Плоские пространственные покрытия современных зданий металлических конструкций (стр. 3 из 4)

Всего построено типовых оболочек свыше 1 млн. м². Такой же способ монтажа, но монтажными блоками 3x24 м применен при строительстве в Москве автобусного парка с покрытием из оболочек 24x36 м на площади 35 тыс. м².

Многочисленные оболочки размером 42x42 м с применением цилиндрических панелей 3x6 м для покрытий спортзалов и рынков построены в Москве и других городах.

Рис. 3. Конструктивная схема оболочек крытых рынков размером 103x103 м
а - схема расположения сборных элементов и опорного контура; б - узел сопряжения плит и балок-ребер жесткости; 1 - преднапряженпые плиты 3x12 м; 2 - пред-напряженные балки-ребра жесткости; 3 - преднапряженный опорный контур; 4-качающиесяколонныпоконтуруоболочки

В большепролетных железобетонных оболочках положительной гауссовой кривизны с пролетами 100 м и более для обеспечения прочности и устойчивости требуется введение дополнительных ребер жесткости. В оболочках покрытий рынков размером в плане 103x103 м (рис.3, а), построенных в Челябинске и Минске [1], устойчивость оболочки обеспечена системой предварительно напряженных балок-ребер жесткости, образующих сетку 12x12 м, связанных с плитами сваркой закладных деталей и замоноличиванием швов (рис. 3, б). В период монтажа балки-ребра жесткости опирались на монтажные стойки и служили для опирания предварительно напряженных цилиндрических ребристых плит 3x12 м (см. рис. 3, а). Опорный контур оболочки выполнен в виде преднапряженного железобетонного пояса, армированного стальными канатами.

Пространственные составные конструкции. Комбинируя отдельные фрагменты поверхностей оболочек, очерченные по единой геометрической поверхности, получают составные пространственные конструкции покрытий зданий с различной конфигурацией плана, обладающие высокими прочностными и архитектурными качествами [6]. Типичными представителями таких конструкций являются конструкции, примененные в покрытиях универсального спортивного зала "Дружба" и Даниловского крытого рынка (рис. 4), которые построены в Москве в конце 70-х и начале 80-х годов.

Рис. 4. Составные куполъно-складчатые оболочки
а - покрытие спортивного зала «Дружба»; б - покрытие Даниловского рынка

Форма покрытия спортивного зала "Дружба" (рис. 4, а) в плане овальная с пролетом по диагонали около 96 м, наибольшая высота здания - 23 м. Конструктивная система здания состоит из центральной пологой сферической оболочки пролетом 48 м, которая опирается по периметру на 28 боковых складчатых оболочек, между нижними ярусами которых расположены витражи, имеющие на фасаде треугольную форму. Пологая оболочка собрана из 312 цилиндрических железобетонных ребристых плит. Все боковые складчатые оболочки сборные, имеют ромбический план с диагоналями 7,5 и 26 м. Центральную пологую оболочку монтировали укрупненными монтажными блоками, боковые складчатые - целиком после сборки на специальном стенде.

Покрытие Даниловского рынка в виде складчатой оболочки на круглом в плане здании диаметром 72 м (рис. 4, б) собирали из боковых складчатых оболочек, опирающихся на фундамент и центральное монолитное железобетонное кольцо. В верхней половине складки примыкают друг к другу, а в нижней - к треугольным консольным элементам, заполняющим расстояния между ними. Все складчатые элементы собирали из плит максимальным размером 3x6 м с включением монолитных зон в местах сопряжения отдельных поверхностей оболочек.

Висячие оболочки. Исследования показали, что превращение вантовой системы в более жесткие висячие оболочки путем укладки железобетонных плит по вантам с их последующим замоноличиванием - наиболее эффективный способ обеспечения стабильности формы покрытия, что позволяет возводить оболочки без подмостей, устранять или существенно снижать изгиб контура при несимметричном загружении.

Рис. 5. Конструктивное решение висячей оболочки покрытия
а - полигонально-вантовая система; б - железобетонная висячая оболочка

Рис. 6. Сталежелезобетонная полигональная оболочка покрытия с большими световыми проемами
а - общий вид оболочки; б- пространственный каркас оболочки; 1 - 3-линейныепустотелыеэлементы

На рис. 5, а приведена вантовая сеть оригинальной полигонально-вантовой системы, обеспечивающей передачу усилий с помощью диагональных вант в углы контура и его сжатие по всему периметру. На рис. 5, б показана висячая железобетонная оболочка, образованная укладкой железобетонных плит по вантовой сети. Наиболее целесообразно применение такой системы при пролетах более 60 м [4].

