Проект ОБД-185

Научно-исследовательские, проектные и строительные организации из Москвы, Краснодара, Киева, Минска, Вологды и других городов стали активно заниматься объемным домостроением в конце 1950-х гг.

В ходе презентации были описаны основные направления экспериментального строительства. Основным материалом для всех направлений послужил монолитный железобетон. В результате Минск, Москва и Киев приняли на производство блоки типа “колпак”, а Краснодар и Сочи – блоки типа “лежачий тумблер”.

В соответствии с Постановлением Совета Министров СССР “О развитии объемно-блочного домостроения” от 03.02.69 г. в стране строится ряд специализированных заводов объемно-блочного домостроения, в том числе Краснодарский завод ОБД. Разрабатывается обширная серия объемно-блочных домов.

Ниже перечислены этапы заводского производства монолитных железобетонных объемных блоков:

(a) Создание;

(б) сбор;

В) Завершение (установка оконных и дверных рам, сантехнического оборудования и т.д. );

(г) прибытие.

Существует три способа формирования стенок объемных элементов: кассетный, ленточный и с перемещаемым сердечником.

Минское техническое направление основано на применении блоков типа “колпак”, опирающихся на четыре угла. Путем вакуумирования кассетного бетонирующего устройства формируются блоки. За разработку и внедрение данного направления отвечают Минский филиал института “Гипронефтестрой” МИСИ Госстроя БССР, Белгоспроект, Минский ДСК-3, Минпромстрой БССР и другие организации.

В технической зоне Кременчуга используются блоки с крышками, опирающимися на четыре угла. Блоки формируются на кассетном бетонном заводе с помощью вакуумной дегазации. Разработкой и реализацией направления руководит В.А. Кучеренко НИИСК, Гипрогражданпромстрой, КиевЗНИИП, Кременчугский ДСК Минпромстроя и другие организации.

Разработанное институтом “Энергожилиндустрпроект” Минэнерго и Приднепровским заводом железобетонных изделий, Приднепровское техническое направление ориентировано на строительство жилых поселков. Эти средства основаны на использовании блоков типа “колпак”. Углы блоков имеют опору, а сердцевина подвижна.

В качестве технического направления в Вологде используются блоки типа “колпак” с опорами по периметру и устанавливаются с подвижными сердечниками. Направление разработано ЦНИИЖК, Гипростройматериалами, Вологдапромстроем, объединением Минтяжстрой и другими.

Техническое направление Кабаруска предусматривает использование блоков типа “колпак” наряду с крупными панелями. Для формирования блоков используется вакуумная дегазация в установке кассетного бетонирования. Разработали направление ученые ЦНИИЖБ, Гипрогражданпромстроя, Главдальстроя Минтяжстроя.

Техническое направление в Краснодаре основано на использовании блоков типа “лежачая чашка” и линейной опоры, которые изготавливаются методом кассетного формования. Наружная панель изготавливается отдельно и приваривается к блоку. В продольных стенах, потолках и полах заметны ребра жесткости.

Направление развивают Центральный научно-исследовательский институт жилищного строительства, объединения “Гипростроймаш”, “Краснодарпромстрой” и “Главсочиспецстрой”.

Мы работаем над легкими и энергоэффективными материалами для изготовления блоков.

Большое значение при определении размеров установки имеет наличие грузоподъемного оборудования для монтажа (в настоящее время монтаж осуществляется башенными, козловыми кранами и автокранами на гусеничном ходу, грузоподъемностью 15-25-30 т), а также ограничения по перевозке грузов автомобильным и железнодорожным транспортом страны.

Межведомственный координационный совет по объемно-блочному строительству утвердил “Номенклатуру блоков для проектирования серий объемно-блочных зданий с учетом вновь создаваемых предприятий объемно-блочного строительства”, разработанную ЦНИИЭП жилища и другими организациями для регламентации размеров объемных блоков. В его основе лежит ряд модульных блоков и укрупненных модулей (3М, 6М, 12М, 15М).

Согласно государственным нормам, самые крупные блоки можно перевозить автомобильным транспортом только в том случае, если их размеры не превышают максимальных. Блоки такого размера составляют 2,4 * 3,9 м (для железнодорожного транспорта – 3,3 м). В диапазоне 4,2 м * 7,5 м длина блоков определяется путем анализа ячеек планирования.

В домах с объемным планированием в план вносятся следующие факторы:

А) типологические (поселковые – расселение семьи в квартире, демографические – процесс роста семьи и ее расселение в связи с этим, сервисные и природно-климатические условия), которые определяют поэтажный план, объемно-планировочную структуру здания, площадь квартир, функциональную организацию квартир;

Б) инженерные – конструктивная схема здания, материал, форма, размер, степень закрытости и дизайн блоков;

В) композиционный – трехмерная структура архитектурного объекта, тектоника каждого строительного элемента, архитектурный масштаб.

Дома, построенные из объемных блоков, по конструктивной схеме делятся на три группы (рис. В 6.6): панельно-блочные; каркасно-блочные; каркасно-блочные.

Как правило, здание состоит из объемных блоков (80 * 100% соотношение между площадью всех помещений и площадью помещений, занимаемых объемными блоками). Каждый блок укладывается один на другой. Из рисунка видно, что каждый блок является законченным конструктивным элементом, способным нести нагрузку от расположенных над ним блоков (рис.) 6.6).

   а)

Б) в)

    г)                          д)

                                 А-А

Рисунок 6.6. Построение блока:

A – общий вид дома; b – соосное размещение блоков; c – смещение блоков вдоль продольной оси; d – смещение блоков вдоль двух осей; e – поперечное сечение дома со смещением вдоль двух осей

В результате применения блочной схемы появляется больше возможностей для переноса большей части строительных работ на заводы. Недостатком этой схемы является наличие двойных внутренних стен и потолков.

Блоки были сделаны из бетона, дерева, металла и пластика. С помощью блоков можно очень гибко проектировать пространство, сдвигая и поворачивая их.

Здания из панельных блоков отличаются совместным применением объемных блоков и плоских панелей (Рис. 6.7).

               а)

Б) в)

Рисунок 6.7. Блочно-панельное здание:

A – общий вид дома; b – передача нагрузки от панельного пролета на консольную панель перекрытия блока; c – передача нагрузки от панельного пролета на независимые несущие стены

Внутренние стены в этом случае однослойные. Тем не менее, такая схема требует выполнения более половины отделочных работ на строительной площадке. Кроме того, возникают неудобства при установке элементов разного веса и размера.

Обычно объемные блоки строятся с помещениями, в которых находится много оборудования (санитарные узлы, кухни и т.д.). В помещениях нет открытых пространств (например, общих комнат, спален), и все они представляют собой плоские конструкции. В этой схеме достижимо ограничение размеров блоков, а также создание больших помещений между ними. Здесь блочность рассчитывается как 20 ÷ 60%.

В каркасно-блочной системе имеется каркас из стоек и ригелей и самонесущие объемные блоки, опирающиеся на каркас (рис.6.8).

В этом случае каждый блок принимает только свой собственный вес, поэтому все блоки работают статически в одинаковых условиях. Это позволяет изготавливать блоки из легких и дешевых материалов, которые, конечно, обладают достаточной огнестойкостью и прочностью. Компоновка таких агрегатов может быть завершена на заводе; с другой стороны, возникают трудности со сборкой из-за большого количества компонентов, которые резко отличаются по размеру и весу.

       а)    

Б) в)

Рисунок 6.8: Типы структурных и технологических блоков и схемы их поддержки:

A – с рамой без муллиона; b – с полной рамой с муллионом; c – с рамой без муллиона и сплошными перекрытиями на каждом этаже.

В настоящее время в современном жилищном строительстве предпочтение отдается блочным схемам, так как блоки в большей степени готовы к монтажу с завода, и работа по монтажу может быть выполнена более удобно. Количество монтажных элементов в этой схеме сокращается до минимума, а благодаря унификации веса монтажных блоков грузоподъемность монтажных механизмов используется более эффективно.

Рассматривая конструктивное решение зданий из объемных элементов блочной системы, необходимо иметь в виду, что характер статической работы блоков как несущих элементов дома, а также их конструкция зависят от способа опирания блоков друг на друга: по углам (т.е. в четырех точках), по двум противоположным сторонам блоков и, наконец, по всему контуру блоков. Более распространенным вариантом является первый тип опоры, который обеспечивает свободный доступ к каждой из четырех опор во время строительства и обеспечивает большую устойчивость стен, ослабленных открыванием окон и дверей.

Второй и третий способ опирания блоков встречается реже. В этих конструкциях возможны локальные нагрузки, так как цементный раствор не предназначен для равномерного распределения нагрузки на опорные поверхности.

В крупнопанельном строительстве многие принципы проектирования элементов объемно-блочных зданий аналогичны принципам проектирования этих элементов в объемно-блочных зданиях – фундаменты, лестницы, крыши, наружные стены, балконы, лоджии, а также ряд узлов и стыков.

На основе статической конструкции блоков проектируются фундаменты объемных блочных зданий. Линейные или четырехгранные опоры колонн также должны воспринимать нагрузки линейно. Нагрузки от колонн узловых блоков должны восприниматься в отдельных точках.

Здания с линейно опирающимися объемными блоками могут иметь свайные или столбчатые фундаменты, но необходимость линейного восприятия нагрузок от здания над землей заставляет использовать фундаментные балки, усиленные цокольные блоки и т.п.

Как правило, для лестничных клеток в зданиях из железобетонных блоков используются специальные блоки, имеющие высоту верхнего этажа, например, ступени. В блочных лестницах отсутствуют вертикальные грани (перекрытия). Это создает существенное отличие от лестничных клеток рядовых домов.

Блок-схема позволяет самостоятельно строить лестничные и рядовые блоки.

Основной лестницей в большинстве объемных блочных зданий сегодня является длинная лестница, продольная ось которой перпендикулярна наружной стене дома. Для лестничного блока (в свету) минимальная ширина составляет 2,3 м; на практике ширина блока принимается равной 2,5 м. Длина блока определяется высотой этажа (количеством ступеней) и шириной лестницы.

В результате работы лестниц и лестничных маршей силы концентрируются на стенках блоков, что приводит к возникновению давления. В этих местах стены лестничных блоков должны быть усилены. Усиление надпотолочных участков продольных стен лестничными блоками с точечными (угловыми) опорами значительно усложняет работу.

