Ремонт и обслуживание 

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях. Складчатые конструкции


Брудка Я. и др.

Б89 Стальные складчатые конструкции в строительстве

Я. Брудка, Р. Гарнцарек, К- Милачевски; Пер. с пол. Л Б. Шаринова.— К- : Будиаэльнык, 1989.— 152 с: ил. ISBN 5-7705-0144-8.

В книге специалистов ПНР освещены вопросы проектирования и расчета стальных складчатых конструкций (профилированных настилов), используемых для повышения несущей способности каркаса, в качестве стеновых и кровельных ограждений производственных зданий исооружений. Приведены примеры расчета конструкций как пространственных систем, выполнения работ и результаты испытаний.

Для специалистов, занятых проектированием и изготовлениемстальных конструкций с применением профилированного листа, а также может быть использована студентами вузов.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ПРОФИЛИРОВАННЫХ НАСТИЛОВ

1.1. РОЛЬ ПРОФИЛИРОВАННЫХ НАСТИЛОВ В ЗДАНИИ

Стальные складчатые (профилированные) листы, главнымобразом с трапецеидальными, ячеистыми или рифлеными гофрами, стали важным элементом формообразования производственныхзданий, а также инженерных сооружений. В современномстроительстве с использованием легких стальных каркасов широкоприменяются профилированные настилы, которые благодаря ихфункциональным и конструктивным свойствам одновременно выступают вкачестве ограждающих и несущих элементов. Традиционнопрофилированные настилы прежде всего служат ограждениями (кровля,перекрытие или стена). В новейших конструктивных системах кроме этого их используют для увеличения общей жесткости,устойчивости зданий или включают в совместную работу с элементами стального каркаса по передаче или распределению нагрузок.

При традиционных методах проектирования для зданий со стальным каркасом принимается, что все нагрузки передаются системой рабочих или второстепенных стержней, работающихнезависимо и взаимосвязанных только требованиями устойчивости и последовательной передачи усилий (нагрузок) до уровняфундамента. Однако элементы каркаса, покрытия и перекрытий соединены панелями ограждений или перегородок и не могут работатьнезависимо друг от друга. Профилированные настилы, жесткозакрепленные на несущем каркасе, изменяют его физико-статические свойства, в свою очередь влияющие на распределение усилий,размер деформаций и колебаний, а также на поведение ограждающих элементов.

О совместной работе элементов несущих и ограждающихконструкций инженеры-строители знали давно. В конструкциях, где между1 элементами каркаса имелись жесткие и прочные заполнения в виде обшивок, кирпичных стен, перекрытий, настилов и прочих элементов, в отдельных случаях учитывалась совместнаяпространственная работа. В этой связи можно отметить повышениенесущей способности трубчатых опор, заполненных бетоном,уменьшение прогибов обетонированных стальных балок, повышение устойчивости балок путем объединения их с плитой перекрытии или покрытия, устранение связей жесткости в оранжереях, атакже многолетнюю эксплуатацию кровель без продольных связей.

Совместная работа элементов несущей конструкции и ограждения существует независимо от того, учитывают ее в расчете или не учитывают, и проявляется по-разному: может произойтиперераспределение нагрузок, .действующих на отдельные конструкции, что приведет к уменьшению прогибов, повышению устойчивости; может вызвать перегрузку отдельных стержней, разрушениесоединений между несущими элементами и ограждением, трещинообразование материалов заполнения или обшивки. Учет этих факторов способствует повышению прочности отдельных элементов, надежности конструкции в целом, уменьшению расхода стали в здании.

Совместная работа ограждения с несущей конструкцией может быть учтена в расчете в том случае, если:

а) прочностные характеристики и конструктивная схема ограждения обеспечивают высокую сдвиговую жесткость;

б) соединения элементов ограждения с несущей конструкцией характеризуются совместностью деформаций (подобно соединениям в узлах и стыках несущей конструкции);

в) гарантирована неизменяемость ограждения и соединений в процессе эксплуатации.

Из существующих строительных изделий и способов ихсоединений только некоторые отвечают этим требованиям. Соединения листов профилированных настилов между собой и с несущей конструкцией наиболее полно гарантируют прочность, совместность деформаций и долговечность.

Проведенные за рубежом лабораторные и натурные испытания секций павильонов свидетельствуют, что взаимодействиепрофилированных настилов с элементами каркаса зависит от жесткости и конструктивного решения обрамления основных панелей,прочности креплений листов к элементам несущей конструкции,образующим ребра панели. Разумеется, степень использования совместной работы

элементов несущих и ограждающих конструкций может быть разной, в зависимости от формы обрамлений и ребер панели изскладчатой листовой стали, а также взаимосвязи панелей. В связи с этим при проектировании работу следует вести в двух направлениях:

а) решение частной задачи — повышение общей устойчивости отдельных стержней и уменьшение прогибов конструкции;

б) решение более общей задачи — перераспределение усилий в стержнях несущей конструкции с учетом пространственнойработы взаимосвязанных пластинчатых и стержневых систем, чтовлечет за собой изменение формы конструкции, выравниваниевнутренних усилий в ее элементах и значительное снижениегоризонтальных смещений здания.

В данной книге освещаются конструктивные и статически- прочностные вопросы применения стальных профилированныхнастилов в строительстве. Температурно-влажностные, акустические и коррозионные свойства их в качестве ограждений и деталей, а также требования огнестойкости не приводятся, так как ониявляются общими для всех легких ограждений и детальнорассмотрены в работе B81.

1.2. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОФИЛИРОВАННЫХ НАСТИЛОВ

1.2.1. КРОВЛИ И ПЕРЕКРЫТИЯ

Широкое применение профилированных настилов всовременном строительстве обусловлено их технико-экономическими показателями. Устройство покрытий из таких конструкций отличается легкостью и быстротой, а транспортирование и монтажлистовых элементов достаточно просты и осуществляются с помощью несложных приспособлений. По сравнению с кровлями из других материалов покрытия из стальных профилированных листов выгодно отличаются отношением несущей способности к собственному весу, что обеспечивает уменьшение расхода стали в элементах каркаса, а также объема фундаментов и снижение общей стоимости возводимого здания. Приприменении стальных листов с малой высотой гофр расстояние между прогонами составляет приблизительно 3 м, пролет между опорами (например, ригелями рам) при большей высоте гофр может быть более 6 м. Складчатые панели, появившиеся недавно в странах с высокоразвитой технологией,могут применяться в качествепокрытий для пролетов до 10 м.

