Конструирование седловидных, шатровых мембран. Конструктивные решения. к. т. н. Мухамедшакирова Ш. А
Содержание. § 1 Характеристика § 2 Шатровые конструкции § 3 Конструирование § 4 Примеры § 5 Литература
Мембраны § Основными элементами мембранных систем являются тонколистовая пролетная конструкция - собственно мембрана, испытывающая в большинстве случаев двухосное напряженное состояние, и опорный контур, воспринимающий усилия от пролетной конструкции. Пролетная конструкция может быть подкреплена системой элементов, используемых для монтажа оболочки, ее стабилизации, устройства подвесного потолка, установки технологического оборудования и т. п.
По конструктивным особенностям мембранные системы разделяются на: мембранные сплошные оболочки ленточные покрытия панели покрытий с тонколистовыми обшивками; специальные сооружения с применением мембран. тонколистовые складчатые своды мембранные, сплошные и ленточные ограждающие конструкции; большепролетные блоки покрытий с мембранными обшивками
§Ими можно перекрывать здания с разнообразным очертанием в плане - треугольным, квадратным, прямоугольным, круглым, овальным, эллиптическим и т. д. Мембранные оболочки могут иметь различную форму поверхности покрытия
Мембранные оболочки могут иметь различную форму поверхности покрытия § поверхность нулевой гауссовой кривизны цилиндричео-кие и конические оболочки; § поверхность положительной гауссовой кривизны оболочки сферические, в виде эллиптического параболоида, очерченные по поверхности вращения с вертикальной осью; § поверхность отрицательной гауссовой кривизны седловидные, в том числе в виде гиперболического параболоида, шатровые; § составную поверхность, в виде комбинации оболочек с одинаковой или различной геометрией поверхности
§ Форма поверхности отдельно стоящих мембранных покрытий § а, г - нулевой гауссовой кривизны; б, в - положительной гауссовой кривизны; д-н - отрицательной гауссовой кривизны
§ Форма поверхности составных мембранных покрытий §а, г. е, ж, 3 - отрицательной гауссовой кривизны; 6, в, д нулевой гауссовой кривизны
МАТЕРИАЛЫ, ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ КОНСТРУКЦИЙ § Для изготовления пролетной конструкции мембранных систем применяются стали углеродистые, низколегированные, в особых случаях нержавеющие стали и алюминиевые сплавы, выпускаемые в виде листов или рулонов.
Опорный контур мембранных покрытий рекомендуется проектировать Сборный ж/б Сборномонолитный ж/б
ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ § Толщина мембраны определяется расчетом, увеличение ее для продления срока службы конструкции допускается лишь в случае невозможности защиты от коррозии н должно быть обосновано соответствующим технико-экономическим расчетом. § Очертание плана и форма поверхности мембранных оболочек должны быть взаимоувязаны и назначаться с учетом архитектурных , технологических и производственных требований. Их выбор рекомендуется производить на основании технико-экономического анализа с учетом расхода материалов, возможности технологичного изготовления конструкций и их монтажа, аэродинамики покрытий, строительной высоты, вопросов водоотвода
Шатровые конструкции (далее в тексте — шатры) образованы пересечением четырех наклонных граней, плоских или призматических, замыкаемых поверху средним (центральным) горизонтальным диском и подкрепляемых понизу элементами опорного контура — ребрами, балками или фермами.
Шатры могут проектироваться: Однопролетные, в виде отдельно стоящих ячеек Многопролетные, (многоволновые)
Опирание шатров осуществляется По углам на колонны По 2, 3, 4 сторонам несущих стен
Шатры применяются для покрытий зданий с размерами ячеек от 12 X 12 до 30 X 30 м и в междуэтажных перекрытиях для зданий с сеткой колонн от 6 x 6 до 18 x 18 м.