Существует несколько способов построения лестничных блоков (рис. 6.9). Они могут быть монолитными и состоять из одного элемента (рисунок 6.9, 1); из двух монолитных полублоков (рисунок 6.9, 2); из двух укрупненных пространственных элементов (торцы блоков) и сборных лестниц и лестничных площадок (рисунок 6.9, 2); из двух укрупненных пространственных элементов (торцы блоков) и сборных лестниц и лестничных площадок (рисунок 6.9, 3). 6.9, 3); из отдельных панелей стен, лестниц, площадок и балок (рис. 6.9, 4); из четырех монолитных сплошных стен – вертикальной трубы (иногда с верхней площадкой) и отдельных лестниц, площадок и балок (рис. 6.9, 5б). Пешеходные дорожки и платформы могут быть выполнены в виде двух монолитных дорожек с половинчатыми платформами (рис. 6.9, 5а).

Мы предлагаем реализовать первые два проектных решения, которые монолитно соединяют болота и платформы (толщиной 40х50 мм) со стенами и действуют как упруго защемленные призматические оболочки.

Технологически монолитные блочные лестницы довольно сложны.

Одним из ключевых и наиболее ответственных компонентов объемного блока являются его стены. В железобетонных блоках наружные стены могут быть выполнены из бетонных материалов в виде однослойных, трехслойных конструкций с различными утеплителями или из небетонных материалов в виде многослойных конструкций с эффективными утеплителями.

” Кап” и “лежачая чаша” наружные стены, в общем, являются ненесущими. Их назначение – ограждать только внутренние пространства жилых помещений. Такие наружные стены конструктивно схожи с наружными панелями крупнопанельных зданий.

Конструкции крыш, используемые в сборных плоских блоках, похожи на конструкции крыш больших зданий. Наиболее предпочтительными являются конструкции крыш, характеризующиеся высокой степенью сборности.

Для повышения заводской готовности и снижения затрат на строительство можно выполнить ряд операций на заводе, например, установку пароизоляции, прикрепление гидроизоляционного материала к кровельным панелям и отделку карнизных свесов. Эта задача должна выполняться только на строительной площадке, где укладывается изоляция, монтируются панели с рулонными матами и устанавливаются связующие устройства.

Консольные балконы строятся из плит перекрытия объемных блочных зданий.

Обычно балконная плита делается сплошной или со встроенными в нее щелями, через которые проходит теплоизоляция наружных стен. Для балконной плиты и плиты перекрытия обычно используется бетон.

1)                               2)                                3)

4)                             5)

а)                                                 б)

План лестницы: Рис.6.9:

1 – полностью сформированная блочная лестница; 2 – блочная лестница, состоящая из двух полублоков; 3 – блочная лестница, состоящая из двух пространственных блоков и отдельно собранных ступеней; 4 – блочная лестница, собранная из отдельных элементов; 5 – монолитная четырехгранная блочная лестница с заполнением: а – элементы лестницы с двумя полублоками; б – то же, из отдельных площадок

В заключение следует отметить, что в объемно-блочных конструкциях жилых зданий до сих пор не решен ряд технических проблем, относящихся к теории расчета конструкций этих зданий, технологии изготовления и монтажа объемных блоков. Например, не до конца выяснены причины возникновения трещин в тонких стенках блоков, не найден простой и надежный способ защиты объемных элементов от атмосферных осадков при их транспортировке и монтаже, разработаны способы эффективной механизации отделочных работ.

МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

Промышленный сборный железобетон – это вид строительства, в котором в качестве основного материала используется монолитный бетон, конструкции отливаются в крупные сборные блоки, процессы производства, транспортировки и укладки бетонной смеси автоматизированы и механизированы.

Помимо использования при поточном строительстве, этот метод может применяться и при строительстве отдельных проектов.

В конкретных условиях и с учетом особенностей местности он имеет определенные преимущества.

Рекомендуются бетонные монолиты, построенные для промышленного использования:

A) при строительстве жилых и общественных зданий повышенной этажности, характеризующихся объемами сложной формы;

Б) в районах с высокой сейсмичностью и определенными геологическими условиями (Средняя Азия, Кавказ, Камчатка и др.);

В) при отсутствии или недостаточной мощности базы сборного жилья с ограниченным объемом строительства (например, при строительстве жилого фонда для гидротехнических сооружений), а также при освоении новых районов.

Учитывая соответствующие компоненты “Строительных норм и правил”, монолитные железобетонные здания проектируются и строятся в соответствии с общими правилами строительной механики, теплофизики и акустики.

Со второй половины 20 века интенсивно велись многочисленные исследовательские работы ученых и практиков разных стран по созданию новых и совершенствованию известных методов монолитного домостроения: создавались новые виды оборудования, разрабатывались методы возведения опалубки и системы автоматизации ее перемещения (перебазирования), совершенствовались состав бетона, контроль и уход за ним, способы интенсификации твердения бетона (как теплового, так и нетеплового), средства горизонтального и вертикального транспортирования бетонных смесей.

При изготовлении опалубки и возведении зданий использовались гидравлические, пневматические и электрические приводы, автоматика, электроника и другие новейшие технологические разработки.

Благодаря использованию новых технологий и новых способов организации строительства удалось определить преимущества и недостатки монолитного домостроения и оценить его экономический эффект.

Сегодня монолитный железобетон находит все большее применение во многих странах мира.

В России монолитное домостроение с применением современных технических средств было введено в 1967 году, когда началось строительство первого курортного корпуса в Сочи (спальный корпус санатория Всероссийского театрального общества) и первого жилого дома в Туле, и с тех пор стало общепризнанным видом строительства.

Классификация способов строительства зданий из монолитного железобетона

Несущие конструкции классифицируются иначе, чем обычные части здания при каждом методе строительства, в то время как остальные части здания строятся обычным образом.

Вот наиболее распространенные промышленные методы возведения монолитных железобетонных конструкций:

A) бетонирование горизонтальных и вертикальных конструкций с использованием несъемной опалубки (крупнощитовая, объемно-переставная);

(b) Бетонирование вертикальных конструкций с использованием подвижной (скользящей) опалубки, а горизонтальных конструкций – с использованием постоянной опалубки (крупноплощадной или объемной переставной опалубки) или сборных железобетонных узлов для горизонтальных конструкций;

(c) бетонирование горизонтальных конструкций в виде связки плит перекрытия на уровне земли с последующим подъемом их с помощью кранов на сборных стальных или железобетонных колоннах на строительную высоту (метод подъема этажей при монтаже этажа на строительной высоте)

Г) бетонирование горизонтальных конструкций в виде пакета плит перекрытия и устройство полов на уровне земли с последующим подъемом готовых полов на проектные отметки по сборным стальным или железобетонным колоннам (метод подъема этажей);

E) бетонирование в скользящей опалубке ядер жесткости и изготовление остальной части здания из сборных элементов;

F) бетонирование в скользящей опалубке ядер жесткости и подвешивание к ним плит (перекрытий) с помощью тросов (здания висячих конструкций).

Рассмотрим методы строительства из монолитного железобетона, описанные выше.

Горизонтальные и вертикальные конструкции в

Несъемная опалубка (объемно-переставная или

Большое панно)

После укладки бетона вдоль поперечных осей здания опалубку можно снять (рис. 7). 7.1, а); перемещение объемной опалубки вдоль оси здания (или продольной оси). Использование вертикально выдвижной опалубки для бетонирования только вертикальных конструкций здания (рис. 7.1, б). 7.1, c).

Рис. 7.1. Возведение монолитных зданий в объемно-переставной опалубке:

A – расположение вдоль поперечных осей; b – расположение вдоль продольных осей; c – вертикальное перемещение опалубки; d – опалубка системы “Столица” (Польша); 1 – вертикальные и горизонтальные щиты; 2 – металлический каркас опалубки

Монолитная строительная система для польских зданий под названием Capital (рис. Опалубка в 7.1.d) состоит из вертикальных и горизонтальных панелей, размеры которых соответствуют каждому помещению, и пространственной рамы постоянной ширины (1,3 м и 2,53 м высотой). Между стенами с шагом поперечных несущих стен от 2,7 м до 6 м (по осям стен) предусмотрена градация размеров 300 мм. Щиты опалубки изготовлены из шпунтованных досок толщиной 42 мм. Оборот опалубки составляет 40 циклов. Через несколько часов после заливки бетона удаляются встроенные элементы (трубы, вкладыши, ниши, временные обвязки для дверных проемов), которые были установлены до бетонирования. Собранную опалубку снимают, прорезая открытый фасад дома (на полу инвентарные подвесные козырьки трубчатой конструкции, для которых используются отверстия стяжных болтов, оставшиеся в стенах этажом ниже после распалубки).

Для переставной опалубки большой площади используются элементы (панели), размеры которых пропорциональны высоте помещения и расстоянию между несущими стенами. Опалубка перекрытий и стеновая опалубка монтируются отдельно. Щиты стеновой опалубки располагаются и скрепляются между собой в соответствии с планом. Поперечная или продольная стена или перекрытие, как правило, возводятся в крупнощитовой опалубке. Продольные наружные стены не бетонируются, чтобы не мешать демонтажу щитов опалубки перекрытия. Панели наружных стен будут навешиваться после бетонирования монолитных конструкций. Сборные железобетонные перекрытия могут использоваться в сочетании с монолитными наружными и внутренними стенами.

Основным преимуществом крупнощитовой и объемной опалубки является их неподвижность во время укладки и твердения бетона, что позволяет получить гладкие поверхности стен и потолков, а также использовать рельефную опалубку. При использовании крупнощитовой и объемной опалубки стены возводятся на монолитных узлах каркаса, которые затем соединяются с перекрытиями, образуя пространственные системы, обеспечивающие высокую жесткость и устойчивость. Крупноформатная переставная опалубка позволяет возводить многоэтажные здания как с компактными, так и с развитыми планировками, малоэтажные и многоэтажные конструкции, полностью монолитные и с широким использованием сборных элементов.

Основным недостатком крупнощитовой опалубки является необходимость тщательно устанавливать каждую панель и выравнивать ее. Объемно-переставная опалубка устраняет этот недостаток, но она также более сложная и тяжелая, и ограничивает архитектурно-планировочные возможности.

Перемещаемые вертикальные конструкции

Горизонтальное – в несъемной опалубке или

С использованием сборных железобетонных плит

Она заключается в параллельном подъеме опалубки и лесов при помощи домкратов. В качестве опалубки используются щиты высотой 1,0 х 1,2 м (рис. 7.2).