Ассортимент производимых в Польше стальных волнистых листов для кровельных

покрытий не велик—рис. 1.1 . Листы могут поставляться сантикоррозионным покрытием — оцинкованными с одновременной пассивацией, либо с дополнительным пластиковым покрытием. Так, поверхность со стороны А изделий покрыта акриловым или полиэфирным лаком, модифицированным (или безмодификации) силиконом (цвет покрытия — белый или голубой),поверхность со стороны В—защитным лаком (см. рис. 1.1, а).

Оцинкованные изделия металлургического завода «Флориан» (см. рис. 1.1, б) могут иметь одностороннее пластиковое покрытие (поверхность А или В) серо-белого, бежевого и светло-синего цветов, а в будущем добавятся также резедовый,темно-коричневый, желтый, рыже-коричневый, зеленый, голубой и черный тона.

Неокрашенную поверхность покрывают защитным лаком. Возможно двустороннее пластиковое покрытие. Стальные листы с малойвысотой гофров (h = 18 или 35 мм), в основном, предназначены для стен. Для кровель (а также перекрытий) используют стальныелисты с высотой гофров 43,5—100 мм.

Ассортимент стальных профилированных конструкций,производимых в странах с высокоразвитой технологией, отличается большим разнообразием (рис. 1.2).

Толщина стального листа для профилирования 0,75— 1,5; 2 мм (принимаетсялистовая сталь шести разных толщин).

Несущая способность стальныхпрофилированных настиловувеличивается при использовании стали повышеннойпрочности и изменения формы плоских стенок листов в результате дополнительного оребрения (рис. 1.3). При этом значительно снижается расход стали. Толщина материала для профилирования листов с дополнительными элементами жесткости - 0,6, 0,7 или 0,8 мм.

Наблюдается тенденция применения складчатых панелей для беспрогонных кровель, где тонкостенный элемент пролетом от 6 до 10 м опирается непосредственно на фермы или ригели (рис. 1.4).

Перекрытия со складчатыми конструкциями до настоящего времени не получили распространения в Польше. Они являются предметом изучения и экспериментов , ; разработаныпредварительные рекомендации по их проектированию и расчету .

За границей их считают самыми дешевыми перекрытиями длязданий малой этажности, благодаря легкости выполнения работ,огнестойкости и большой несущей способности , , , . Примером могут служить сечения стальных складчатыхконструкций системы Робертсон (США). Толщина материала 0,75— 1,5 мм, толщина исходного стального листа изменяется через каждые 0,25 мм, обеспечивая для каждого типа профиля четыре или пять размерных рядов (рис. 1.5, а). Толщина бетона,уложенного на стальных листах, не менее 50 мм Пролет 1,5—5,5 м при эксплуатационной нагрузке 2—18 кН"м2, не учитывая случаев экономически неоправданного использования данного профиля для слишком малого или слишком большого пролетов. В последнее время введен также модифицированный тип профиля (рис. 1.5, б) с толщиной исходного стального листа 0,75, 1 или 1,25 мм. Профили стальных листов, применяемых во Франции только для бетонируемых перекрытий, показаны на рис. 1.6. Принеобходимости стенки элементов подобного типа имеют дополнительные продольные либо наклонные ребра, выступы или отверстия,увеличивающие сцепление бетона со стальным листом, ввертикальных ребрах или в бетоне омоноличивания укладываютдополнительную арматуру из круглых стержней.

1.2.2. НАРУЖНЫЕ СТЕНЫ

Применение цветных стальных профилированных листов изменило не только фасады производственных, павильонных,многоэтажных общественных зданий, а также инженерных сооружений (башен, резервуаров и т. п.), но и объемно-планировочныерешения их, интерьеры. Профилированные настилы для стенотличаются еще большим разнообразием форм, чем для кровель иперекрытий , , . Подтверждением этому служат сечения,показанные на рис. 1.7—1.10.

1.1.3. НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ С МЕМБРАНАМИ

С внедрением в строительство стальных профилированных настилов их начали использовать для придания жесткости продольным элементам каркаса. Вначале это делали интуитивно илиупрощенно. Однако профилированные настилы существенно повышают значения критических напряжений прогонов или ригелей рамы при расчете устойчивости из плоскости изгиба. Подобноенаблюдается при расчете на устойчивость промежуточных стоек стен под воздействием ветровой нагрузки. Можно также значительно уменьшить свободную длину внецентренно сжатых стержней за счет исключения влияния моментов, действующих в плоскости настила.

Основные положения расчета с учетом влияния настила изпрофилированных листов на работу стержней каркаса будутрассматриваться в гл 6 Взаимодействие профилированных стальных листов и несущих конструкций было неоднократно использовано припроектировании конструкций с применением легких стальных каркасов типа «Мостостадь».

Всесторонне оценивая преимущества пространственныхконструкций и сопровождающие их трудности конструктивного порядка и монтажа, инженер, как правило, стремится к такомуконструктивному решению несущего каркаса здания, при котором егоможно разделить на части, независимо работающие под воздействием монтажных и эксплуатационных нагрузок. Настилы изпрофилированной листовой стали придают жесткость стержневым системам, в результате чего происходит перераспределение внутренних сил этих систем .

...

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Негосударственное образовательное учреждение высшего образования

Московский технологический институт

Факультет Техники современных технологий

Кафедра Строительство

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине СОВРЕМЕННЫЕ АРХИТЕКТУРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

на тему: « Складчатые конструкции»

Выполнила: Студентка 3 курса

Форма обучения: заочная

Калиниченко Александр Владимирович

Москва 2015

1. ВВЕДЕНИЕ

3. РАЗНОВИДНОСТЬ СКЛАДЧАТЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1 Складчатые своды

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

Складчатые конструкции складки, тонкостенные строительные конструкции типа оболочек, состоящие из плоских элементов (пластинок) соединённых между собой под некоторыми двугранными углами.

