутавровым. Конструктивные формы длинных цилиндрических оболочек: а—оболочки с бортовыми элементами в виде сборных балок (поперечный разрез); б— оболочки с бортовыми элементами, являющимися частью плит (поперечный разрез); в—оболочки с продольной разрезкой на плиты; 1— элементы диафрагм; 2 -плиты; 3— бортовые элементы
По условиям проектирования бортовые элементы могут располагаться выше края оболочки. Они выполняются прямоугольного или Ь-образного сечения. Если края оболочки подперты в вертикальном или горизонтальном направлении, то бортовой элемент часто выполняют в виде горизонтальной плиты. Призматические складки типа коротких цилиндрических оболочек: а—с бортовыми элементами; б—без бортовых элементов; 1—фермадиафрагма; 2—плита; 3—бортовой элемент; 4—безраскосная фермадиафрагма В многоволновых оболочках промежуточные бортовые элементы проектируют, как правило, аналогично крайним бортовым элементам.
Основные виды поверхностей Цилиндрические Сферические
Оболочка - пространственная конструкция, у которой верхняя и нижняя поверхности криволинейны, а расстояние между ними (толщина оболочки) так малы, что отношение толщины конструкции (оболочки) к радиусу ее кривизны составляет от 1/20 до 1/1000. В строительстве применяют оболочки: сферические, цилиндрические, эллиптические, гиперболические, складчатые и др. Для покрытий производственных зданий чаще всего используют оболочки положительной кривизны; в покрытиях общественных, спортивных и других сооружений - нередко висячие оболочки отрицательной кривизны. Рассмотрим примеры устройства наиболее распространенных покрытий. Сборные железобетонные покрытия в виде цилиндрических оболочек наиболее эффективно устраивать из крупноразмерных (длиной на пролет) сводчатых панелей, выполняющих одновременно функции плит покрытия и стропильных ферм (балок). Такие панели изготовляют с П-образным поперечным сечением (плиты П) и шатровым или сводчатым (плиты КЖС и КСО) продольным профилем. Их применяют для перекрытия пролетов 18 и 24 м. Ширина плит 3 м. На схеме ниже, поз. а показано покрытие из плит-оболочек КСО, у которых несущие продольные диафрагмы, выполняющие роль стропильных конструкций, сделаны в виде безраскосной фермы. Это позволяет прокладывать коммуникации в плоскости конструкций покрытия
Бескондукторный монтаж оболочки положительной двоякой кривизны а - панелей-оболочек КСО, б - монтаж оболочек укрупненными блоками из ребристых плит; 1 - колонны, 2 - панель-оболочка КСО, 3 подстропильная ферма, 4 - укрупненный блок оболочки из ребристых плит, 5 - контурная ферма (диафрагма), 6 - стропильная балка (ферма), 7 - блок оболочки с временной (инвентарной) затяжкой
Плиты-оболочки КСО, КЖС или П устанавливают на подстропильные фермы и крепят к ним, привая закладные детали к опорным пластинам на верхнем поясе ферм. Применение таких конструкций покрытия упрощает монтаж каркасов зданий: после установки, выверки и закрепления колонн монтируют подстропильные фермы; в том же потоке устанавливают панелиоболочки покрытия. Конструкции стропят, поднимают и устанавливают традиционными способами. Цилиндрические оболочки делают также и сборными из ребристых плит размером 3 х 6 м, укрупняя их в монтажные секции 3 х 18 м (по три плиты в секции) и устанавливая на стропильные конструкции (см. схему ниже, поз. б).
Оболочки двоякой положительной кривизны применяют для покрытия одноэтажных зданий с сеткой колонн 18 х 24 и 18 х 30 м и монтируют без временных опор из железобетонных ребристых плит размером 3 х 6 м, очерченных по цилиндрической поверхности со стрелой подъема 10. . . 20 см. Плиты перед монтажом укрупняют на нулевой отметке в секции размером 3 х 18 м (из трех плит) с установкой временной инвентарной затяжки (см. схему ниже, поз. а) шпренгельного типа. Секции устанавливают на контурные фермы-диафрагмы, не используя поддерживающих лесов (см. схему ниже, поз. б). Диафрагмы могут быть из железобетонных или стальных ферм. После соединительной сварки секций и замоноличивания между ними швов монтажные затяжки снимают. Конструкция инвентарной затяжки такова, что ее снимают монтажники, находящиеся на смонтированном покрытии.