Синхронно с подъемом опалубки формируется контур здания со скоростью 15 ÷ 30 см/ч. Опалубка заполняется бетоном, затем устанавливается арматура, закладные детали, оконные блоки, гнездовые устройства и черные ящики.

Конструкции колонн, балок и стен появляются из-под опалубки по мере ее подъема. Подъем опалубки осуществляется с помощью домкратов, установленных на рамах, прикрепленных к щитам. Под фундаментной плитой для перемещения домкратов используются стальные стержни.

Рисунок 7.2: Эскиз скользящей опалубки

1 – щиты скользящей опалубки; 2 – домкратная рама; 3 – домкрат; 4 – домкратная штанга; 5 – верхняя рабочая платформа; 6 – нижняя внутренняя рабочая платформа; 7 – нижняя внешняя рабочая платформа

Эти стержни можно извлечь для повторного использования или оставить в бетоне в качестве арматуры после завершения бетонирования здания. Плиты перекрытия заливаются одновременно со стенами, но с упорами для их выполнения, или без упоров, но со смещением на 2 ÷ 3 этажа от опалубки, или после завершения бетонирования всего здания. В случае монолитных перекрытий бетонирование осуществляется с помощью подъемно-переставной или несъемной опалубки. В случае сборных плит предусматриваются специальные временные металлические опоры для установки плит и последующей затирки армированных швов.

Строительство со скользящей опалубкой имеет главное преимущество – непрерывную укладку бетона, что обеспечивает короткий период строительства. Как метод строительства, такая опалубка более экономична при возведении высоких зданий. Скользящая опалубка позволяет отливать криволинейные или ступенчатые стены, а также расширяющиеся или сужающиеся стены.

Недостатком этого метода является сложность получения качественных фасадных поверхностей, высокая трещиноватость, сложность крепления закладных элементов, невозможность отливки тонких конструкций и неизбежное использование других материалов и конструкций для устройства перегородок, что значительно снижает механизацию строительства и увеличивает его трудоемкость.

Специалисты прогнозируют использование скользящей опалубки в будущем для возведения точечных зданий повышенной этажности и бетонирования сердечников в зданиях смешанной конструкции, а также для строительства специальных зданий и сооружений (лифтов, водонапорных башен, телебашен, дымовых труб и т.п.).

Возведение монолитных зданий методом подъема плит перекрытий

Строительство путем подъема этажей и перекрытий имеет свое место в монолитном строительстве. Именно Бернар Лафайе во Франции предпринял первую попытку поднять перекрытие в 1947 году. Метод разработали американские инженеры Ф. Утц и Т. Слик. В настоящее время он получил всемирное признание.

Санкт-Петербург стал первым российским городом, где был применен метод поэтажного подъема. Значительный вклад в развитие поэтажных лифтов внесли армянские строители.

По сути, подъем этажей (перекрытий) определяется как предварительное изготовление на уровне земли пакетов плит и последующее вертикальное перемещение колонн на проектные отметки. С помощью домкратов крыша (на верхней плите пакета) поднимается на заданную высоту на верхнюю плиту. Следующие этажи возводятся и монтируются в той же последовательности. Если предположить, что в процессе строительства поднимаются только плиты перекрытия, то все работы по устройству этажей будут выполнены на проектных отметках (рис. 7.3).

Нежесткие плиты перекрытия на опорах имеют специальные “хомуты”, закрепленные на их арматуре. Для подъема плиты на конечный проектный уровень “хомуты” привариваются к закладным деталям колонн и затираются (рис. 7.4). Используется железобетонная колонна или стальная колонна.

Для заливки бетонной плиты на уровне земли по периметру плиты используется деревянно-металлическая краевая форма.

После установки бортовой опалубки на нижнее основание наносится разделительный слой (подготовка), затем устанавливаются хомуты, арматурные сетки и обоймы, устанавливаются колонны, обоймы привариваются к хомутам, закрываются зазоры между хомутами и колоннами, укладывается и уплотняется бетонная смесь.

Конструкция пола в зданиях путем поднятия перекрытия выполняется на уровне проекта.

Одна из ассоциаций в Москве предложила иной способ формирования подъемных плит, он называется самозаливом. Бетонирование производится не до перемещения плит в проектное положение в “пакете”, как это делалось ранее, а на уровне нижней плиты, которая служит опалубкой. Кровельная плита с антиадгезионным покрытием покрывает заднюю поверхность верхней опалубки, а боковая опалубка представляет собой доску, прикрепленную к кровельной плите.

Рисунок 7.3. Строительство 4-этажного здания путем подъема перекрытий:

1 – выполнение фундамента; 2 – установка колонн первого яруса; 3 – выполнение бетонной подготовки под перекрытие первого этажа и бетонирование ядра жесткости; 4 – бетонирование пакета перекрытий; 5 – подъем плиты крыши до верха колонн первого яруса; 6 – подъем перекрытия четвертого этажа; 7 – подъем перекрытия третьего этажа; 8 – подъем перекрытия второго этажа до проектной отметки; 9 – подъем колонн второго этажа; 10 – подъем перекрытия крыши до проектной отметки; 11 – подъем перекрытия четвертого этажа до проектной отметки; 12 – подъем перекрытия третьего этажа до проектной отметки.

Вот операции, составляющие последовательность работ. После установки первого яруса колонн устанавливается керамзитобетонная плита крыши, включая регистры обогрева, используемые для ускорения набора прочности бетона. Один этаж плиты поднимается после застывания бетона. На освободившийся фундамент укладывается арматурная плита. В результате кровельная плита опускается так, что между ее нижней плоскостью и фундаментом остается зазор, равный толщине фундамента. Через отверстие в плите зазор заполняется бетоном. Затем начинается повторяющийся цикл.

Мы транспортируем плиты с помощью стальных винтовых стержней и электрических подъемников. На перекрытия крыши башенные краны используются для доставки бетона, арматуры и атмосферостойкого покрытия.

Рис. 7.4. Металлический хомут соединяет плиту с колонной:

A – с воротником, поддерживаемым с обеих сторон металлическим штырем, вставленным в отверстие колонны; b – короткий металлический воротник (рекомендуется для плоских плит с максимальным пролетом 6 м и для временных нагрузок до 500 кг/м, а также для коробчатых плит); 1 – колонна; 2 – штырь; 3 – плита; 4 – короткий металлический воротник для плит

При использовании метода самозаливки можно улучшить поверхность перекрытий без применения ручного труда (при бетонировании в пакете возникают значительные трудности в создании ровной поверхности), процесс бетонирования полностью автоматизирован. Сразу после подъема плит перекрытия в проектное положение можно работать над устройством пола, при этом время на устройство полов резко сокращается (при старом методе слишком много времени уходило на “раскидывание” плит по этажам), отпадает необходимость в длинных стяжках.

При использовании метода поднимающихся этажей первый этаж здания является первым. В настоящее время этот метод находится на экспериментальной стадии и пока не получил широкого распространения.

Бетонирование в скользящей или несъемной опалубке ядер жесткости и выполнение остальных строительных конструкций из сборных элементов в виде связевого каркаса

Этот метод рассматривается в разделах, посвященных возведению крупнопанельных и каркасных зданий. Для возведения стержней жесткости можно использовать опалубку, но допускается только скользящая или несъемная опалубка. Вертикальные коммуникации (лифтовые шахты, лестничные клетки, вентиляционные шахты, шахты инженерных коммуникаций и т.д.), не требующие перекрытий, обычно располагаются в ядрах жесткости, что значительно облегчает процесс бетонирования ядра.

Монолитные ядра жесткости принимают на себя все горизонтальные нагрузки. Они сооружаются из монолитного железобетона, который армируется прокатным профилем или прутками. Монолитные ядра жесткости имеют больше преимуществ, чем отдельные плоские стенки жесткости, так как в этом случае расход стали будет на 10 * 15% меньше, а бетона – на 15 * 20% меньше.

Монолитные ядра жесткости, в зависимости от длины здания, могут располагаться в середине (в домах-башнях) или симметрично вокруг центральных осей (в длинных зданиях).

Монолитные жилы содержат все вертикальные коммуникации, шахты лифтов, лестницы и т.д.

По такой схеме в нашей стране были построены здания СЭВ в Москве, а также жилые и административные здания на проспекте Калинина.

Монолитные ядра могут бетонироваться как в скользящей опалубке, так и в перевернутой опалубке большой площади. Первый подход предполагает возведение монолитного ядра на всю высоту в скользящей опалубке с последующим возведением вокруг него сборных железобетонных конструкций. Когда конструкции сборные, они устанавливаются вместе с жесткой арматурной обоймой для монолитного ядра. В крупнощитовой опалубке ядро заливается снизу вверх. В промежуточный период жесткая арматурная обойма обеспечивает устойчивость здания до бетонирования ядра.

Возведение зданий навесных конструкций

Многоэтажные здания с подвесными потолками (далее – подвесные здания) впервые появились в конце 20 века в Германии (братья Кляйн и Раш) и США (Фуллер), но были быстро забыты. В последние годы она вновь привлекла внимание как за рубежом, так и в нашей стране.

Здание висячей конструкции состоит из основной несущей конструкции, подвесов и подвесных перекрытий. 7.5). Подвесы крепятся к верхней части несущей конструкции непосредственно или через промежуточные элементы, а затем плиты крепятся к подвесам. С помощью подвесок плиты передают нагрузку на несущую конструкцию, а затем на фундамент.

Подвесные конструкции могут быть разделены на несколько типов.

Строительство зданий, подвешенных на одном стволе жесткой конструкции или на постаменте (мачтовая конструкция). Братья Раш предложили здание с устойчивым стволом, которое часто имеет квадратную форму.

В центре площади располагается полый ствол, внутри которого находятся лестницы, лифты, шахты для инженерного оборудования и другие устройства. Как правило, стволы изготавливаются из монолитного железобетона в скользящей опалубке. На рис. 1 показан венец ствола – сложная и большая консоль (рис. 2.) 7.5).