Складчатые конструкции позволяют перекрывать большие пролеты (от 20 до 100 м) при экономном расходовании материала и часто определяют архитектурно-художественную выразительность сооружения.

По-видимому, складчатые конструкции из пластмасс ждет широкая сфера применения в качестве различных ограждений и складских сооружений, учитывая их низкую стоимость. Однако проблема гибкости стыков, особенно в узловых соединениях элементов конструкции при ее трансформации, сложна и требует точного математического анализа.

Различают три вида статических схем складчатых конструкций: балочную, арочную и рамную. В балочной складки опираю т на торцовые балки-диафрагмы или стены, передающие давление на стойки.

Многообразие фирм и конструктивных систем (сводов, оболочек, складчатых конструкций, вантовых и пневматических конструкций) дает возможность архитектору не только максимально выразить в композиции пластику и пространственный характер этой формы, но и использовать их технические возможности.

Построение складок на основе торсов вводит в рассмотрение новую разновидность складчатых конструкций и дает возможность архитекторам и инженерам применять новые архитектурные формы.

Внедрение складчатых конструкций в практику строительства общественных и промышленных зданий и сооружений к которым предъявляются различнейшие эксплуатационно-технологические требования соответствует духу современного строительства.

Плоские или арочные складчатые конструкции позволяют весьма экономично осуществлять перекрытия больших пролетов.

Конструкций стен, перекрытий и лестниц с применением складчатых структур придает определенные архитектурные акценты всему сооружению в целом и обеспечивают выразительное членение его объемов.

Складчатые конструкции экономичны как при строительстве индивидуальных объектов, так и в случае применения серийно изготовляемых сборных элементов.

Для устройства складчатых конструкций кроме железобетона как основного материала, обычно использования для этих целей, пригодно также дерево, твердые волокнистые плиты, пластмассы и составные конструкции из алюминия и пенополистирола (при соответственном режиме эксплуатации).

2. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СКЛАДЧАТЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Первый патент на складчатое покрытие был выдан в 1937 году. В кровельном покрытии полигонального в плане сооружения прикреплялся тонколистовой настил в виде плоских треугольных панелей, расположенных под углом к поясам с образованием складчатого покрытия. В 40-ых - 50-ых годах в США был выдан ряд патентов на бескаркасные складчатые здания арочного или сводчатого очертания, образующихся из примыкающих непосредственно друг к другу одинаковых арок, составленных из лоткообразных элементов трапециевидного, треугольного и U-образного сечения. В нашей стране первое авторское свидетельство по складчатым конструкциям было выдано в 1945 году на складчатый свод из листового металла.

С 1950 по 1965 год в различных странах - США, Великобритании, Австрии, Франции и ФРГ - на складчатые элементы и сооружения, собираемые из них, было получено около двух десятков патентов. В этих решениях складчатые конструкции получили дальнейшее развитие. Окончательно обозначились два основных направления, первое из которых - формирование систем из лоткообразных элементов; второе - из ромбических или треугольных элементов. Кроме того, начинают появляться системы, собираемые из элементов со сложной структурой профилирования, которые можно отнести к третьему направлению - пространственным элементам сложной конфигурации.

В период с 1965 по 1974 год на складчатые конструкции выдано уже более 30 патентов и авторских свидетельств. Из всего множества решений наиболее типичными, характеризующими три выделенных направления и представляющими особый интерес, с конструктивной точки зрения, являются следующие конструкции:

К 2000 году выявлено более 60 патентов и авторских свидетельств на складчатые здания. Наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом получили как сами лоткообразные элементы, так и сооружения из них.

2.1 Примеры использования складчатых конструкций при строительстве объектов нашей страны

Все эти сооружения объединяет использованная в их покрытии складчатая поверхность. В сравнении с другими пространственными конструкциями, складчатые структуры встречаются не часто, как в постройках, так и в литературе. В чистом виде складчатые конструкции были распространены в 60 - 80-ых годах XX века. Потому и большая часть литературы, их описывающей, примерно того же времени издания.

Курский вокзал в Москве

Советский павильон на ЭКСПО-70

«Складчатая конструкция представляет собой систему пространственно связанных между собой тонких (обычно плоских) пластин - граней» - это наиболее точное определение складок, которое даёт Германн Рюле в книге «Пространственные покрытия» в 1973 году. Учебники по конструкциям как правило ограничиваются общими рисунками и описанием простейших складчатых покрытий.

Здание таможни на Российско-Финской границе

Спортивный зал «Дружба»

3. Разновидность складчатых конструкций

Тем не менее, разнообразие складок велико. И хотя многие из них на первый взгляд относятся к другим типам конструкций, всех их объединяет общий принцип работы. А принцип работы складок прост: это увеличение высоты сечения (h) конструкции в сравнении с толщиной используемого материала, за счёт геометрического преобразования её поверхности, причём размеры граней складок в этом случае приближаются к оптимальным, с точки зрения жёсткости.

Возникающее в этом случае распорное усилие, обладает как плюсами, так и минусами. С одной стороны появляется необходимость устройства жёсткого опорного контура или затяжек, с другой стороны пластичность структуры даёт высокое восприятие температурных, осадочных и прочих внутренних напряжений за счёт податливости узлов соединения.

Складчатые конструкции относятся к пространственным конструкциям (даже простые прямоуголные складки, как на предыдущих схемах) и занимают в их классификации самостоятельное направление. Однако легко комбинируются со всеми остальными типами. В современной архитектуре, как правило, представлены именно в сочетании с другими видами конструкций. Они могут иметь различные очертания и формы.

Одной из самых простых и одновременно интересных складок является сводчатая перекрёстная складка, разворачиваемая из плоскости. Возьмём лист бумаги и сложим его по пунктирным линиям в одну сторону, а по сплошным в другую. Совершив все сгибы одновременно

Получим эту складку:

Изменяя вид развёртки можно получать различные виды складок. Это один из методов формообразования складчатых поверхностей. Помимо него новые складчатые поверхности можно получать методом профилирования образующих сечений поверхностей, а так же методом компоновки простых складчатых модулей. складчатый конструкция строительство железобетон

Материалом для складок может служить железобетон, армоцемент и клеёная древесина, но самое широкое распространение они получили в виде профилированного металлического листа. Сегодня профнастил применяется практически в любом объекте строительства. Он же является основным направлением развития и изучения складок, как конструкций. Складки, как несущие конструкции покрытий долгое время после их появления практически не изменялись. А с 80-ых годов практически не использовались из-за дороговизны и сложности проектирования. Однако в связи с тем, что в последнее время применение компьютерных технологий проектирования, а особенно параметрического моделирования, позволяет решать многие проблемы, связанные с проектированием, расчётом и конструированием и гораздо более сложных структур, складчатые конструкции или их элементы стали появляться в архитектуре современных общественных зданий. Как, например, в аллее олимпийского стадиона в Афинах, «Городе наук» в Валенсии или станции железнодорожной линии AVE в Уэльвеа, архитектора Сантьяго Калатравы.