При монтаже оболочек больших размеров, например 42 х 42 м, 88 х 88 м и более, используют временные опоры или другие конструкции, поддерживающие покрытие в процессе сборки и закрепления а - укрупнительная сборка монтажной секции оболочки, б - схема монтажа; 1 - плита крайняя, 2 - то же, средняя, 3 - канат диаметром 20 мм, 4 - стенд для укрупнительной сборки, 5 - затяжка диаметром 28 мм, 6 - регулировочный фаркопф, 7 - распорка (труба диаметром 100 мм), 8 - покрытие из секцийоболочек, 9 - контурные фермы-диафрагмы
Монтаж цилиндрической оболочки В г. Коломбо (Цейлон), например, разработана конструкция сборных железобетонных длинных цилиндрических оболочек, монтируемых из сборных бетонных элементов на уровне земли, затем скрепляемых предварительно напряженной стальной арматурой, замоноличиваемых и в готовом виде поднимаемых на проектную высоту. Такая конструкция оболочки была применена при сооружении опытного покрытия пролетом 15, 4 м и шириной 6, 1 м, а также при возведении покрытия склада длиной 36, 5 и шириной 9, 1 м.
Монтаж цилиндрической оболочки начинали со сборки на земле или на подмостях бортовых балок высотой 90 шириной 27 см. Сборные бетонные элементы бортовых балок сопрягались между собой четырьмя предварительно напряженными арматурными стержнями диаметром 5 мм, пропущенными сквозь отверстия в сборных элементах, расположенных по углам. Затем между бортовыми балками натягивали временные затяжки из стальных стержней диаметром 19 мм. После этого на передвижных подмостях, установленных на рельсах, начинали сборку тонкостенной цилиндрической оболочки. Ширина подмостей равна 60 см, а верхняя их поверхность соответствовала кривизне монтируемой оболочки. Оболочку монтировали из сборных бетонных плит длиной 51, шириной 30, 5 и толщиной 6, 3 см и сборных бетонных элементов пяг оболочки. По периметру плит сделана четверть шириной 12, 5 мм. Кроме того, по бокам плит устроены цилиндрические гнезда глубиной 7, 6 см, в которые при сборке оболочки укладывались стальные штыри длиной около 13 см диаметром 9 мм.
Цилиндрические поверхности.
На рис. 1. показано образование крестового свода, также на этом рисунке показано два полуцилиндра I и II равных диаметров, которые имеют общую точку, касательную прямую и пересекаются по двум плоским кривым полуэллипсам. В крестовом своде вертикальная нагрузка передается на четыре опоры, а распор отсутствует. Если линия пересечения представляет собой кривую четвертого порядка, то это говорит о том, что диаметр одного из полуцилиндров меньше другого
При пересечении нескольких цилиндрических сводов образуются покрытия в виде сомкнутых или крестовых сводов. Сопряжение цилиндрических сводов в местах их пересечений осуществляется с помощью ребер (гуртов) кружальной системы. Благодаря тому, что сомкнутые и крестовые своды составлены из отрезков цилиндрической поверхности, стандартные размены всех косяков сохраняются. Такие своды относятся к сборно-разборным конструкциям.
При таком пересечении цилиндров свод образует так называемую распалубку. На рис. 2 показаны архитектурные членения аналогичной поверхности покрытия выставочного зала (Париж 1958 год) подчеркивают конструктивную схему сооружения, его тектонику, нервюру каркаса, опираются на три жестко связанные образующие АО, ВО, СО, сходясь к трем опорам. рис. 2
Сферическая поверхность. Своды и купола сферической формы являются распространенным видом. На рис. 3 приведен вспарушенный свод, основой этого свода является четыре плоскости, которые отсекают от полусферического сегмента четыре части. Свод имеет четыре опоры.
рис. 4 На рис. 4 показан парусный свод. Если от полусферического сегмента помимо четырех боковых частей отсечь горизонтальной плоскостью верхнюю часть, то получится парусный свод. В результате этого сечения получается горизонтальная окружность, которая опирается на четыре арки. Основой парусного свода является переходная форма от его нижнего квадратного основания к его верхнему цилиндрическому объему.
Также для создания оригинальных и разнообразных архитектурных решений служат поверхности вращения. Пример этого утверждения служит покрытия одного из залов (планетарий) музея истории космонавтики в Калуге, которое имеет форму отсека эллипсоида вращения, что придаёт сооружению особую выразительность и неповторимость.
Составные оболочки отрицательной гауссовой кривизны представляют собой сочетания составляющих оболочек с поверхностью в виде гиперболических параболоидов (гипаров). В основном варьируются сочетания гипаров, ограниченных прямолинейными образующими. Наряду с такими оболочками иногда применяются составные оболочки также в виде сочетаний гипаров с криволинейными краями. Наиболее распространены сочетания четырех гипаров; в этих случаях используются прямоугольные гипары, и конструктивные решения упрощаются.