Рисунок 7.5. Структурная схема нависающего здания :

1 – ствол; 2 – двухбалочный; 3 – подвески; 4 – плиты; 5 – фундамент

Подвесы могут быть изготовлены из пучков тросов, плоских полос высокопрочной стали, прокатных стальных профилей и предварительно напряженного железобетона, армированного тросами. Подвесы бетонируются или покрываются металлическими кожухами с изоляционным материалом для повышения огнестойкости, коррозионной стойкости и температурного воздействия. Подвеска может представлять собой длинную связь на всю высоту здания или может быть разделена на небольшие связи, равные высоте каждого этажа.

Для предотвращения деформаций подвесы в пределах перекрытия обычно соединяются стальными натяжными муфтами с правой и левой резьбами.

В большинстве случаев подвесы располагаются по внешнему контуру здания; перекрытия с внешней стороны поддерживаются подвесами, а перекрытия с внутренней – стволами.

По сути, они ничем не отличаются от полов в обычных зданиях.

Муллионно-балочные опоры здания. На обоих стволах этой системы обычно находятся двухстоечные балки. Поперечные балки крепятся к ним двухопорными балками. В зданиях, имеющих муллионно-балочные опоры, может быть более двух стволов, и эти здания могут иметь L- или U-образные планы, трехбалочные или крестообразные планы.

Висячие здания с использованием стеновых опор. Две продольные стены поддерживают две поперечные балки, которые выступают в качестве подвесов. У здания есть две стороны, где комнаты расположены коридорно.

Каркасно-опорные здания. Нередко в строительстве встречаются каркасные (арочные) системы поддержки. Навесное оборудование в этой системе крепится либо непосредственно к рамам (аркам), либо к продольным карнизам.

Железобетон

Используя железобетон в качестве монолитного строительного материала, можно выбрать бескаркасные (с узкими или широкими промежутками между несущими стенами), рамные и смешанные конструкции.

Во всех трех типах конструкции могут быть построены полностью из монолитного бетона или с использованием сборных элементов (больших и малых).

Здания с подвесными конструкциями являются особым типом.

Здания без каркаса имеют небольшое расстояние (максимум 3,6 м) между несущими стенами. В этих зданиях наружные и внутренние стены, перекрытия и вертикальные инженерные конструкции выполнены из монолитного бетона.

При сборном строительстве бескаркасные здания с узким расстоянием между несущими стенами могут быть решены двумя способами:

A) наружные и внутренние стены, вертикальные конструкции коммуникаций выполнены из монолитного бетона, межэтажные перекрытия – сборно-монолитные;

Б) конструкции вертикальных коммуникаций (ядро) выполнены из монолитного бетона, остальные элементы здания – сборные.

Строительство зданий без каркаса (более 3,6 метров) между несущими стенами. Существует несколько способов их выполнения:

(a) Все несущие конструкции из монолитного бетона;

Б) внутренние стены и конструкции внутренних коммуникаций из монолитного бетона, при этом наружные стены – сборные, а перекрытия – сборно-монолитные

В) внутренние стены, перекрытия и вертикальные конструкции коммуникаций из монолитного бетона, а наружные стены – сборные.

Стенки и перегородки

Монолитные наружные стены могут быть многослойными (два или три слоя) или однослойными (могут иметь кляммеры из оцинкованной или нержавеющей стали или металлические стойки).

Рекомендуется возводить монолитные однослойные наружные стены непрерывного сечения из конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона с пористыми заполнителями. Толщину стены следует определять с помощью теплотехнических расчетов. С наружной стороны однослойные стены должны быть покрыты декоративно-защитным слоем (плотный декоративный бетон, керамическая плитка, плитка из натурального камня и т.д.). Для влажного климата с большим количеством осадков и сильными ветрами рекомендуется установка защитных экранов на откосе наружных стен.

Декоративные сборные элементы и наружная теплоизоляция могут быть включены в несущий слой, или сборные теплоизоляционные плиты могут быть встроены в монолитную наружную стену.

Если вы используете наружные стены слоистой конструкции, необходимо убедиться, что слои работают вместе и что нет возможности формирования мостиков холода.

Наружные стены монолитных зданий похожи на сборные. Спецификой их применения является их соединение с монолитными несущими конструкциями.

Здания из монолитного бетона имеют внутренние несущие стены, обычно возводимые как однослойные стены из тяжелого бетона толщиной, по крайней мере, 120÷150 мм.

Стены могут быть однослойными или многослойными, сборными или монолитными. Очень перспективны сборные панельные перегородки, изготовленные из небетонных материалов (металл, дерево, пластик и т.д.).

Перекрытия

В зависимости от типа перекрытия и метода строительства здания из монолитного бетона рассчитываются его технико-экономические характеристики.

Монолитная конструкция перекрытий в сочетании с монолитными стенами позволяет использовать единый метод строительства и единую транспортную систему для всех несущих структур.

Применение сборно-монолитных перекрытий требует, как правило, изготовления нестандартных промышленных изделий с арматурными выпусками для обеспечения связи с другими строительными конструкциями, использования большегрузного транспорта, замоноличивания на месте большого количества стыков сборных и монолитных конструкций.

Модели для нанесения покрытий

Основная информация

В древние времена появились большепролетные конструкции крыш. Это были каменные купола и своды, с деревянными стропилами. Так, каменное купольное покрытие римского Пантеона (125) имело диаметр около 44 м, стамбульской мечети Айя-София (537) – 32 м, Флорентийского собора (1436) – 42 м, здания Верховного Совета Кремля (1787) – 22,50 м.

В то время каменные здания не допускались из-за техники строительства. Поэтому каменные сооружения с большими пролетами были массивными, и на их возведение уходили десятилетия.

Деревянные конструкции были дешевле и проще в строительстве, чем каменные, и они могли пролетать большие пролеты.

Пример тому – деревянные конструкции бывшего здания Манежа (1812 год), ныне Выставочный зал Союза художников в Москве с пролетом 30 метров.

Развитие металлургии железа в XVIII и XIX веках дало строителям более прочные материалы, чем камень и дерево: железо и сталь.

На протяжении второй половины XIX века металлические конструкции с широкими пролетами получили более широкое распространение в строительной индустрии. Даже сегодня они сохраняют свое значение.

В прошлом веке железобетон стал самым популярным материалом для больших зданий.

Железобетонные конструкции достигли своего совершенства в середине XX века, когда появились тонкостенные пространственные конструкции – оболочки, складки, купола. В этот период российские ученые (В. З. Власов и другие) способствовали совершенствованию теории расчета и проектирования тонкостенных покрытий.

Во второй половине прошлого века начали широко применяться подвесные крышки и стержневые, а также пневматические системы.

В результате сейчас самое время строить самые разнообразные крупные здания.

Используя широкопролетные конструкции, проектировщики могут максимально увеличить несущие свойства материала и, таким образом, получить легкие и экономичные покрытия.

Сооружения и конструкции утяжеляются для уменьшения их веса. Это одна из основных тенденций в современной технологии. Особенно ярко эта тенденция проявляется в строительной отрасли. Чтобы уменьшить вес, необходимо сократить количество материала, его добычу, обработку, транспортировку и монтаж. Примерно 20 процентов всего транспорта занято перевозкой строительных материалов и изделий. Поэтому вполне естественно, что архитекторы и строители озабочены новыми формами конструкций. Снижение веса конструкций особенно сильно влияет на покрытия.

Так, масса железобетонной ребристой оболочки с относительно небольшими пролетами составляет 400 ÷ 500 кг/м2 покрываемой поверхности; масса железобетонных оболочек с пролетами 40 ÷ 50 м составляет около 300 кг/м2; масса легких покрытий на металлических конструкциях с такими же пролетами снижается до 50 ÷ 100 кг/м2; масса пневматических конструкций составляет всего лишь 2 ÷ 5 кг/м2.

С точки зрения статической работы существует два основных типа широких тротуарных сооружений:

Системы плоских большепролетных покрытий (балки, фермы, каркасы, арки);

Б) пространственные системы большепролетных покрытий (конверты, фальцы, подвесные системы, стержневые системы и т. д.).

Балочные, рамные и арочные плоские системы большепролетных крыш обычно проектируются без учета совместной работы всех несущих элементов, так как отдельные плоские диски соединены между собой относительно слабыми связями, не способными существенно перераспределить нагрузки. Это, естественно, приводит к увеличению веса конструкции.

Обвязка способствует перераспределению нагрузок и уменьшает массу конструкции в пространственных системах.

Существует три типа пролетных строений: деревянные, металлические и железобетонные, в зависимости от способа использования материалов.

Деревянные конструкции играли значительную роль в строительстве в прошлом. В настоящее время они вновь получают широкое распространение на качественно более высоком уровне.

Древесина обладает хорошими несущими свойствами (сопротивление сосны при сжатии и изгибе составляет 130 * 150 кг/см2) и небольшой массой (высушенная на воздухе сосна весит 500 кг/м3 ).

Деревянные конструкции не считаются долговечными. На самом деле деревянные конструкции могут очень быстро разрушиться при заражении грибками и насекомыми из-за отсутствия ухода. Как следствие, эти случаи являются результатом неправильной обработки древесины, строительства и обслуживания деревянных конструкций.

Деревянные конструкции требуют надлежащей вентиляции, чтобы оставаться в целости и сохранности. Конструкции также необходимо сушить перед использованием. Сегодня в деревообрабатывающей промышленности используются современные сушильные камеры, сушка петролатумом, токи высокой частоты и т.д.

Повысить биологическую стойкость древесины можно путем включения различных эффективных антисептиков в давно разработанные и освоенные методы.

Вопросы пожарной безопасности – одна из самых распространенных причин, по которым люди возражают против использования древесины. Хотя можно значительно продлить срок службы деревянных конструкций, соблюдая основные правила пожарной безопасности и надзора за ними, а также используя антипирены, повышающие их огнестойкость.

В качестве примера долговечности деревянных сооружений можно привести упомянутый выше Манеж (ныне выставочный зал) в Москве, которому уже более 160 лет; шпиль Адмиралтейства в Санкт-Петербурге высотой около 72 м, построенный в 1738 году; сторожевую башню в Якутске, построенную около 300 лет назад; многие деревянные церкви во Владимире, Суздале, Кижах и других городах и селах Северной России уже несколько сот лет.

Конструкции из металла, в первую очередь из стали, используются очень широко. Высокая прочность и малый вес являются их общеизвестными преимуществами. Их недостатком является подверженность ржавчине (коррозии) и низкая огнестойкость (недостаточная несущая способность при высоких температурах), которые выше, чем у деревянных конструкций. Существует много способов предотвращения коррозии стальных конструкций (покраска, заключение в пластиковые пленки и так далее). Для обеспечения пожарной безопасности на поверхность стальных конструкций можно напылять огнестойкие бетонные смеси (например, вермикулит).