Олимпийская аллея в Афинах

Город наук в Валенсии

Железнодорожная линии AVE в Уэльвеа

Арочные покрытия по типу могут быть плоскостные и балочные. Учитывая малую жесткость арок из своей типу компоновки основных конструкций могут плоскости, рационально производить монтаж спаренными арками. Возможно также выполнение арок в виде складчатой конструкции.

По конструкциям ворота разделяются на распашные, откатные, подъемные и складчатые и по количеству створок одна, две и более.

Основными конструктивными элементами платформы являются пол, усиленный продольными ребрами замкнутого сечения, боковые борта, имеющие наклонный участок при переходе к полу, обвязки переднего борта, обвязки боковых бортов и задняя обвязка. Все обвязки имеют замкнутое сечение. Таким образом, платформа представляет собой пространственную тонкостенную конструкцию, которая эквивалентна открытой призматической (складчатой) системе.

Жилища, разработанные для кочующих сельскохозяйственных рабочих в Калифорнии Международной корпорацией по конструкциям, изготовлялись из пенополиуретановых панелей, облицованных бумагой, сдублированной с полиэтиленовой пленкой, складки которой как бы впрессовывались в материал, что вело к образованию трещин. Однако, по экономическим соображениям, пока еще нет возможности создать складчатую форму из одного большого листа жесткого ПВХ с локализированной гибкостью вдоль сгибов. Точно так же все еще невозможно воспользоваться другим простым решением -- отдельными пенополиуретановыми панелями с поверхностной коркой, склеенными вместе при помощи липкой ленты.

Ниже рассмотрим примеры несколько видов складчатых конструкций применяемых в современном строительстве.

3.1 СКЛАДЧАТЫЕ СВОДЫ

Технологии конструирования складчатых сводов.

Складчатые своды с треугольным очертанием сечения рекомендуется проектировать из трапециевидных железобетонных ребристых панелей с плоской верхней поверхностью.

Конструкция складчатого свода

Рис. 1 а- общий вид; б-рядовая панель; в- опорная панель; 1- рядовые панели; 2-опорные панели; 3- опорные фермы; 4- затяжки; 5-закладные швеллеры, усиленные пластиной; 6- закладные уголки; 7 - закладные пластинки; 8- отверстия для строповки панелей и установки бандажей; 9-плиты торцевого карниза

Ширину b примыкающих друг к другу тонкостенных складчатых арок (складок), образующих свод, принимают, как правило, равной 6-12 м в соответствии с шагом несущих колонн. В общественных зданиях ширину складок допускается принимать равной 3 м, если это необходимо по архитектурным соображениям.

Высоту поперечного сечения складок h следует принимать от ј до 1/10 их ширины. При увеличении высоты поперечного сечения складок возрастает несущая способность сводов и обеспечивается возможность перекрытия ими больших пролетов.

Сборные панели для складчатых сводов рекомендуется проектировать с учетом изготовления их в стальных форма х по обычной поточноагрегатной технологии. Толщина плит и шаг поперечных ребер определяются расчетом. Ребра панелей армируются сварными арматурными каркасами, рабочую арматуру которых рекомендуется принимать из стали класса А500. Полка толщиной 30 мм армируется сварной сеткой из арматурной проволоки периодического профиля класса В500, диаметром 3-4 мм, с размером ячейки 200Ч200 мм. Толщину панелей и их полок рекомендуется принимать одинаковыми независимо от пролета сводов и стрелы их подъема в ключе. Длина панелей принимается в зависимости от высоты поперечного сечения складки. Ширина панелей принимается, как правило, не более 3000 мм, а для панелей, транспортируемых в положении «на ребро», - 3200 мм.

При конструировании панели с проемом для зенитного фонаря края проема усиливают ребрами, расположенными в направлении действия основных усилий в складках сводов. Опорные панели вследствие концентрации усилий в местах расположения затяжек или других элементов, воспринимающих распор сводов, проектируют сплошными.

В сводах значительных пролетов для распределения на большую площадь усилий, возникающих в местах закрепления затяжек, может возникнуть необходимость усиления сплошными участками ребристых панелей, примыкающих к опорным панелям свода. Необходимость такого усиления устанавливается расчетом. Все панели складчатого свода, за исключением опорных, рекомендуется принимать с одинаковыми опалубочными размерами. При опирании сводов на колонны в качестве бортовых элементов рекомендуется применять треугольные фермы (рис. 7.10, а) с железобетонным верхним и стальным нижним поясами из прокатных профилей или из железобетона с предварительно напряженной арматурой.

В сводах, опираемых на колонны или продольные стены, распор каждой складки шириной 12 м рекомендуется воспринимать четырьмя затяжками из круглой стали классов С345, С390 или арматурной стали классов А400 и А500. Затяжки располагаются попарно в двух уровнях на расстоянии 6 м друг от друга и пропускаются сквозь отверстия в коньковых и опорных узлах ферм.