стальными. Шатры проектируются железобетонными — сборными, монолитными, сборно-монолитными комбинированными — сталежелезобетонными
Наклонные грани шатра и центральный диск могут выполняться сплошными (железобетонными) или в виде решетчатой структуры (железобетонной или стальной) с покрытием из железобетонных или стальных элементов настила. При этом настил может быть уложен свободно либо включен в работу решетчатого шатра.
Шатровые конструкции: а—с призматическими гранями для пролетов 24. . . 36 м; б — с плоскими гранями для малых пролетов; в — междуэтажные; г, д, е — поперечные сечения соответственно для конструкций по пп. а, б, в; — контурные фермы; 2 — центральный диск; 3 — наклонные грани; 4 — контурные балки; 5 — плиты настила
Шатровые конструкции перекрытий обладают высокой несущей способностью и могут проектироваться под большие полезные нагрузки до 5 тс при сетках колонн до 12 X 12 м.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ Шатры покрытий рекомендуется проектировать сборными железобетонными либо в виде комбинированных систем с железобетонным или стальным настилом, уложенным по решетчатому шатру. При наличии экономических обоснований могут применяться монолитные железобетонные конструкции, возводимые на стационарной опалубке или торкретированием по сетке. Сборные шатры проектируют, как правило, из плоских ребристых плит шириной до 3, 0 и длиной до 12, 0 м с обычным армированием и предварительно напряженных. Толщина полки 30. . . 60 мм, высота ребер 250. . . 350 мм. Рациональные схемы разрезки предусматривают плиты трех типов — прямоугольные, трапециевидные, треугольные, изготавливаемые в общей форме.
Для повышения пространственной жесткости сборных шатров и обеспечения бескондукторного монтажа в конструкции предусматриваются железобетонные или стальные ребра жесткости, располагаемые в плоскости плит или под ними и оснащаемые на период монтажа плит инвентарными затяжками. Решетчатые стальные шатровые покрытия рекомендуется проектировать составными — из унифицированных решетчатых плит, соединяемых между собой на сварке или на высокопрочных болтах. Геометрические формы поверхности наклонных граней принимают плоскими или призматическими. Плиты проектируют из гнутых или прокатных профилей в виде швеллеров высотой 100. . . 300 мм в зависимости от величины пролета и нагрузок:
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ ШАТРОВ целиком, размеры шатра соответствуют размерам ячейки или сетки колонн сборкой трапециевидных и прямоугольных плит шатра на кондукторах навесной монтаж плит с последовательным опиранием элементов на полки ранее смонтированных и закрепленных элементов (бескондукторный монтаж).
При конструировании элементов комбинированных и стальных шатровых покрытий предусматриваются следующие способы их монтажа укрупненная сборка элементов на нулевых отметках с нашивкой стального профнастила или настила из асбофанеры с последующей установкой блока на проектные отметки
§Седловидное покрытие представляет собой систему, состоящую из напряженной сетки, имеющей чаще всего поверхность гиперболического параболоида и жесткого или комбинированного опорного контура. Сетки образуются двумя семействами ортогонально расположенных взаимно перпендикулярных тросов, одни из которых несущие (вогнутые), другие — стабилизирующие (выпуклые).
Различают три типа седловидных систем § Покрытия с передачей распоров от несущих и напрягающих нитей на наклонные или вертикальные арки; § Покрытия, у которых анкерной конструкцией служит замкнутое кольцо или пояс сложной формы; § Системы с передачей распора на краевые тросы (подборы), которые могут быть закреплены в анкерах или на стрелах, оттяжках и т. п.
2 вида решения опорного контура
§ Работа седловидных сеток отличается также от работы двухпоясных систем тем, что каждому несущему тросу соответствует не один стабилизирующий, а совокупность всех стабилизирующих тросов, т. е. система в целом работает как пространственная. § Эффективность седловидных систем в большой степени зависит от материалоемкости опорного контура. Снизить расход материалов на контур можно, проектируя его безизгибным в виде параболических наклонных арок и эллиптического или круглого пространственного кольца. Однако безизгибность контура имеет место только при постоянных равномерно распределенных по покрытию нагрузках. При одностороннем действии временной нагрузки в опорном контуре появляются изгибающие моменты, требующие увеличения мощности контура.
