БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫЕ ЗДАНИЯ
ГЛАВА J. ОСОБЕННОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ
1.1. Вид продукции. Назначение
Большепролетными считаются здания, у которых расстояние между опорами несущих конструкций покрытия составляет более 40 м. Системы, перекрывающие большие пролеты, проектируются чаще всего однопролетными, что вытекает из основного технологического и функционального требования — отсутствия промежуточных опор.
В промышленном строительстве это цеха судостроительных, авиастроительных и т. п заводов, самолетные ангары, крытые стоянки (гаражи) тяжелых грузовиков, автобусов, троллейбусов. В гражданском строительстве это спортивные сооружения, стадионы, катки, плавательные бассейны, а также манежи, выставочные комплексы, концертные залы, цирки, здания аэропортов, вокзалов и т. п.
Опыт проектирования и строительства большепролетных зданий показывает, что наиболее сложной задачей является монтаж конструкций покрытия В конструктивном отношении большепролетные покрытия различают по статической схеме работы несущих конструкций, в качестве которых применяются балочные, рамные, арочные, пространственные и висячие покрытия.
Для изготовления этих несущих конструкций используются следующие материалы: сталь (прокатные профили, лист, канаты),
алюминий (прокатные профили, лист), предварительно напряженный сборный железобетон, монолитный железобетон, иногда дерево, в том числе, в комплекте со сталью.
Балочные покрытия состоят из главных поперечных конструкций в виде плоских или пространственных балочных ферм и промежуточной конструкции — прогонов
Эти конструкции просты в монтаже, при эксплуатации мало чувствительны к осадкам опор за счет их шарнирного опирання Недостатком их является большой расход стали (т/мп) и большая высота элемента — до 6,0… 10,0 м. Эффективны такие несущие системы при пролетах до 100 м.
Рамные системы покрытия характеризуются по сравнению с балочными меньшей массой, большей жесткостью и меньшей высотой ригелей, но требуют большей ширины колонны, имеют большую
чувствительность к неравномерным осадкам опор и изменениям температуры.
Сечения ригелей рам делают преимущественно сквозными в виде ферм. Рамные схемы покрытий бывают плоскостными (основное решение) и блочными, состоящими из двух плоских рам, соединенных между собой связями, что значительно повышает поперечную жесткость ригелей. Рамные конструкции эффективны для пролетов до 120 м.
Арочные системы покрытий по статической схеме подразделяются на трех-, двух — и бесшарнирные Они имеют относительно меньшую массу, чем рамные и балочные, но более сложны в изготовлении и монтаже По расходу металла предпочтительнее бесшарнирные арки. Они обладают и большей жесткостью Все типы арок чувствительны к неравномерной нагрузке, температурные колебания воспринимаются ими по-разному В двухшарнирных и бесшарнирных арках появляются усилия от температурных колебаний, а в трехшарнирных они не возникают.
Качественная характеристика арок в основном зависит от их высоты и очертания. Оптимальная высота находится в пределах от 1/4 до 1/6 пролета, и наилучшее очертание, если геометрическая ось совпадет с кривой давления.
Большинство этих систем передают значительные горизонтальные усилия на фундаменты (распор), что требует особых конструкций фундаментов и технологии их устройства.
Сечения арок делают решетчатыми или сплошными, высотой соответственно 1,30.1 /60 и 1/50…/80 пролета. Арочные покрытия эффективны при величине пролета до 200,0 м.
Пространственные системы покрытий характерны тем, что оси всех несущих элементов не лежат в одной плоскости. Они подразделяются на зри типа: купола, екпадки, своды (оболочки).
Конструкции куполов могут быть ребристыми, ребристо-кольцевыми и сетчатыми.
Складчатые покрытия состоят из тонкостенных плит и ферм, опирающихся но концам диафрагмы. По статической схеме складчатые конструкции могут быть балочными, рамными и арочными.
Своды-оболочки — одна из разновидностей складчатых покрытий. Они образуются путем вписывания складок в цилиндрическую поверхность. При этом пролетом свода-оболочки является расстояние между нижними бортовыми элементами.
Достоинствами этих систем являются эффективная работа материала (на сжатие), отсутствие усилия распора на фундаменты.
В последнее время широкое применение имеет своеобразный тип пространственных конструкций — структуры, с помощью которых перекрываются большие пролеты зданий промышленного и гражданского назначения.
Это пространственно-стержневые системы, отличающиеся тем, что в их образованиях появляется возможность применения многократно повторяющихся элементов, использования новых видов конструкционных материалов (алюминий, высокопрочная сталь, пластмасса) и соединений. Изготовление отдельных элементов структур легко подчиняется заводской технологии, а транспортировка и монтаж экономичнее, чем традиционных конструкций. Наибольшее распространение получили структуры типа «ЦНИИСК», «МАрхИ», «Кисловодск», «Берлин».
В висячих конструкциях покрытий основными несущими элементами, перекрывающими пролет, являются гибкие стальные канаты (ванты) или тонкостенные листовые металлические мембраны.
Вантовые и мембранные покрытия выгодно отличаются от традиционных стальных конструкций. К их достоинствам относится следующее: в растянутых элементах эффективно используется вся
площадь сечения вант или листов и применяются высокопрочные стали, что обеспечивает малую массу несущей конструкции; при монтаже покрытия не требуется лесов и подмостей, что упрощает возведение покрытия; с увеличением перекрываемого пролета экономичность покрытия возрастает, поскольку масса несущей конструкции остается относительно малой; своеобразие конструктивной формы покрытия позволяет повышать эстетическую выразительность сооружения, а в большинстве случаев висячие покрытия создают в здании наиболее благоприятные условия акустики, видимости и освещенности.
Однако висячим покрытиям и присущи некоторые конструктивные недостатки: повышенная деформативность покрытия, вызываемая тем, что ванты или мембраны могут изменять свою начальную форму, для обеспечения жесткости покрытия приходится применять дополнительные конструктивные элементы и проводить дополнительные мероприятия; необходимость устраивать специальную опорную конструкцию для восприятия распора от вант или мембран, что увеличивает стоимость покрытия, в отдельных случаях возникает трудность отвода воды с покрытий.
Помимо оптимизации архитектурных форм и конструктивных решений весьма важное значение уделяется вопросам экономики большепролетных зданий и сооружений. Разработана аналитическая методика определения экономических параметров архитектурноконструктивных решений большепролетных зданий, основанная на сопоставлении удельного расхода основного строительного материала на несущие и опорные конструкции в зависимости от площади перекрываемого пространства. В зависимости от конструктивных решений даны оптимальные пролеты для перекрытий от 50 до 500 м.
Разработана методика определения эффективности тех или иных конструктивных решений покрытий большепролетных зданий На основе сопоставления затрат материальных ресурсов на пролетные и опорные конструкции в расчете на 1 м2 перекрываемой площади рекомендуются пролеты от 20 до 500 м.