Рис. 2 а- опорная ферма;б- примыкание к ферме опорных панелей и плит продольного карниза;1- консоль для опирания торцевого карниза у ферм, установленных в крайних пролетах;2-швеллеры;3- пластина;4- закладные пластины;5отверстия для затяжек;6- накладка;7- подвеска;8- опорная панель;9- плита продольного карниза;10- закладные уголки;11- анкер;12- фиксатор (стержень,l = 80-100 мм)

3.2 Треугольные и трапециевидные складки

Складчатые конструкции могут быть разделены на две основные группы: балочные складки и призматические складки или складчатые оболочки. К балочным складкам могут быть отнесены треугольные и трапециевидные складки с жестким поперечным сечением, которые могут быть рассчитаны и законструированы по схеме простой балки в предположении линейного распределения продольных деформаций по высоте сечения. В этом случае часто для повышения жесткости граней из их плоскости предусматриваются подкрепляющие ребра или диафрагмы жесткости. Призматические складки или складчатые оболочки рассчитывают и проектируют с учетом деформаций поперечного контура. Призматические складки аналогично длинным цилиндрическим оболочкам имеют продольные бортовые балки, в которых размещается вся или большая часть продольной растянутой арматуры, и поперечные жесткие диафрагмы по торцам складок.

Конструктивные схемы треугольных и трапециевидных складок и некоторых складчатых систем из них для покрытий и перекрытий приведены на рисунке ниже:

Рис. 3 а- треугольные складки, образуемые из плоских элементов (плит); б- то же, из Г образных элементов; в- трапециевидные складки, образуемые из Z-образных элементов; г- устройство световых проемов в треугольных и трапециевидных складках; д- треугольные складки переменного сечения на полигональном плане; е - призматические трапециевидные складки в консольном подвесном покрытии; ж балочная складка с линейчатыми гранями, очерченными по поверхности гиперболического параболоида

Трапециевидные складки имеют (рис.3, б, в) горизонтальные полки, усиливающие наиболее сжатую и растянутую зоны сечения. С целью устройства плоской верхней поверхности покрытия по складкам могут укладываться плиты, образуя складки замкнутого сечения. В наклонно или горизонтально расположенных гранях складчатых покрытий можно устраивать световые проемы (рис.3, г). Складчатые конструкции на замкнутом полигональном контуре образуют складчатый распорный купол (рис. д). Имеются примеры проектирования консольно-вантовых покрытий с применением призматических складчатых элементов (рис.3, е). В этом случае складки рассчитываются и конструируются с учетом сил, возникающих в месте крепления вант.

К треугольным складчатым конструкциям могут быть отнесены системы с переменным углом наклона граней. В этом случае грани имеют очертание весьма пологой линейчатой поверхности второго порядка, например, гиперболического параболоида или коноида (рис.3, ж). Растянутый пояс таких складок обычно предусматривается предварительно напряженным.

Складчатые конструкции могут изготовляться сборными, сборно-монолитными и из монолитного бетона с обычной и предварительно напряженной основной растянутой арматурой, располагаемой в ребрах и поясах.

Сборные призматические складки проектируются в зависимости от условий их изготовления и монтажа из плоских, Г- или Z-образных элементов, а также элементов треугольного и трапециевидного сечений длиной 2-6 м в зависимости от вида и размеров поперечного сечения складчатого покрытия или целыми панельными складками, длина которых равна длине перекрываемого пролета.

Призматические складки треугольного и трапециевидного сечений рекомендуется применять для покрытий однопролетных зданий с пролетами длиной не более 30 м. Грани складок при этом располагаются по направлению пролета и образуют лотки для отвода атмосферной влаги.

При расчете призматических складок треугольного и трапециевидного сечений следует различать два случая статической работы конструкции:

а) когда поперечное сечение складки после приложения нагрузки (в том числе и от действия собственного веса) или температурных и других воздействий не испытывает кручения (и, следовательно, нет депланации поперечного сечения) и в нем не возникают поперечные симметричные или асимметричные деформации (б = const, рис.3).

В этом случае в средних волнах многоволновой складки или отдельной складки, имеющей подкрепляющие ребра и диафрагмы, дополнительных касательных и нормальных усилий в поперечных сечениях не возникает. Тонкостенный элемент такой складчатой конструкции может быть рассчитан и законструирован по схеме простой балки в предположении линейного распределения продольных деформаций по высоте сечения. Стенки и полки, непосредственно нагруженные поперечной нагрузкой, рассчитываются и конструируются с учетом их изгиба. Стыки соседних граней между собой и соединения граней с диафрагмами проектируются так, чтобы обеспечить конструктивно их совместную работу.

б) когда в складчатой конструкции, нагруженной полосовой или сосредоточенной нагрузкой либо работающей как тонкостенная пространственная складчатая система (в зоне опирания крайних складок на торцевую стену), поперечные сечения изменяют свою форму. В этом случае складчатую систему рекомендуется рассчитывать по технической теории ортотропных оболочек и призматических складок или методом конечных элементов с учетом геометрической нелинейности. Поперечное армирование граней и стыков между ними в этом случае определяется расчетом складок как пространственной системы.

Для предварительного расчета призматических складок (соответствующих случаю б), а также для подбора продольной арматуры и вычисления прогибов балочных складок (случай а) допускается приводить сечения складок к тавровому или двутавровому сечению (рис. 4.) с последующим расчетом их по предельным состояниям согласно СНиП 52-01.

а -к прямоугольным сечениям; б -к тавровым сечениям; в -к двутавровым сечениям

Рисунок 4 Схемы поперечных сечений складок и их приведение для расчета

Приведенную толщину бетона стенки b для схем, указанных на рис. 4, следует рассчитывать по формуле:

а приведенную толщину b1 (рис. 4.) по формуле:

где д1 - толщина бортовых элементов;

б - угол наклона боковых граней.

При расчете прочности складки на поперечную силу по наклонному сечению следует учитывать фактическую толщину наклонных стенок с поправкой на угол наклона.

Для определения поперечных изгибающих моментов в гранях складок, рассматриваемых как балки с недеформируемым поперечным сечением, а также для предварительных расчетов складок в других случаях допускается рассчитывать их как для полосы неразрезной плиты на шарнирных опорах. За опоры в данном случае принимаются места сопряжения граней, а за пролет плиты - ширина граней. Число пролетов принимается не менее двух и не более пяти. Соответственно конструктивному решению крайняя опора плиты рассматривается как шарнирно-, упруго- или жесткозащемленная.

Расчет складок открытого профиля рекомендуется производить, как правило, с учетом моментов, вызывающих поперечный изгиб граней. Соответственно армирование плит и подкрепляющих ребер граней, а также их сопряжений рекомендуется проектировать с учетом возможных изгибающих моментов.