Железобетонные конструкции огнестойки, устойчивы к гниению и не ржавеют, но они тяжелы.

Поэтому при выборе материалов для большепролетных конструкций важно выбрать те, которые в конкретных условиях строительства наилучшим образом выполняют поставленную задачу.

Плоские системы покрытия состоят из балок, ферм, рам и арок. Их можно изготовить из железобетона, стали или дерева.

Конструкции работают только в вертикальной плоскости. Балки и фермы являются безопорными конструкциями, поэтому реакции возникают только на их опорах.

Рама или арка – это распорная конструкция, способная передавать не только вертикальные нагрузки на опоры, но и распределяющие усилия, возникающие в конструкции.

Плоские кровельные системы чаще всего используются в строительстве благодаря простоте изготовления и монтажа, четкой статической функции и низкой стоимости.

Балки и фермы

Балки изготавливают из стальных профилей, железобетона (сборного или монолитного), дерева на клею или на гвоздях.

Существует множество типов каркасов, включая стальные профили или трубы, железобетонные (сборные), деревянные (гвоздевые или клееные) и металло-деревянные.

Стальные балки и станины

Стальные балки имеют тавровое, двутавровое и коробчатое сечения (рис. 8.1, а; б), требуют большого расхода металла и имеют большой прогиб, который обычно компенсируется высотой здания (1/40 ÷ 1/50 от пролета).

Фермы с решетчатой структурой дешевле в производстве, чем балки, благодаря использованию стали.

При установке подвесных потолков сооружают проходной чердак, чтобы пропустить инженерные коммуникации и обеспечить свободный проход по чердаку. Как правило, фермы изготавливаются из стальных профилей, а треугольные фермы – из стальных труб.

Стальные балки и фермы показаны на рис. 8.1.

A – стальная балка двутаврового сечения (составная); b – стальная балка коробчатого сечения (составная); c – схема унифицированных горизонтальных ферм с параллельными хордами; d – схемы двухбалочных стальных ферм: многоугольная и треугольная

Как и верхние и нижние хорды, фермы могут иметь различные очертания. Наиболее распространены треугольные и многоугольные фермы, а также горизонтальные фермы с параллельными хордами (см. рис.) 8.1, в; г).

Бетонные балки и стропила

Балки, изготовленные из железобетона, имеют большой собственный вес, но они просты в изготовлении. Существуют монолитные, сборно-монолитные и сборные (из отдельных бетонных блоков и железобетона с предварительно напряженной арматурой) типы. Отношение высоты балки к пролету колеблется между 1/8 и 1/20. В строительной практике пролет нескольких балок может достигать 60 м. В объединенной балке существует три типа поперечного сечения: тавровая балка, двутавровая балка или коробчатая балка (рис.) 8.2, a-d).

Балки, показанные на рис. 8.2, а; б; в, т.е. односкатные балки с параллельными хордами Т-образного сечения, двухскатные балки двутаврового сечения и балки с параллельными хордами двутаврового сечения, широко используются в практике массового строительства в России.

Рисунок 8.2. Железобетонные арки, фермы:

A – односкатная балка с параллельными хордами таврового сечения; b – двухскатная балка двутаврового сечения; c, d – горизонтальная балка с параллельными хордами, двутаврового сечения; e – горизонтальная балка коробчатого сечения; f – составная двухскатная балка, состоящая из двух полубалок с предварительно напряженным нижним хордом

При длине 30 метров и более железобетонные фермы формируются как цельные конструкции или композиты с армированными предварительно напряженными панелями. Она рассчитывается как 1/6*1/9, если высота фермы равна пролету (длине). Верхняя хорда может быть горизонтальной, треугольной, сегментной или многоугольной, в то время как нижняя хорда – горизонтальной. Наиболее распространенные многоугольные (двухскатные) фермы изготавливаются из железобетона. Для массового строительства унифицированы стальные фермы длиной 18, 24, 30 и 36 м. Самые длинные железобетонные фермы в России имеют длину около 100 м с интервалом 12 м.

Высота конструкции является недостатком железобетонных ферм. Для снижения собственного веса ферм необходимо использовать высокопрочные бетоны и легкие плиты из эффективных материалов.

Деревянные балки и стропила

Деревянные балки обычно используются в лесистой местности. Благодаря низкой огнестойкости и долговечности они обычно подходят для зданий III класса капитальности.

Гвоздевые и клееные балки – это два типа деревянных балок. Они изготавливаются длиной до 20 ÷ 30 м. Гвоздевые балки (рис. Гвоздевая стена из двух слоев досок, наклоненных под углом 45°, состоит из двух слоев досок, смоченных водой и скрепленных гвоздями. Верхняя и нижняя хорды создаются путем сшивания брусьев с обеих сторон вертикальной стенки балки. 1/6 * 1/8 пролета – это высота балок с гвоздями. Вместо дощатой стены следует использовать фанерную стену.

Рисунок 8.3. Деревянные балки и фермы:

A – балки из досок на гвоздях; b – клееные балки; c – ферма; 1 – раскосы; 2 – металлические подвески

За исключением гвоздевых балок, клееные балки обладают высокой прочностью и повышенной огнестойкостью даже без специальной пропитки. В зависимости от сечения они могут быть прямоугольными, I-образными или коробчатыми. Уложенные плашмя или на ребро, они состоят из реек или досок, склеенных между собой. В результате такие балки должны составлять 1/10 ÷ 1/12 пролета. Хорды в клееных балках могут быть горизонтально ориентированными, одно- или двуххордовыми, а также изогнутыми на основе форм верхней и нижней хорд.

Используемые в нашей стране клееные балки обычно имеют длину 6, 9, 12 и 18 м.

Простые деревянные фермы представлены висячими бревенчатыми стропилами и бревнами.

Деревянная ферма используется при пролетах более 18 метров и требует соблюдения мер пожарной безопасности.

Верхняя (сжатая) хорда и раскосы деревянных ферм изготавливаются из квадратных или прямоугольных брусьев со стороной, равной 1/50 ÷ 1/80 пролета, нижняя (растягивающая) хорда и подвески могут быть выполнены как из брусьев, так и из стальных связей с винтовыми нарезками на концах для их натяжения с гайками с шайбами.

В практике отечественного строительства сейчас используются сегментные фермы с пролетами 15, 18, 21 и 24 м; верхние хорды этих ферм изготавливаются из пакета необрезных досок шириной 170 мм, склеенных между собой (КБ-3). Используя брусья такой же ширины для стоек, прокатные уголки для нижней балки и круглую сталь для подвесок, строится эта конструкция.

Рамы

Рамы – это плоские пролетные строения. В отличие от безбалочной конструкции, балка и ригель в рамной конструкции соединены жестко, что приводит к возникновению изгибающих моментов в балке от нагрузок, действующих на ригель рамы.

В ситуациях, когда нет риска неравномерной осадки фундамента, опоры фундамента жестко встраиваются в каркасную конструкцию. Поскольку каркасные и арочные конструкции чувствительны к неравномерной осадке, необходимы шарнирные рамы (двухшарнирные и трехшарнирные). На РИС. показаны рама и арка. 8.4.

Можно использовать металлические каркасы, железобетонные каркасы и каркасы из дерева.

Выпускаются металлические рамы сплошного или решетчатого сечения. Решетчатое сечение распространено для рам с большими пролетами из-за малого веса и способности одинаково хорошо воспринимать как сжимающие, так и растягивающие усилия. Высота поперечного сечения решетчатых рам принимается равной 1/20 * 1/25, а для сплошных сечений – 1/25 ÷ 1/30 пролета. Для уменьшения высоты поперечного сечения как сплошных, так и решетчатых рам устраивают разгружающие кронштейны, иногда снабженные специальными связями (рис. 8.4, г). Общественные здания (например, спортивные арены, выставочные залы и т.п.) иногда строят с металлическими каркасами. Расстояние между стойками каркаса может составлять 60 м и более.

А) б) в)

г)                   д)                             е)                         

      ж)                                и)                              к)

Рисунок 8.4. Плоские опорные конструкции:

A-d – рамы; e-k – арки; a, e – бесшарнирные; b, f – двухшарнирные; c, g – трехшарнирные; d, i – двухшарнирные с разделительными консолями; j – двухшарнирные с болтом, поглощающим стойку

Железобетонные рамы могут быть бесшарнирными или, реже, трехшарнирными. При пролете рамы до 30÷40 м они изготавливаются из сплошных двутавровых балок с ребрами жесткости, а при больших пролетах – из ферм. Высота ригелей в поперечном сечении составляет примерно 1/20 ÷ 1/25 пролета. Каркасы могут быть одиночными или многочисленными, монолитными или сборными. В сборных конструкциях рекомендуется соединять отдельные элементы каркаса в местах, где возникают минимальные изгибающие моменты.

Деревянная рама может иметь пролет 24 м и изготавливается из гвоздевых или клееных элементов. Для облегчения монтажа выгоднее иметь трехшарнирную раму. Высота ригеля составляет примерно 1/12 пролета для гвоздевых рам и 1/15 для клееных рам.

Арки

Как и рамы, арки являются плоскостными распорками. Поскольку они в еще большей степени подвержены влиянию неравномерных поселений, их делают бесшарнирными, двухшарнирными и трехшарнирными (рис. 1). 8.4, e; f; g; i; j). Жесткий элемент ограждения крышки обеспечивает устойчивость.

Металлическая арка состоит из решетчатой секции и сплошной секции. Для сплошных арок поперечины составляют 1/50 x 1/80 пролета, а решетка – 1/30 x 1/60 пролета. Все арки имеют отношение подъема к пролету в пределах 1/2 * 1/4 для параболических очертаний кривых и 1/4 * 1/8 для круговых кривых.

Аналогично металлическим аркам, железобетонные арки могут иметь сплошное или решетчатое профильное сечение. Расчетная высота сечения сплошных арок составляет 1/30 ÷ 1/40 пролета, решетчатых арок – 1/25 ÷ 1/30.

Арки с большими пролетами могут быть изготовлены из двух полуарок, которые бетонируются на месте в горизонтальном положении, а затем поднимаются в проектное положение.

Арки, построенные из дерева, бывают гвоздевые и клееные. Гвоздевые арки имеют соотношение сторон 1/15 * 1/20; клееные – 1/20 ÷ 1/25.

