Балочные конструкции покрытий

Область применения и основные требования к конструкциям.

Большие пролеты покрытий современных зданий составляют 50-100 м и в отдельных случаях достигают 200 м и более. Покрытия больпролётных зданий отличается разнообразием конструктивных форм. Выбор той или иной формы определяется:

1. Архитектурно-планировочными требованиями.

2. Инженерными требованиями.

3. Требованиями эксплуатации.

4. Требованиями изготовления и монтажа конструкций..

Основная нагрузка на большепролетные покрытия – постоянная нагрузка от собственного веса несущих и ограждающих конструкций. Поэтому повышение эффективности конструкций связано в первую очередь с уменьшением их массы за счет: применения легких ограждающих конструкций; использования высокопрочных сталей; предварительного напряжения конструкций.

Классификация большепролетных покрытий

Большепролетные покрытия можно разделить на плоскостные и пространственные.

Плоскостные покрытия состоят из расположенных с определенным шагом отдельных ферм, рам, гибких нитей и др., каждая из которых работает обособленно на нагрузки, приложенные в ее плоскости. Плоские несущие конструкции соединяются между собой второстепенными элементами.

В пространственных покрытиях в работу включаются все несущие элементы, вследствие чего по затратам металла они обычно экономичнее, чем плоскостные.

По конструкции покрытия больших пролетов можно разделить на плоскостные с жесткими элементами: балочные, арочные, рамные; пространственные с жесткими элементами: двух сетчатые стержневые системы типа структур и перекрестных ферм; одно сетчатые оболочки; ребристые купола, образованные из радиально- расположенных плоских конструктивных элементов; плоскостные и пространственные висячие системы: вантовые, мембранные; плоскостные и пространственные комбинированные системы. Состоящие из жестких балок с гибкими нитями.

Балочные конструкции покрытий

Большепролетные балочные покрытия обычно используют при пролетах 50-100 м. Преимущество балочных систем – их безропотность. На нижележащие конструкции передаются только вертикальные опорные реакции. Так как горизонтальные реакции от вертикальных нагрузок в балочных системах не возникают. Это упрощает конструкцию зданий.

Основным элементом балочных покрытий являются плоские, спаренные в блоки или трехгранные фермы. Компоновка покрытий больших пролетов выполняется по нормальной или усложненной схеме. Нормальная схема – при шаге 6, 12 м. При шаге главных ферм 18, 24 м переходят на усложненную схему компоновки.

Основное отличие тяжелых ферм больших пролетов от легких стропильных ферм в том, что при больших усилиях и длинах стержней требуются развитые сечения. Для передачи больших усилий между элементами применяются двухступенчатые узлы. Конструкция узлов должна обеспечивать членение ферм на мелкие отправочные элементы., по этому в пределах узлов предоставляются монтажные стыки.

1.4 Арочные покрытия

Наиболее эффективны в зданиях с пролетами 60-70 м, функциональный объем которых вписывается в криволинейное очертание. К таким зданиям относятся дворцы спорта, рынки, выставочные павильоны.

Арки хорошо работают при отсутствии сосредоточенных сил и при небольших временных нагрузках. По затратам металла арки экономичнее балочных конструкций, однако они являются распорными системами, т.е. передают на опоры при вертикальных нагрузках не только вертикальные, но и горизонтальные реакции. Распор может воспринимается мощными фундаментами или затяжками, соединяющими опоры арки между собой. В последнем случае система становится внешне без распорной. И горизонтальные силы на фундаменты или здание не предаются.

По статической схеме арки делятся на трехшарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные. Трехшарнирные арки, будучи статически определяемыми, нечувствительны к осадкам опор и температурным деформациям, однако по затратам материала наименее выгодны.

Рамные конструкции

Отличаются большой жесткостью и чаще применяются в зданиях промышленного и специально назначения – цехах заводских производят в эллингах, ангарах. В ригелях рам при жестком сопряжении с колоннами уменьшаются затраты металла по сравнению с балочными конструкциями за счет разгрузки ригеля узловыми моментами Мом. При этом в стойках рам кроме нормальных усилий возникают значительные изгибающие моменты. Поэтому рамные покрытия оказываются выгодными при относительно небольших высотах зданий (8-12м).

Купола

Купола относятся к пространственному типу конструкций. Это распорные системы, что должно учитываться при проектировании опорных конструкций. Различают три типа конструктивных систем куполов: ребристые, ребристо-кольцевые и сетчатые.

Ребристые купола образуются из радиально расположенных ребер-полуарок. В основании купола ребра опираются на стены здания либо на криволинейный или многоугольный в плане кольцевой элемент, воспринимающий распор. В вершине купола ребра опираются на центральное кольцо..

Ребристо-кольцевые купола отличаются от ребристых тем, что прогоны включаются совместно с ребрами на восприятия распора. Прогоны в этом случае представляют собой ряд горизонтальных колец, расположенных в разных уровнях и испытывающие растягивающие усилия. Усилия в ребрах уменьшаются, их можно изготавливать из прокатных профилей.

Сетчатые купола образуются из ребристо-кольцевых включением на восприятие распора диагональных связей между ребрами и прогонами. Сетчатые купола опираются в отдельных точках или связываются упруго с опорным кольцом.