Предварительный расчет поперечных моментов в отдельных складках трапециевидного и прямоугольного сечений допускается производить как для консольных плит с защемлением по вертикальной плоскости симметрии.

Расчет предварительно напряженных стыков складчатых элементов, выполняемых с применением вставок из стержневой арматуры, производится по прочности и раскрытию трещин из условия обеспечения сохранности арматуры согласно СП 52-102 и следующим рекомендациям:

а) сечение стержней-вставок As,ins определяется как для железобетонного изгибаемого сечения. Если все стержни и канаты расположены в полке, то сечение стержней-вставок допускается определять по формуле

Где Rs - расчетное сопротивление стали стержней-вставок; гs - коэффициент условий работы, учитывающий возможные эксцентриситеты и ослабления в зоне анкеровки стыковых стержней, принимаемый равным 0,8;

М - изгибающий момент в сечении стыка; z0 - плечо внутренней пары; п - количество стержней;

б) сечение стальных анкерных упоров на вставках и колодок рекомендуется определять:

из условия смятия по контактным поверхностям согласно СП 53-102 по формуле

Где Nc- усилие в канате;

- коэффициент условий работы, равный 0,8

Rp -расчетное сопротивление смятию стального упора согласно СП 53-102; Ас- площадь сечения упора;

из условия сжатия бетона под анкерами - согласно СП 52-101 по формуле

Где Ас - площадь сечения анкерной колодки.

Кроме того, расчетное усилие N в предварительно напряженных канатах и стержнях-вставках в растянутой зоне должно удовлетворять условию

Где Аb - сечение бетона, в котором расположены анкерные колодки; Rbs,

loc - приведенное расчетное сопротивление бетона сжатию с учетом влияния косвенной арматуры в зоне местного сжатия в соответствии с п. 6.2.45 СП 52-101;

As, Rs - соответственно площадь сечения и расчетное сопротивление продольной арматуры в зоне анкеровки канатов и стержней-вставок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе написания и изучения материалов использованных в курсовой роботе мы можем сделать вывод, что складчатые материалы в большинстве случаев применялись в строительстве в 80-тые годы, из-за дороговизны все меньше начали использоваться в нынешние времена.

Но в современном строительстве мы всё же можем наблюдать их использование, например тот же профнастил, который широко применяется в современном строительстве.

А так как мы понимаем, что прогресс не может стоять на месте и в современном строительстве применяются всё новые и новые технологии, так и формы складчатых конструкций меняются в сторону компактности, экономичной составляющей.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тонкостенные пространственные конструкции в зданиях различного назначения / Н. В. Лебедева.

2. // Зарубежный и отечественный опыт в строительстве: обзор. информ. Свод. т. Сер. "Промышленные и сельскохозяйственные комплексы, здания и сооружения" / ВНИИНТПИ. 2004. Вып. 2. С. 1-98.

3. Пространственные конструкции архитектора Фрея Отто (Германия) / пер. Е. Н. Богданова // Зарубежный и отечественный опыт в строительстве: экспресс-информ. Свод. т. Сер. "Строительные материалы и конструкции" / ВНИИНТПИ. 2006. Вып. 1. С. 36-41.

4. Секулович, М. Метод конечных элементов: Пер. с серб. / М. Секулович. М.: Стройиздат, 1993. 664 с.: ил. Библиогр.: с. 651-662.

5. Новые архитектурно-конструктивные структуры: Альбом / ЦНИИ теории и истории архитектуры; Сост. В.Ф.Колейчук, Ю.С.Лебедев. М.: Стройиздат, 1978. 64 с.: ил.

6. Общественные здания и пространственные конструкции / Под ред. А.П. Морозова, М.З. Тарановской. Л.: Стройиздат, 1972. 152 с.: ил.

7. Милейковский, И. Е. Расчет оболочек и складок методом перемещений / И. Е. Милейковский. М.: Госстройиздат, 1960. 174 с. Библиогр.: с. 169-172.

8. Попов, А. Н. Современные пространственные конструкции: сб. / А. Н. Попов, З. А. Казбек-Казиев, В. К. Файбишенко. М.: Знание, 1976. 48 с.: ил. (Новое в жизни, науке, технике. Сер. "Стр-во и архитектура"; Вып.12). Библиогр.: с. 48.

9. Школьный, П. А. Безмоментная теория расчета складчатых конструкций с несимметричным опиранием граней / П. А. Школьный; Харьк. инж.-строит. ин-т; под ред. Я.В.Столярова. - Харьков,

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

    Применение древесины в строительстве, оценка ее положительных и отрицательных свойств. Средства соединения элементов деревянных конструкций. Расчет конструкций рабочей площадки, щита и прогонов кровли, клееной балки, центрально-сжатой стойки (колонны).

    курсовая работа , добавлен 12.03.2015

    Сущность железобетона, его особенности как строительного материала. Физико-механические свойства материалов железобетонных конструкций и арматуры. Достоинства и недостатки железобетона. Технология изготовления сборных конструкций, области их применения.

    презентация , добавлен 11.05.2014

    Концепция развития бетона и железобетона, значение этих материалов для прогресса в области строительства. Особенности технологий расчета и проектирования железобетонных конструкций. Направления и источники экономии бетона и железобетона в строительстве.

    реферат , добавлен 05.03.2012

    Применение железобетона в строительстве. Теории расчета железобетонных конструкций. Физико-механические свойства бетона, арматурных сталей. Примеры определения прочности простых элементов с использованием допустимых значений нормативов согласно СНиП.

    учебное пособие , добавлен 03.09.2013

    Основы закономерности длительной прочности древесины и пластмасс. Сравнение методик расчета болтовых соединений металлических конструкций и нагельных соединений деревянных конструкций. Применение металлических зубчатых пластин в зарубежном строительстве.

    лекция , добавлен 24.11.2013

    Армирование как способ компенсации недостатков бетона. Основные виды арматуры в железобетонных конструкциях. Принципы получения конструкций из железобетона, критерии их классификации. История изобретения предварительно напряженного железобетона.

    реферат , добавлен 01.05.2017

    История бетона и железобетона. Изготовление монолитных конструкций. Способы натяжения арматуры. Ползучесть и усадка железобетона. Коррозия и меры защиты от нее. Три категории требований к трещиностойкости. Конструктивные схемы компоновки конструкций.