Висячая оболочка цилиндрического очертания на прямоугольном в плане здании построена в Красноярске. Ее размер 78x84 м. Опорные конструкции представляют собой жесткие железобетонные рамы, расположенные с шагом 12 м и объединяющие в себе стойку и оттяжку. От выдергивания из земли оттяжку удерживают с помощью анкеров, заложенных в грунт. Ванты крепили к контурным балкам с шагом 1,5 м, а по ним укладывали железобетонные плиты 1,5x1,5 м. Для уменьшения деформации висячей конструкции ее подвергали предварительному натяжению пригрузом, который снимали после достижения бетоном замоноличивания швов проектной прочности [1].

Конструктивное решение покрытия упрощается при круглом плане сооружения, при этом оболочка может быть выпуклой при опирании по контуру и на центральную опору (шатровые оболочки), а также вогнутой. Пролеты шатровых оболочек достигали 160 м. Характерным примером висячей вогнутой оболочки является покрытие диаметром 80 м Бауманского рынка в Москве. Покрытие имеет 80 радиальных вант, закрепленных в наружном и внутреннем кольцах. На ванты были уложены керамзитобетонные плиты, после чего проводили натяжение вант при последовательном замоноличивании кольцевых и радиальных швов между плитами [1].

Сталежелезобетонные оболочки покрытий. Характерным примером таких конструкций являются шатровые сталежелезобетонные оболочки размером в плане до 36x36 м.

В процессе строительства на металлической сетчатой конструкции шатровой оболочки закрепляют с помощью сварки плоские железобетонные пластины толщиной 4 - 5 см, размером до 3x6 м. Металлическая конструкция шатра собирается с применением монтажных блоков заводского изготовления из стальных облегченных профилей. Совместная работа тонких железобетонных плит со стальным каркасом обеспечивает высокую несущую способность таких оболочек [7].

Одной из последних разработок покрытий зданий размером в плане от 24x24 до 48x48 м явились многогранные сталежелезобетонные оболочки с большими световыми проемами (рис. 6). В угловых зонах уложены плоские треугольные плиты толщиной 40 - 50 мм, а свободные от плит ячейки, являющиеся световыми проемами общей площадью не меньше 50 % от площади поверхности всей оболочки, заполнены самоуравновешенными напрягаемыми металлическими системами, придающими жесткость и неизменяемость всей конструкции оболочки (рис. 6, а). Пространственный каркас таких оболочек собирается из линейных пустотелых элементов из высокопрочного бетона класса В60-В80 (рис. 6, б). Бортовые диафрагмы выполнены в виде арок с распоркой в середине пролета [8].

Пространственные конструкции междуэтажных перекрытий. Применение пространственных конструкций имеет целью увеличить размер сетки колонн и полезных нагрузок на перекрытие, что весьма важно для некоторых типов промышленных и общественных зданий.

Рис. 7. Сборные железобетонные шатровые перекрытия размером 12x12 м

В решении этой проблемы определены два перспективных направления. Одно из них - применение вспарушенных или ступенчато-вспарушенных панелей; в сборном варианте такие конструкции могут иметь пролеты до 9 м. Второе направление - использование складчатых оболочек шатрового типа и рамно-шатровых конструкций с пролетами до 18 м.

Рис. 8. Узел соединения колонны и сборных элементов перекрытия с последующим натяжением арматуры
1 - контурные плиты; 2 - закладные детали; 3 - колонны; 4 -отверстия в плитах и шов между ними; 5 - напрягаемая арматура; б - отверстия в колонне

Шатровые перекрытия 12x12 м (рис. 7) появились в 30-х годах, но впервые были применены в 1982 г. при строительстве многоэтажного торгового центра в Омске и затем двух промзданий в Санкт-Петербурге [9]. Предварительно напряженные контурные балки, содержащие основную растянутую арматуру конструкции, воспринимают усилие распора шатровой оболочки, а также являются ригелями пространственной рамы каркаса здания. Тонкостенная часть шатровой конструкции представляет собой пятигранную складку в форме усеченной пирамиды и выполнена из сборных плит, опирающихся по периметру ячейки на нижние полки контурных балок. Пространство над наклонными гранями оболочек перекрыто горизонтальными плитами.