Дизайн первых страниц

Длиннопролетные конструкции покрытия могут быть плоскими, складчатыми, ребристыми, подвесными (вантовыми) и пневматическими.

Материалы, используемые для плоских фальцевых покрытий, оболочек, поперечных ребристых покрытий и стержневых конструкций, являются жесткими (бетон, армированный металлом, стальные профили, дерево и т. д.) ).

Жесткие пространственные покрытия имеют небольшую массу, так как несущие и ограждающие конструкции работают совместно, что снижает стоимость как покрытия, так и опор и фундаментов для его монтажа.

Подвесные (вантовые) и пневматические крыши изготавливаются из нежестких материалов (канатов, листовых мембран, пленочных мембран и синтетических тканей). Они позволяют быстро собирать конструкции в гораздо большей степени, чем жесткие пространственные рамы.

Пространственные структуры допускают широкое разнообразие форм и конструкций зданий.

Однако строительство пространственных сооружений требует более сложной организации производства, а также культуры совершенства всех строительных работ.

Плоские и складные обложки.

При пересечении двух параллельных плоских элементов возникает складка.

На диафрагме жесткости имеется ряд складок, они расположены по краям и в пролете.

Рисунок 9.1. Фальцевые плоские крыши :

A – пилообразная складка; b – трапециевидная складка; c – шатровая складка; 1 – сплошная диафрагма (стены); 2 – каркасная диафрагма жесткости

На рис. 2 показаны пилообразные, трапециевидные, шатровые (четырехугольные и многогранные) и другие складки (рис. 3). 9.1, a-c).

Свесы могут быть образованы за счет того, что складки выходят за пределы крайних опор. Учитывая ширину и толщину плоского элемента складки, ширина края составляет не менее 1/5 пролета, а высота элемента – не менее 1/100 пролета. Тенты обычно достигают высоты 24 м. Складки обычно имеют размах 50 * 60 м.

Ниже перечислены некоторые преимущества складных конструкций:

– простотой формы, а также легкостью изготовления;

– большие возможности заводского изготовления;

– экономия высоты помещения и т.д.

Для покрытия зала ожидания использован бетонный плоский складчатый трапециевидный профиль, изготовленный при реконструкции Курского вокзала в Москве в 1972 году.

Несколько изогнутых раковин

Тонкостенные оболочки являются одним из видов пространственных конструкций и применяются при строительстве зданий и сооружений с большими пространствами (ангары, стадионы, рынки и т.д.). Тонкостенная оболочка представляет собой изогнутую поверхность, которая при минимальной толщине и, следовательно, малом весе и расходе материала обладает очень высокой несущей способностью, так как криволинейная форма действует как несущая пространственная структура.

Несущие стойки, балки и другие несущие конструкции, о которых мы говорили ранее, являются частями конструкции, которые противостоят возникающим силам.

Эти характеристики проявляются в оболочках благодаря их непрерывной криволинейной поверхности, т.е. так, как это характерно для пространственных несущих систем. Оболочечные системы на 30% экономичнее плоских систем по расходу бетона и на 20% – по расходу металла.

В настоящее время довольно популярны железобетонные оболочки, в то время как металлические и деревянные конструкции все еще используются ограниченно, поскольку еще не открыты достаточно простые конструктивные формы для металлических и деревянных оболочек.

Металлические оболочки могут быть изготовлены полностью из металла, где оболочка одновременно служит несущей и ограждающей конструкцией в один, два или более слоев.

Строительство оболочек может быть сведено к сборке панелей с использованием надежной структурной конструкции.

Стальные или алюминиевые листы образуют однослойные металлические оболочки. Для повышения жесткости оболочки могут иметь поперечные ребра. В случае, когда верхние и нижние хорды соединены поперечными ребрами, может быть получена двухслойная оболочка.

Существует два типа раковин: одинарной и двойной кривизны.

К покрытиям с одной кривизной относятся покрытия с цилиндрическими и коническими поверхностями (рис. 9.2, а-с).

Оболочки имеют круглую, эллиптическую и параболическую форму и поддерживаются поверхностями стен, фермами, арками или рамами, которые придают жесткость торцевым стенам. В зависимости от длины оболочки делятся на короткие и длинные. Как правило, оболочка считается короткой, если отношение ширины (длины волны) к пролету (расстоянию между диафрагмами) меньше 1:1,5, и длинной, если это отношение больше (рис. 9.2, a; b).

Рисунок 9.2. Оболочки одинарной кривизны:

A, b – длинные и короткие цилиндрические оболочки; c – коническая оболочка; d – основные элементы сборных железобетонных длинных цилиндрических оболочек; e – сборные длинные и короткие цилиндрические оболочки; 1 – образующая; 2 – диафрагма; 3 – оболочка; 4 – сборная диафрагма жесткости (сплошная, арочная, каркасная); 5 – сборный железобетонный бортовой элемент; 6 – сборный железобетонный цилиндрический профиль; 7 – плоский элемент покрытия короткой цилиндрической оболочки

Длинная оболочка имеет краевые элементы (ребра жесткости), которые позволяют разместить продольное армирование, что позволяет оболочке действовать как балка вдоль своей длины. Кроме того, боковые элементы, воспринимающие поперечное расширение оболочки, должны обладать достаточной жесткостью вдоль длины волны, т.е. против направления расширения.

L цилиндрической оболочки обычно не длиннее 12 метров.

В общем случае длинные цилиндрические оболочки состоят из цилиндрических секций, боковых элементов и диафрагм жесткости с приваренной к ним и заделанной при сборке арматурой.

Цилиндрические оболочки отлично подходят для покрытия больших площадей, имеющих в плане прямоугольные очертания.

Подобные оболочки обычно применяются при пролетах L не более 50 метров, так как при более высоких пролетах получаются слишком высокие боковые элементы (балки-раскосы) (рис. 1). 9.2, e).

Короткие цилиндрические оболочки, по сравнению с длинными, имеют большую длину волны и стрелу подъема. Кривизна коротких цилиндрических оболочек соответствует направлению наибольшего пролета перекрываемого помещения. Кривая часто изображается дугой окружности или параболой. Оболочка поперечных ребер жесткости обычно короткая, чтобы уменьшить риск образования выпуклостей. Помимо бортовых элементов, такие оболочки должны иметь затяжки для восприятия горизонтальных поперечных сил. Оболочки из плоских элементов короткие и сборные (рис. 9.2, г).

Двойные изогнутые раковины

С переходом от оболочек одинарной кривизны к оболочкам двойной кривизны наступает новый этап в эволюции оболочек. В отличие от цилиндрических оболочек, где изгибающие силы были весьма значительными, в оболочках двойной кривизны наблюдается значительное снижение этих сил.

Оболочки двоякой кривизны делятся на две группы:

– оболочки с одинаковым направлением кривизны – купола, оболочки с передаточной поверхностью – эллиптический параболоид, сферические оболочки и другие (рис. 9.3);

Оболочки с противоположной циклической кривизной – коноиды, униполярные гиперболоиды и гиперболические параболоиды (рис.9.4).

Купола. Поскольку поверхность купола с кругом в основании образуется при вращении кривой линии (дуги) вокруг вертикальной оси, круг кажется круглым. Купол может быть сферическим, параболическим, стрельчатым или эллиптическим в зависимости от формы образующей кривой. Силы в них распределяются равномерно, а материалы используются эффективно. В куполах выпуклая форма обеспечивает легкую систему отвода воды через атмосферу. Многие характеристики купола сделали его идеальным покрытием для крупномасштабных общественных зданий. Кроме того, купольные крыши придают зданию дополнительный объем, особенно в сочетании с большой стрелой подъемника. Форма купола концентрирует звуковую энергию, что проблематично с точки зрения акустики. Для возведения куполов требуются леса, подмости и другое специальное оборудование. Наиболее распространенным материалом для покрытия куполов в наши дни является железобетон, армированный бетон, металл или дерево, которые могут быть выполнены в виде цельных или стержневых конструкций.

Рисунок 9.3. Кривизна двойных положительных оболочек:

A – гладкий купол; b – ребристый купол; c – ребристо-кольцевой купол; d – сетчатый купол; e – геодезический или многогранный купол; f – волнистый купол; g, i – оболочки двойной положительной кривизны; g – оболочка с поверхностью передачи (эллиптический параболоид); h – сферическая оболочка; i, k – сборные оболочки; 1 – парабола (направляющая); 2 – эллипс, круг (образующая); 3, 4 – круг, парабола (образующая или направляющая); 5 – круг, парабола (образующая); 6 – диафрагменные фермы; 7 – криволинейные сборные элементы; 8 – плоские элементы

В большинстве куполов тяга приходится на железобетонные или металлические опорные кольца в нижней части. В верхней части куполов могут быть расположены фонари для освещения и аэрации.

Сжимающие силы действуют на верхнее опорное кольцо вокруг данного отверстия.

Сегодня купола можно разделить на гладкие, ребристые, ребристо-кольцевые, сетчатые, геодезические и волнистые, исходя из их структурных форм (рис. 1). 9.3, а-е).

Гладкие купола (рис. Как показано на рис. 9.3, а) имеют гладкие внутренние и наружные поверхности, часто изготавливаются из железобетонных монолитных конструкций. Оболочки железобетонных куполов утолщены в нижней части и соединены с опорными кольцами.

Ребристые купола (рис. Образуется полудуга прямоугольного сечения или сегментных форм (ребер), вдоль которой укладывается ограждение. В этой конструкции нижнее растянутое и верхнее сжатое кольца поддерживают ребра и могут позаботиться о размещении фонаря или аэрационного фонаря. Для придания ребристому куполу пространственной жесткости между каждым ребром устанавливают обрешетку и связующие элементы.

Силы в куполе меридиональные и широтные. Сверху вниз до определенной точки действуют сжимающие напряжения, которые постепенно уступают место напряжениям у нижнего края купола.

Ребристо-кольцевые купола (рис. В продолжение 9.3, в) горизонтальные кольца соединены с меридиональными ребрами, которые придают конструкции пространственную жесткость и позволяют воспринимать силы расширения. Когда купола выполнены из железобетона или дерева, ограждение может быть очень легким и работать вместе с каркасом, или быть только ограждением, как в куполах с металлическими кольцами ребер. Прозрачное ограждение между ребрами и кольцами может использоваться в ребристых и ребристо-кольцевых куполах в виде стеклоармированного бетона.