По контуру оболочки опираются чаще всего на ФЕРМЫ КОЛОННЫ
По линиям сопряжения, так называемым коньковым линиям, располагаются коньковые элементы относительно небольшой жесткости. Эти элементы — упругие, податливые, фермы или рамы по контуру жесткие в своей плоскости и гибкие из плоскости. Основные опоры размещаются в углах оболочки либо имеют опирание у коньков, а углы могут иметь консольное решение.
Конструктивные схемы многоволновых покрытий из гиперболических параболоидов.
В практике архитектурного проектирования существуют поверхности составного вида, которые отличаются от простых поверхностей тем, что они состоят из нескольких отсеков поверхностей. Все выше приведённые поверхности являлись простыми поверхностями. Составные поверхности могут спрягаться как гладко (рис. 10) , когда каждая кривая поверхность на участке стыка изменяется плавно, так и не гладко (рис. 8 -9). Рассмотрим несколько примеров составных поверхностей, образованных отсеками гиперболического параболоида и эллипсоида вращения.
Рис. 6 На рис. 6 показана схема покрытия. Эти покрытия состоят из четырех отсеков гиперболического параболоида неплоских четырехугольников, перекрещивающихся между собой по прямолинейным образующим: воронкообразная консольная, шатровая и щипцовая оболочка.
На рис. 7 приведена композиция, образованная тремя не плоскими четырехугольниками гиперболического параболоида. Составная поверхность опирается на три опоры, а верхняя часть отсеков разъединена для устройства светового проема Каждый отсек это дважды линейчатая поверхность переменной отрицательной кривизны, обладающая пространственной жесткостью. Основным качеством этих отсеков является возможность их сочленения по краевым прямым образующим, по которым концентрируются усилия.
На рис. 8 поверхность образована восемью отсеками косого гиперболического параболоида – поверхность переменной отрицательной кривизны. Фронтальная проекция меридиального контура является парабола, потому что каждая пара противоположных отсеков составляет часть одной поверхности. Один отсек образован сечением гиперболического параболоида двумя вертикальными плоскостями с углом между ними 45 градусов и фронтально проецирующей плоскости. Все плоские сечения этой композиции являются параболами. Композиция, показанная на (рис. 8) опирается на восемь точечных опор. Примером этой композиции служит сооружение с примененным в нем тонкостенным железобетонным покрытием, которое представляло поверхность гиперболического параболоида (Мексика)
На рис. 9 приведено покрытие, которое образовано восемью отсеками эллипсоида – нелинейчатые поверхности переменной положительной кривизны. В целом это перекрытие имеет вид выпуклой, а не вогнутой формы. Отсек этой поверхности образован в результате сечения эллипсоида вращения двумя вертикальными плоскостями и фронтальнопроецирующей плоскостью. Линии пересечения отсеков друг с другом – плоские – эллипсы. Примером этого служит аналогичное покрытие, осуществленное при сооружении рыночного павильона в Руайане (Франция), состоящая из тринадцати отсеков.
Сложные нерегулярного вида поверхности. В основе геометрического конструирования сложных форм лежат поверхности регулярной формы. Рассмотрим некоторые примеры. Рис. 10. 1, 10. 2
На рис. 10. 1 приведены проекции сложной поверхности вращения с образующей переменного вида. Она пересекает ось вращения в точке А и направляющую линию в точке В. Оомы. существленное при сооружении рыночного павильона в Руайане (Франция)и и фронтально-проецирующбразующая совершает двойное движение : равномерное движение вокруг оси и колебательное движение конца В образующей в вертикальной плоскости на величину m – амплитуды перемещения. В результате двойного движения образуется волнообразная поверхность, сочетающая в себе положительную двоякую и отрицательную кривизну и обладающая, как и складчатые покрытия, большой пространственной жёсткостью. Граничный контур представляет собой синусоидальную пространственную кривую, лежащую на сферической поверхности. На чертежах её условная развёртка на плоскости. Период колебательного движения n, когда точка В вернётся в исходное положение, может быть различным, в приведённом примере угловая его величина равна: j=3600 /12=300. Сходную форму покрытия с эллиптическим планом имеет вечерний клуб в Пуэрто – Рико
рис. 11 На рис. 11 дано изображение покрытия Даниловского рынка в Москве, напоминающее цветок из четырнадцати переплетающихся лепестков. Общая форма оболочки близка к складчатому сферическому сегменту. Складчатая форма покрытия, каждый элемент которой – кривая поверхность переменной положительной кривизны, придают покрытию большую пространственную жёсткость. При диаметре сооружения больше 70 м толщина оболочки составляет 3 – 4 см.