    контрольная работа , добавлен 07.01.2014

    Дерево как материал XX века в органической архитектуре и способ гуманизации городской среды. Развитие деревянной архитектуры в России: совершенствование конструкций, индустриальные методы строительства. Многофункциональное использование клееной древесины.

    реферат , добавлен 07.07.2014

    Ограждающие конструкции покрытия для неотапливаемого здания. Определение нагрузки на м2 горизонтальной проекции здания. Расчет спаренного прогона, на который опирается двойной дощатый настил. Определение несущей конструкции покрытия в виде клееной балки.

    курсовая работа , добавлен 12.03.2013

    Обзор истории использования деревянных конструкций в строительстве. Изучение особенностей и конструкции ребристых, кружально-сетчатых и тонкостенных куполов. Узлы и элементы деревянного купола. Современные средства защиты древесины от гниения, возгорания.

Конструкции зданий и сооружений из складчатых элементов, совмещающих несущие и ограждающие функции, могут быть отнесены к четырем основным типам: опирающиеся на стену или каркас; структурные; бескаркасные; комбинированные - частично опертые на каркас, частично бескаркасные. К первому типу конструкций относятся балочные складчатые конструкции - покрытия или стены. В этом случае складки по торцам опираются на стены или ригели каркаса.

Балочные складчатые конструкции применяются в покрытиях традиционных каркасных здании со значительными пролетами между несущими стенами или ригелями, поскольку при большой высоте сечения складок обеспечивается необходимая прочность, а за счет выполнения тонкостенными гранями как несущих, так и ограждающих функций - хорошие показатели расхода металла. Второй тип складчатых конструкций - структурные - представляют своеобразные купола, зонтичные сооружения и т. п. За рубежом, в частности, распространены купольные покрытия (купола Фуллера), которые собираются из стержней, как правило, круглого сечения и заполняются ромбическими или треугольными или иными элементами. Основная масса строящихся в настоящее время складчатых зданий является бескаркасной и относится к третьему типу конструкции. Именно в этих зданиях в максимальной степени проявляются основные положительные свойства складчатых конструкций - однотипность и взаимозаменяемость элементов, простота в изготовлении, перевозки и монтажа

Волнистые своды. Особенности конструктивной схемы.Об.прим.

К волнистым сводам относят многоволновые и многоскладчатые покрытия в виде сводов с малыми размерами волн по сравнению с длиной пролета; опираются своды на стены или на колонны или же непосредственно на фундаменты. Отдельная волна в поперечном сечении может иметь очертание синусоиды, криволинейного лотка, треугольной или V-образной складки. Сборные ее элементы могут быть с прямолинейной или криволинейной осью. Волнистые своды применяют для покрытий производственных и общественных зданий при пролетах от 12 до 100 м и даже более. Сводам придают очертание, по возможности наиболее близкое к кривой давления от действия основной нагрузки. При больших пролетах свод конструируют из ряда однотипных сборных элементов, при пролетах до 24 м - из двух половин. По торцовым краям сборные элементы тонкостенных сводов усиливают ребрами, что обеспечивает прочность элементов при транспортировании и монтаже, а также улучшает условия для более плотного заполнения швов, передающих значительные сжимающие силыю В тонкостенных сводах с пролетами и волнами больших размеров для стабильности поперечного сечения предусматривают (в направлении волн) поперечные диафрагмы, затяжки или распорки. Для погашения распора сводов в покрытиях с опорами на большой высоте устанавливают при низком расположении опор применяют также контрфорсы или используют боковые пристройки, если их конструкция обладает необходимой прочностью. В опорном волны свода замыкаются на опорной балке; если шаг опор совпадает с длиной волны, вместо этой балки целесообразнее усилить торцовое ребро крайнего сборного элемента свода.

Для перекрытия большепролетных зданий и сооружений применяются различные пространственные системы. Одним из вариантов таких пространственных систем являются покрытия в форме складок. В развитие теории складок большой вклад внесли Г. Элерс, В.З. Власов, В. Флюгге, Е. Грюбер и X. Крамер. В настоящее время складчатые конструкции покрытий применяются сравнительно редко, и в современной научно-технической литературе имеется мало данных по их конструированию и расчету.

Складчатое покрытие представляет собой поверхность, образованную системой наклонных плоских граней, жестко соединенных между собой . Они примыкают одна к другой под некоторым углом по длинным сторонам, опираясь по коротким на абсолютно жесткие в своей плоскости торцовые диафрагмы или ребра (рис. 4.1).

Форма поверхности складок может быть треугольной, трапециевидной или прямоугольной. Чаще всего применяются многорядовые складчатые покрытия, но встречаются и однорядовые. По расходу материала складчатые конструкции уступают другим формам пространственных покрытии, но присущие им повышенная архитектурная выразительность и относительная простота изготовления сглаживают этот недостаток. Форма плана сооружений, перекрываемых складками, может быть прямоугольного, многоугольного и криволинейного очертания. В последнем случае складки располагаются радиально. На рис. 4.2 представлены некоторые примеры складчатых покрытий различной конфигурации.

Склад в Апелдорне (Нидерланды) площадью 50x83м имеет несущую конструкцию складчатого покрытия из плоских панелей, примыкающих друг к другу в виде двускатных крыш (рис. 4.3). Отдельные панели длиной 8.2м состоят из брусчатых рам, обшитых с двух сторон листами фанеры. Жесткое на изгиб крепление отдельных панелей в ендове и коньке достигается при помощи петлевых шарниров .
Школьный зал для собраний и спортивных занятий в Велингтоне (Великобритания) площадью 12x14м перекрыт радиально расположенной складчатой системой. Панели складок состоят из брусчатых рам, покрытых с двух сторон листами фанеры толщиной 10мм .

Складки могут изготовляться из древесины, армоцемента и композитных материалов. Для повышения их поперечной жесткости устраиваются распорки, ребра жесткости или затяжки, устанавливаемые по длине складки. Схемы складчатых покрытий приведены на рис. 4.4.

Пролет складок для конструкций обычно не превышает 20- 25м. Отношение стрелы подъема к пролету I для складок из древесины колеблется в пределах 1/2-1/9, для конструкций из композитных материалов - до 1/15 (1/18).