§ Седловидные покрытия рассчитывают на воздействие вертикальных от собственного веса и снега и горизонтальных ветровых нагрузок. Точный расчет покрытий осуществляется методами строительной механики с применением ЭВМ как многократно статически неопределимых систем. Приближенный расчет седловидных конструкций с учетом сохранения предварительного напряжения стабилизирующего троса при полной вертикальной расчетной нагрузке может быть произведен аналогично расчету двухпоясных систем. В качестве расчетных нитей принимают нити, расположенные в плоскостях главных осей седловидной сетки § Расчет арочного или сложного замкнутого контуров производят по аналогии с расчетами арок (см. п. 9. 2) и контуров в оболочках двоякой кривизны (см. п. 11. 5). Стабилизацию седловидных сеток осуществляют путем натяжения стабилизирующих нитей с помощью устройств (см. 224) или поворота опорного контура на определенный угол. Реже сетки напрягают с помощью предварительного пригруза несущих нитей.
§ Крупным шагом в развитии Висячих конструкций явилось сооружение в 1953 в США (штат Северная Каролина) по проекту архитектора М. Новицкого Роли-арены — здания с седловидным висячим покрытием
§ К двум железобетонным аркам сечением 4, 2 на 0, 75 м, наклоненным к горизонту под углом 22º и поддерживаемым опорными стойками, подвешены рабочие тросы, располагаемые по вогнутой поверхности. Перпендикулярно к ним натянуты напрягающие (стабилизирующие) тросы, образующие выпуклость кверху. В результате получается седлообразная относительно жесткая поверхность. Несущие тросы имеют диаметр 19 -32 мм и шаг 1, 83 м, диаметры напрягающих тросов 1819 мм. Рабочие тросы воспринимают вес покрытия и снеговую нагрузку, стабилизирующие отрицательную ветровую нагрузку (отсос), обеспечивая аэродинамическую устойчивость системы. В покрытии с поверхностью отрицательной кривизны предварительное напряжение обеспечивает стабилизацию системы.
Велотрек в Крылатском (Москва): Покрытие над спортивным залом, имеющим эллипсовидный план, образовано двумя гиперболическими параболоидами, симметрично расположенными относительно продольной оси здания. Две внутренние почти вертикальные арки пролетом по 168 м жестко защемлены в фундаментах и соединены между собой фермами. Наружные арки занимают положение, близкое к горизонтальному, и опираются на консоли трибун, а внутренние объединены свя зями в пространственный блок и не имеют промежуточных опор.
§ Стальная мембрана покрытия толщиной 4 мм образует гиперболическую поверхность, испытывая двухосное напряженное состояние, преимущественно растяжение по направлению ската. В продольном направлении в мембране возникает растяжение от ветрового отсоса и от местного провисания мембраны между направляющими полосами, которые расположены с шагом 6, м. Для уменьшения этих напряжений и облегчения монтажа мембраны введены прогоны из гнутых профилей, которые раскрепляют направляющие полосы через 3 м.
Большое количество покрытий для сооружений различного назначения выполнено с применением криволинейных поверхностей, включающих ортогональную сетку из тросов, окаймленную более мощными тросами-подборами подвешенную к специальным мачтам и на отдельных участках притянутых оттяжками к земле. Такие сетки имеют форму растянутых поверхностей отрицательной гауссовой кривизны.
Спортивный зал в префектуре Кагава
Спортивный комплекс на просп. Мира (Москва)
§ В здании Олимпийского плавательного бассейна запроектированы многоярусные трибуны для зрителей, поэтому покрытие принято высоким (до 46 м) с большой стрелой провеса (до 16 м). Основные несущие элементы покрытия – поперечно расположенные фермы из прокатных профилей. Покрытие стабилизируется системой предварительно напряженных продольных связей, образующих с фермами сетчатую седловидную систему. Распоры от висячих ферм передаются на две наклонные арки, которые представляют собой стальные короба, заполненные бетоном. Проект выполнен институтами Моспроект и ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко.