В последнее время всё большое распространение поверхности нерегулярного вида – вантовые или висячие покрытия. Форма их несколько отличаются от поверхностей, задаваемых аналитически, уравнениями. Однако они могут быть выражены аналитическим путём аппроксимации отдельных участков отсеками регулярных поверхностей. На рис. 12 дана схема покрытия, представляющая собой минимальную поверхность с контуром, состоящим из четырёх дуг окружностей. Поверхности этого вида имеют наименьшую площадь при заданном контуре и одинаковую напряжённость в любой точке. Форма поверхности зависит только от формы кривой контура, отдельные её участки имеют положительную и отрицательную переменную кривизну.
Кривая меридионального сечения должна была бы представлять собой цепную линию, но так как в центральной части покрытия расположена сосредоточенная нагрузка – стальное кольцо, цепная линия преобразуется в кривую, близкую к параболе. Таким образом, форма покрытия – это поверхность переменной положительной кривизны, весьма близкая к эллиптическому параболоиду. На рис. 13 показана схема вантового покрытия Дворца спорта в Москве. Форма граничного контура поверхности – опорного железобетонного кольца – близка к эллипсу с размерами осей 224 и 186 м.
На рис. 14 показан фасад, план и общий вид спортивного зала в Кагаве (Япония), напоминающего корпус корабля. Вантовое покрытие зала представляет собой отсек поверхности, близкой к гиперболическому параболоиду, заданному двумя семействами кривых. Боковые участки – линейчатая поверхность цилиндроида являются пространственные кривые борта и днище корпуса корабля, имеющие различную кривизну, а образующая – прямая, параллельная направляющей плоскости. Сооружение стоит на четырёх опорных пилонах.
Структурные плиты покрытий. Структурные плиты, применяемые в строительстве, выполняются в основном из стали и алюминия; имеют обычно две поясные сетки, между которыми располагаются в большинстве случаев наклонно идущие раскосы. Известны также структуры из дерева, армоцемента, железобетона. Напряженное состояние структур от действия внешней нагрузки, включая крутящие моменты и возможную просадку опор, существенно зависит от геометрии сеток, которые могут быть подразделены на геометрически изменяемые, неизменяемые и смешанные, к которым относятся системы с одной изменяемой и второй неизменяемой поясными сетками.
Рис. Некоторые схемы структурных плит: а — ортогональная поясная сетка; б — поясная сетка с треугольными ячейками; в — поясная сетка с треугольными и шестиугольными ячейками
К первым системам относится весьма распространенная в практике строительства система, состоящая из прямоугольных поясных ячеек, которая даже при заполнении каждой ячейки раскосами не воспринимает крутящие моменты. Общая геометрическая неизменяемость таких систем достигается путем поста новки лишних опорных связей, придающих системе внешнюю статическую неопределимость. Так, например, в прямоугольной структурной плите для обеспечения геометрической неизменяемости необходимо тремя горизонтальными опорными связями обеспечивать неподвижность системы в горизонтальной плоскости и поставить не менее четырех вертикальных опорных стержней по углам плиты. Обладая внутренней геометрической изменяемостью, в таких плитах проседание одной из опор не влияет на напряженное состояние системы в целом.
На русском/казахском/ английском Пояснение сфера area замкнутая поверхность, геометрическое место точек в пространстве, равноудалённых от данной точки, называемой центром сферы цилиндр cylinder геометрическое тело, ограниченное цилиндрической поверхностью и двумя параллельными плоскостями, пересекающими её Оболочка Қабықша Shell называются геометрические тела, ограниченные криволинейными поверхностями, расстояния между которыми малы по сравнению с другими их размерами. Кривизна Қисықтық Curvature собирательное название ряда количественных характеристик (скалярных, векторных, тензорных), описывающих отклонение того или иного геометрического «объекта» . имеющий ровную поверхность, без шероховатостей, изломов, мелких выступов или впадин Гладкий Тегіс smooth
Литература: 1. «Начертательная геометрия» Издание восьмое, исправленное под редакции доктора технических наук профессора Крылова. Н. Н. Москва «Высшая школа» 2002 г. 2. Кузнецов. Н. С. «Начертательная геометрия» Москва «Высшая школа» 1981 г 3. Кудряшов. К. В. «Архитектура» , «Архитектурная графика» Москва Стройиздат1990 г 4. Будасов. Б. В. , Георгиевский. О. В. , Каминский. В. П. «Строительное черчение» Москва Стройиздат 2003 г 5. Землянский. А. А. «Обследование и испытание зданий и сооружений» Москва 2002 г. 6. Лужин. О. В. , Злочевский. А. Б. , Горбунов. И. А. , Волохов. В. А. «Обследование и испытание сооружений» Москва Стройиздат 1987 г.
Скачать презентацию Компоновка цилиндрических круглых вогнутых гиперболических покрытий и их
П 7 Компоновка цилиндрических, круглых вогнутых, гиперболических покрытий.ppt