По конструктивному оформлению складки могут быть тонкостенными, ребристыми или трехслойными. В первом случае грани складок представляют собой дощатогвоздевые, дощатоклееные или клеефанерные балки. Ребристые складки изготавливаются из балочных элементов с высотой сечения до 15 см, к которым на гвоздях или на клею с одной или двух сторон крепится обшивка из листового материала или досок. Трехслойные элементы складчатых покрытий имеют чаще всего обшивки из стеклопластика или жесткого поливинилхлорида, а средний слой из пенопласта. Грани складок соединяются между собой болтами, на гвоздях, с помощью клеевых или клеештыревых соединений (рис. 4.5).

Монтаж складок в большинстве случаев осуществляется "с колес". Покрытие может собираться как из отдельных граней, так и из укрупненных элементов в виде лотков. Такие части конструкции грузятся на автотранспорт и доставляются прямо от завода-поставщика на строительную площадку. Установка граней производится с помощью компенсирующих траверс (рис. 4.6).


Складчатое покрытие представляет собой систему, образованную из наклонных к горизонту (обычно не менее 30°) плоских элементов – граней, верхние и нижние кромки которых соединены по длинным сторонам и работают совместно. Форма поперечного сечения складок может быть треугольной, трапециевидной, полигональной (рис.3.31 ).

Рис.3.31 Складчатые покрытия:

а – общий вид; б, в, г – типы поперечных сечений железобетонных складок;

1 – складка; 2 – бортовой элемент; 3,4 – диафрагма; 5 – колонна

Архитектурные композиции из складок весьма разнообразны. Плоские плиты (панели) в различных комбинациях способны перекрывать прямоугольные, многоугольные и круговые планы зданий. В последнем случае складки располагаются радиально.

По расходу материалов складчатые конструкции уступают другим формам покрытия, но им присущи архитектурная выразительность и относительная простота изготовления. Достоинством складок является их регулярность, определяющая повышенные эстетические качества, которые способствуют применению этих систем без подвесного потолка. Их целесообразно использовать в качестве шедовых покрытий для зданий производственного и общественного назначения.

Складки могут опираться на колонны или стены сооружения. По коротким сторонам они имеют торцевые диафрагмы или ребра.

Складки обычно выполняют в монолитном железобетоне, однако в последнее время все шире применяют сборные элементы. В монолитном железобетоне обычно выполняют складки сложной формы, обусловленной архитектурными соображениями, а также большепролетные, при L>30м, B>6м. Требования к прочности бетона и к точности соблюдения размеров сечения могут быть не такими жесткими как для сборных элементов. Марка бетона 300..450, толщина граней не < 5см. Угол наклона граней не > 35º, чтобы обеспечить возможность их бетонирования без двойной опалубки.

Пример: павильон на выставке в Ганновере (Германия) Площадь покрытия – 350 м², подвесное складчатое покрытие с центральной опорой выполнено в монолитном бетоне, складки с трапециевидными гранями из легкого бетона марки 300, толщина граней 8,5 см.

Сборные складки монтируют, как правило из плоских прямоугольных плит. К достоинствам сборных складок относят: - возможность изменения пролетов складок благодаря отсутствию ребер и подкрепляющих элементов; - возможность изменения ширины покрытия применением вставок; - небольшие габариты сборных элементов, удобные для хранения и транспортирования; - возможность поточного монтажа без укрупнительной сборки и подмостей.


Обычно применяются балочные складки, имеющие большую длину при малой ширине (L до 25 м, ширина – до 3 м.). При увеличении пролета до 30 м и выше – их трудоемкость и стоимость монтажа возрастает.

Различают складки одно- и многопролетные, одно- и многоволновые. Иногда их проектируют с небольшим консольным свесом на одну или обе стороны покрытия.

Треугольные складки: применяются весьма широко, ширину отдельных складок принимают от 2 до 6 м. Высота складки принимается в зависимости от статической схемы покрытия, от пролета, ширины складки и нагрузки. Для однопролетных складок высота составляет 1/20..1/30 пролета. Уклон всех граней обычно принимают одинаковым и = 30..35°. при меньших углах наклона не удается обеспечить необходимую конструктивную высоту складки, при больших – затрудняется бетонирование и увеличивается расход материалов.

Трапециевидные складки – имеют при той же конструктивной высоте, значительно больший момент инерции, чем треугольные. Поэтому их часто применяют в качестве целых сборных элементов покрытий, длина их составляет обычно 15-20 м, ширина – 2-3 м. Конструктивная высота таких складок, как правило, несколько меньше, чем у треугольных.

Прочие типы складок – выполняют преимущественно в монолитном железобетоне. Их формы могут быть самыми разнообразными, например покрытие церкви в Нассау (Германия).

Одна из возможных конструктивных систем – складчатое шедовое покрытие , образованное из треугольных или трапециевидных складок, в которых часть наклонных граней заменяется сплошным остеклением.

Эффективные в архитектурном отношении складчатые покрытия могут быть созданы складками с чередующимися треугольными гранями в различных комбинациях.

Складчатые системы применяют не только в покрытиях, но и в стеновых ограждениях, позволяя создавать сооружения в едином конструктивном стиле.

Геометрические формы складчатых конструкций различны: отдельные складки могут иметь треугольное и трапециевидное сечение и иметь друг с другом параллельные, веерные или встречные сочетания (рис.3.32 ). Складки применяются в покрытиях пролетом до 40 м и в высоких стенах при необходимости повышения их жесткости. Получило распространение сочетание складчатых стен и покрытий с жесткими сопряжениями между ними в виде пространственной рамной конструкции. Складки используют в арочных и шатровых покрытиях для помещений с прямоугольным, трапециевидным, многоугольным или криволинейным планом.

Рис.3.32 Складчатые конструкции:

а – формы и габариты сечений монолитных и сборных складок; б – схемы размещения устройств верхнего света; формы покрытий; в – параллельными складками; г – то же, веерными; д – то же, встречными; е – складчатые рамы; примеры фрагментов покрытий: ж – встречными складками; и – сочетанием веерных и встречных складок

Рис. Курский вокзал (работа студента)

Рис. Олимпийский велотрек, г. Монреаль, Канада (работа студента)