Олимпийский бассейн на проспекте Мира (Москва):
Достоинства седловидных висячих конструкций § наиболее полное использование несущей способности высокопрочных сталей; § совмещение в одной конструкции несущих и ограждающих функций, благодаря которому дополнительно снижается масса покрытия; § сейсмостойкость; § их использование позволяет создавать самые разнообразные архитектурные формы зданий и сооружений.
§ Конструкции с весьма малой массой способны перекрывать пролеты 40— 300 м, и с увеличением пролета эффективность висячих конструкций увеличивается. Благодаря малому весу висячие конструкции просты в транспортировке и монтаже, удобны и индустриальны в изготовлении. § В зависимости от конструкции опорного контура можно создавать разнообразные по композиционному решению архитектурноконструктивные формы седловидных покрытий и зданий в целом, благодаря чему седловидные сетки получили широкое распространение в практике строительства. § Кроме функционально необходимых форм сооружений с седловидными сетками в практике проектирования появляются объекты, в которых с использованием возможностей формообразования конструкций этого типа решение полностью подчиняется какой-либо символике. В результате рождаются большепролетные покрытия экстравагантной архитектуры, но конструктивно сложные и требующие большого расхода материала. Такое покрытие выполнено в большом плавательном бассейне олимпийского комплекса «Йойоги» в Токио.
Олимпийский спорткомплекс в Токио(Япония)
§ С точки зрения распределения усилий наилучшей поверхностью седловидного покрытия является поверхность гиперболического параболоида. В этом случае несущие и стабилизирующие нити имеют форму соответственно вогнутых и выпуклых квадратных парабол с постоянным отношением f/l 2 в каждом тросе, что создает равенство усилий во всех тросах при равномерно-распределенной нагрузке на покрытии [1]. § Работа седловидных сеток отличается также тем, что каждому несущему тросу соответствует не один стабилизирующий, а совокупность всех стабилизирующих тросов, т. е. система в целом работает как пространственная.
§ Эффективность седловидных систем в большой степени зависит от материалоемкости опорного контура. Снизить расход материалов на контур можно, проектируя его безизгибным в виде параболических наклонных арок и эллиптического или круглого пространственного кольца. Однако безизгибность контура имеет место только при постоянных равномерно распределенных по покрытию нагрузках. При одностороннем действии временной нагрузки в опорном контуре появляются изгибающие моменты, требующие увеличения мощности контура. § Седловидные висячие покрытия нашли широкое применение не только для строительства спортивных сооружений, а так же для выставочных павильонов, крытых рынков, вокзалов и других большепролетных зданий.
На русском/казахском/ английском Пояснение Шатер Итарқа ŞATJo. R Высокая пирамидальная четырёхгранная или восьмигранная крыша мембрана жарғақша membrane Упругая перепонка, тонкая пластинка, способная совершать колебания. Модуль Өлшем Module Условная единица, принимаемая для координации размеров частей здания или комплекса. монтаж Құрастыру cut процесс сборки, установки конструкций, механизмов, электросхем и т. п. Человек, занимающийся этой деятельностью, называется монтажник. Висячие конструкции Аспалы конструкция Hanging structure один из наиболее экономичных видов покрытий
Литература § Файбишенко В. К. Металлические конструкции: Учеб. пособие для вузов. — М. : Стройиздат, 1984. — 336 с. , ил. § Кирсанов Н. М. Висячие и вантовые конструкции: Учеб. пособие для вузов. — М. : Стройиздат, 1981. — 158. с, ил. § Фомина В. Ф. Архитектурноконструктивное проектирование общественных зданий: учебное пособие / В. Ф. Фомина. – Ульяновск: Ул. ГТУ, 2007. – 97 с.
Скачать презентацию Конструирование седловидных шатровых мембран Конструктивные решения к т
П 9 Конструирование седловидных, шатровых мембран.ppt