В нашей стране применяются сборные ребристо-кольцевые купола из железобетонных ребристых панелей, ребра которых образуют меридиональные ребра и кольца купола. Раскрой сборных элементов производится по окружной и меридиональной осям. Для возведения сборного купола применяют индустриальные методы, используя либо инвентарные леса, либо специальные стропы, без лесов. В Киеве примером такого покрытия является сборный ребристо-кольцевой купол здания цирка. Пролет моста составляет 42,8 м, а подъем – 7,72 м.

Сетчатые купола (рисунок 9.3, г) представляют собой системы стержней (прямых или изогнутых) с узлами, вписанных в сферическую поверхность.

В качестве стержней используются стальные и алюминиевые трубы. Сетчатая конструкция обеспечивает единство пространственной работы системы, позволяет уменьшить вес покрытия и эффективно использовать светопрозрачные ограждения. Наибольшую сложность представляет конструкция узловых соединений, где 6÷8 и более стержней сходятся в одной точке. В связи с этим были разработаны специальные конструкции узловых креплений, которые позволяют достаточно легко монтировать и надежно закреплять стержни, сходящиеся в узле с разных направлений [6].

Геодезические купола – это многогранники, по форме напоминающие сферические поверхности (рис. Фигуры в 9.3.e) могут быть треугольными, ромбическими или многоугольными. Этот купол имеет такое же структурное решение, как и сетчатые купола. Поскольку эти конструкции легки, транспортабельны и просты в установке (без лесов), они широко используются при строительстве павильонов и других большепролетных сооружений.

Складчатые или волнистые купола (рис. Поверхности, имеющие оболочки двойной кривизны или складки, сходящиеся к полюсу купола, составляют 9.3, е). Складчатый или волнистый контур увеличивает поверхность купола, усложняет укладку кровельной изоляции и изготовление сборных элементов. Ребра образуются по линиям пересечения оболочек, соединяющих опоры с полюсом купола, обеспечивая пространственную жесткость таких покрытий. Примером такой купольной конструкции является щит нового цирка в Москве, построенный в виде стального складчатого купола с нижним кольцом диаметром 65 м и верхним кольцом диаметром 8,5 м.

Существуют раковины в форме сферы и раковины с передаточными поверхностями.

Если помещения прямоугольные или многоугольные, используются оболочки с поверхностью передачи. Со всех сторон оболочки поддерживаются диафрагмами.

Поверхность тонкостенной передаточной оболочки (оболочка двойной положительной гауссовой кривизны – свод Боше) образуется при перемещении кривой кругового, параболического или эллиптического очертания по другой кривой при условии, что обе кривые вогнуты кверху и лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 9.3, г).

По сути, парусные оболочки (парусные своды) образуются, когда сферическая поверхность ограничена вертикальными плоскостями. На рис. 1 показана мембрана жесткости, одинаковая со всех четырех сторон. 9.3, h).

У навесной оболочки отношение высоты к пролету составляет 1:4, а у наклонной – 1:5. Они широко применяются в залах прямоугольной формы в плане общественных зданий (крытые рынки, выставки и т.д.). Чаще всего оболочки являются сборными (рис. 9.3, i; k).

Контуры оболочек при разрезании их на сборные элементы должны быть плавными, так как изломы в стыках сборных элементов сильно ухудшают статические характеристики. Крупные сборные элементы (3×6; 3×12 м) имеют криволинейный контур по образующей кривой (рис. 9.3, i). Общественные здания (например, крытые рынки, выставки и т.д.), перекрываемые большими пролетами. Рис. 12), где трещины в швах менее значительны, состоят из двояковогнутых плоских панелей с ребрами жесткости (рис. 9.3, к) размером 3×3 или 4×4 м. Помимо контурных предварительно напряженных балок арочного очертания, контурные диафрагмы, опирающиеся на колонны, могут служить свидетельством прогиба. Согласно расчетам и опыту, сборные оболочки двойной кривизны с покрытием 30 * 36 м при пролете 30 м и 30 м значительно снижают расход бетона (25 * 30%), стали (15 * 20%) и общую стоимость строительства. В дополнение к этим преимуществам сводов из оболочек двойной кривизны с увеличением пролетов также увеличивается трудоемкость и стоимость монтажа.

Примерами сферических оболочек являются, например, обрушившаяся крыша ереванского выставочного павильона. Павильоны были квадратными в плане со сторонами 45х45 метров и подъемами стрелы 15 м.

Оболочки с противоположными кривизнами.

К этой категории относятся коноиды, униполярные гиперболоиды вращения, гиперболические параболоиды.

Коноид[7]. В коноиде образующая прямой линии опирается на прямую и на кривую (рис. 9.4, а). В результате поверхность имеет кривизну в противоположном направлении. Коноиды в основном используются для шейных покрытий, позволяя получать разнообразные формы.

В коноиде направляющая кривая представляет собой либо параболу, либо круговую кривую.

Коническая форма чеддера обеспечивает естественное освещение и вентиляцию помещений.

Коноидальные оболочки могут поддерживаться, помимо прочего, арками или рандбарами. Средняя коноидальная оболочка имеет пролет 18-60 метров.

Жесткие диафрагмы передают растягивающие напряжения, возникающие в коноидальной оболочке. Имеются четыре опоры, которые поддерживают вес коноидальной оболочки. Опоры обычно располагаются в четырех угловых точках.

( Гиперболические оболочки) Гиперболический однополюсный гиперболоид. Порождающая линия однополюсного гиперболоида вращения вращается вокруг оси, с которой она не пересекается в наклонном положении. 9.4, b). На пересечении этой прямой находятся как бы две системы формант, ре

Сегрегации на поверхности оболочки. Униполярный гиперболоид образуется при вращении гиперболы, выпуклая сторона которой обращена к оси вращения, кривая которой является гиперболой.

Рис. 9.4. Оболочки с двойной кривизной чаще всего имеют следующие формы:

A – коноид; b – унипольный гиперболоид; c, d – гиперболический параболоид;

1 – круг, парабола (направляющая); 2 – прямая (направляющая); 3 – прямая (образующая); 4 – ось вращения; 5 – круг, эллипс, парабола (направляющие); 6 – гипербола;
7 – парабола с вершиной вверх; 8 – парабола с вершиной вниз; 9 – прямые образующие линейчатую поверхность

Гиперболический параболоид (также называемый гиперболическим параболоидом).

Формирование поверхности гиперболического параболоида определяется двумя наборами непараллельных и непересекающихся прямых (рис. 9.4, в; г), которые мы называем контрольными линиями. Каждая точка на поверхности гиперболического параболоида является пересечением двух образующих поверхности.

Линии сечений примут форму парабол в одном случае и гипербол в другом, если мы рассечем оболочку вдоль плоскостей, параллельных плоскости, равной углу между направляющими линиями. Поверхность гиперболического параболоида можно также сформировать, перемещая параболу вдоль другой параболы с противоположным направлением кривизны.

Во всех точках поверхности гипара, когда нагрузка распределена равномерно, напряжения постоянны. В результате растягивающие и сжимающие усилия везде одинаковы. Благодаря этому гипары обладают высокой устойчивостью к выпучиванию. Оболочки склонны к смятию под нагрузкой, если давление направлено в направлении, нормальном к направлению смятия оболочки. В результате можно изготавливать оболочки малой толщины без использования боковых элементов.

Гипары обычно изготавливаются из железобетона – монолитного или сборного, железобетона, металла и дерева; обычно они имеют гладкую внутреннюю поверхность, контурные ребра, а в некоторых случаях – ребристую внутреннюю поверхность. Сборные элементы изготавливаются из железобетона или железобетонных плит размером 2 х 3 и 3 х 3 м. Оболочки гипаров обеспечивают расширение и опираются на предварительно напряженные сваи, контурные ребра или их комбинацию.

Для потолков над холлами общественных зданий размером 50*100 м и более настоятельно рекомендуются подвесные конструкции, где в качестве основных несущих элементов используются стальные тросы, канатные сети и тонкие листы алюминия или стали. Они представляют собой несущие части конструкций, которые в середине поддерживаются опорами, а на концах провисают, образуя гибкую нить и работая на растяжение.

В качестве подвесных конструкций используются высокопрочные стальные тросы или листы. Таким образом, все элементы покрытия имеют чрезвычайно малое поперечное сечение.

Подвесные системы позволяют покрывать здания различной формы. Важным преимуществом этих систем является то, что их можно использовать и для больших покрытий без лесов или подмостей. Кабельная система, распределенная от мачты к мачте, составляет основу покрытия.

Однако вертикальные силы, направленные вокруг конструкции, также передаются на опоры через горизонтальные силы. Для их восприятия устанавливаются стойки или жесткие опорные контуры, надежно закрепленные в грунте, что сопряжено с трудоемкими непромышленными работами и дополнительными затратами.

Опорные контуры для подвесных крыш могут быть двух типов: открытые и закрытые. Опоры в виде колонн характерны для подвесных покрытий на прямоугольных в плане зданиях, где две колонны служат противоположными опорами. Термин “шатер” относится к такому типу покрытия. Как правило, закрытые опорные контуры имеют круглую, эллиптическую или овальную форму с опорными кольцами по периметру здания.

В подвесных конструкциях различают два основных типа: плоские и пространственные, основанные на форме и статической работе.

На рис. 7 показана конструкция плоской висячей крыши. Параллельные ряды тросов закреплены на опорах и провисают по длине гибкой струны в пролетах. Покрытия такого типа обычно устанавливаются на прямоугольных зданиях с открытым опорным контуром.

Для обеспечения пространственной устойчивости этого типа висячих покрытий используются тяжелые ограждения из железобетонных панелей, после укладки которых на ванты покрытию дается монтажная нагрузка, вызывающая натяжение вант, и в этом состоянии стыки между панелями вместе с вантами затираются. Затем нагрузку снимают. На рис. 1 показана сформированная вогнутая железобетонная оболочка (илл.) 9.5, a). Кабели в середине оболочки проектируются с меньшим прогибом, но постепенно увеличивают свой прогиб к торцевым краям оболочки, обеспечивая тем самым уклон от 1,5 до 2,5%. Поверх панелей укладывается пароизоляция, слой утеплителя и гидроизоляционный ковер.

Рисунок 9.5. Планы подвесных нагрузок с плоскими несущими конструкциями:

A – однопоясное покрытие; b, c – двухпоясные вантовые фермы; b – с непересекающимися поясами; c – с пересекающимися поясами; d – однопоясное покрытие с наклонными рамами; e, f – с наклонными рамами-трибунами; 1 – крыша; 2 – железобетонные плиты; 3 – открытый опорный контур (контур-балка); 4 – подтяжки; 5 – несущий трос; 6 – анкерные фундаменты; 7 – стабилизирующий трос; 8 – наклонные рамы; 9 – раскос; 10 – наклонная рама-трибуна; 11 – ригель; 12 – фундамент

На рис. 1 показаны двухпоясные вантовые фермы, используемые для покрытий над прямоугольными залами. Диагональная ферма образована верхним и нижним поясами и решетками (9.5, б; в).

Исследование горизонтальных сил в подвесных крышах с открытым контуром представлено на рис. 14. 9.5, а), подвески устанавливаются жестко в грунт (рис. Указанные стойки на рис. 9.5, г-д) или жесткие рамы (рис. г; д), причем при относительно коротких пролетах (например, 8,4). В слабых грунтах установка подкосов и анкеровки увеличивает трудоемкость и расход материалов. Большинство опорных рам наклонных подкосов изготавливают из монолитного железобетона, что очень трудоемко. По этой причине подвесные системы с незамкнутым опорным контуром применяются в грунтах, благоприятных для анкеровки (плотные, скальные поверхности пород), а также при использовании наклонных рам в качестве опорных конструкций зрительских трибун.

В условиях с замкнутым опорным контуром наиболее эффективны пространственные подвесные покрытия залов. Целесообразны опорные контуры круглой формы, так как они позволяют равномерно распределять усилия от покрытия и при равномерной нагрузке обеспечивают безмоментную работу самой балки.

Рис. 9.6. Схема однопоясного висячего покрытия:

A – разрез; b – аксонометрия; 1 – стальные тросы; 2 – контур железобетонного опорного кольца; 3 – центральное стальное опорное кольцо; 4 – фонарь (световой или аэрационный); 5 – колонны; 6 – ограждающая конструкция; 7 – внутренний водосток; 8 – внутреннее опорное кольцо; 9 – аэрационный фонарь; 10 – внешнее опорное кольцо; 11 – железобетонные плиты; 12 – кровля

В однопоясной системе висячие покрытия имеют круговые опорные контуры. Круговые тротуары с радиально расположенными тросами соединяются на опорном кольце контура и центральном кольце (рис. 9.6). Для внешнего кольца, испытывающего усилия сжатия, используется бетон; для внутреннего кольца, испытывающего усилия растяжения, используется сталь. Пространственная устойчивость кольцевого однопоясного покрытия достигается так же, как и в открытом контуре: применением тяжелой оболочки в виде железобетонной плиты, заливкой плиты предварительно напряженными тросами и превращением ее в жесткую оболочку.

Сброс атмосферной воды из водоприемных воронок вокруг центрального кольца, осуществляется по водосточным трубам, подвешенным над тротуаром.

В двухленточных подвесных крышах нижние тросы обычно являются несущими, а верхние – стабилизирующими (натяжными) и соединены распорными трубками. В целом, структура имеет форму двояковыпуклой линзы (рис. 9.7, а). В центре крышки кабели крепятся к цилиндру, состоящему из верхнего и нижнего кольца, которые соединены распорками. Цилиндр служит основанием для осветительных и вентиляционных фонарей и для подвеса оборудования зала. Конструкция устойчива и имеет стабильные размеры. Это позволяет использовать легкие ограждения из профнастила, алюминия и т.д. Удалить атмосферную воду с покрытия несложно. Недостатками двутавровой системы являются более высокий расход стали и больший объем здания по сравнению с однобалочной системой.

Для уменьшения объема конструкции применяют схемы перекрестного крепления с нижним и верхним тросами (рис. С 9.7, б), двумя контурными опорными кольцами или путем крепления концов верхних несущих тросов непосредственно к столбам.

Тяжелые ограждающие конструкции (железобетонные плиты, монолитные железобетонные оболочки и др. Висячие покрытия с замкнутым контуром могут быть выполнены из металлических листов (сталь, алюминиевые сплавы), которые называются мембранами. Листы крепятся к внутренним опорным кольцам и контуру в мембранных покрытиях или только к наружному контуру. Покрытия такого рода обладают как несущей, так и ограждающей способностью, позволяют равномерно распределять усилия в мембране, обеспечивают эффективное использование материала, легко транспортируются (поставляются в рулонах) и относительно просто монтируются. Мембраны рекомендуются для пролетов размером более 100 на 200 футов.

Рисунок 9.7 Схемы двухленточных подвесных мостов :

А – выпукло-вогнутая; в – выпукло-вогнутая с перекрещивающимися тросами; б – аксонометрия; 1 – верхние несущие тросы; 2 – внешнее опорное кольцо; 3 – железобетонные плиты; 4 – крыша; 5 – нижние несущие тросы; 6 – внутренний опорный цилиндр; 7 – стойки

Покрытия из мембран имеют небольшой вес (30 х 40 кг/м2). Поэтому для обеспечения устойчивости на внешней стойке и промежуточном кольце устанавливаются системы натяжных тросов и канатов, а также аэрационный фонарь и технологическое оборудование, нагруженное на центральное кольцо. Поверхности мембран могут быть коническими или сферическими. Конические мембраны подходят для пролетов до 60 метров, а сферические – для больших пролетов. В зависимости от размера пролета возможны различные соединения, включая заклепки, высокопрочные болты, сварку или толстые полосы листовой стали.

Пневматические сооружения

В последние годы различные установки были установлены в зданиях и сооружениях с необычными для строительства пневматическими конструкциями.

Пневматические или надувные конструкции возводятся путем закачивания воздуха в оболочки, которые затем предварительно напрягаются или растягиваются, придавая конструкции желаемую форму, устойчивость и несущую способность.

Благодаря предварительному напряжению пневматические конструкции могут воспринимать как нормальную, так и касательную нагрузку.

Для поддержания равновесия этих зданий и сооружений независимо от их пролета постоянное избыточное давление внутри в большинстве случаев принимается около 20 кг/м2 (20 мм водяного столба), что соответствует разнице высот поверхности земли в 15 м. Для человека такое избыточное давление неощутимо (в обычных зданиях оно часто возникает при ветре), и поэтому его пребывание в пневматических зданиях не представляет никакой опасности.

Здания с пневматическими системами отличаются уникальной легкостью. При пролетах 100 м и более вес одного м2 едва превышает 3 кг. Их складная конструкция делает их гораздо компактнее обычных зданий, что позволяет перевозить их любым видом транспорта. Время, необходимое для возведения пневматического здания, можно измерить в часах. Все эти характеристики делают пневматические конструкции разумным выбором для неосвоенных территорий с затрудненным доступом. Для сборных конструкций (например, передвижных выставок), а также временных производственных и складских зданий и гаражей они особенно эффективны.

Здания и сооружения, в которых используется пневматика, отличаются высокой надежностью. Если блоки подачи воздуха выйдут из строя, оболочка будет медленно опускаться. В это время люди могут безопасно эвакуироваться из здания.

К основным компонентам пневматического здания относятся оболочка (иногда с рамой), устройство подачи воздуха и дверь или ворота. В прозрачных ограждающих конструкциях световые проемы не нужны. Если у вас непрозрачные оболочки, у вас будут окна преимущественно круглой формы.

Под оболочками зданий находятся различные насосы и центробежные воздуходувки, оснащенные автоматическими устройствами, которые поддерживают давление для создания необходимого избытка.

В зданиях с мягкой оболочкой часто устанавливают шлюзы вокруг дверей и ворот, чтобы защитить их от проникновения элементов. Почти любую дверь можно сконструировать как раздвижной карман. В этом случае избыточное внутреннее давление прижимает подвесную мембрану к оболочке, тем самым герметизируя проем. Во многих отелях установлены вращающиеся двери, которые даже при высоком внутреннем давлении не создают заметного барьера для выхода или входа.

Однако пневматические конструкции имеют существенные недостатки, включая относительно высокую стоимость, подверженность механическим повреждениям и отсутствие огнестойкости, что делает их неэффективными для постоянных сооружений.

Материалы оболочек для пневматических зданий должны быть герметичными, долговечными, прочными, упругими и надежными.

Полиэстеровые, поливинилхлоридные и полиэтиленовые пленки в основном используются для пневматических сооружений. Для их соединения можно использовать клей и сварку. Такие пленки быстро стареют под воздействием ультрафиолетовых лучей солнца.

Пленки можно сделать более долговечными путем адсорбции покрытий с помощью сажи, напыления металлов или ламинирования алюминиевой фольгой. Аналогичным образом пневматические структуры окрашиваются слоями слюды или кварцевых зерен. Покрытие такого типа, сохраняющее прозрачность материала, защищает пленки от ультрафиолетовых лучей.

Пневматические здания и сооружения можно разделить на три группы в зависимости от способа обеспечения их формы – воздухоопорные, воздухонесущие или комбинированные.

Пневматические своды и купола изготавливаются из тонкой газонепроницаемой пленки (ткани). Полезный внутренний объем этих конструкций подвергается небольшому избыточному давлению порядка 10 ÷ 100 мм водяного столба. (0,001 ÷ 0,01 ат.); расчетное давление поддерживается вентиляторами малой производительности. Недостатком воздухоопорных конструкций является то, что их нельзя использовать для зданий с часто открывающимися проемами.

В конструкциях с воздушными подшипниками в качестве пневматических нагрузочных элементов используются пневматические арки, колонны и другие под избыточным давлением 0,3*5 ат (0,03 х 0,05 МПа), на них свободно опирается оболочка. Тканевые подшипники изготавливаются из прочной, воздухонепроницаемой ткани.

В герметичных конструкциях поддерживается нормальное атмосферное давление, что устраняет необходимость в герметизации и воздушных шлюзах внутри помещений. Хотя в таких конструкциях используется больше ткани и они дороже, чем герметичные конструкции.

Пневматические арки и колонны шарнирно соединены с собственными независимыми фундаментами. Раскосы в арках демпфируются тягами или путем закрепления фундаментов в грунте. По периметру здания оболочка набрасывается на пневматический каркас и закрепляется на грунте.

Сооружения комбинированной конструкции возникают, когда воздухоопорные элементы комбинируются с воздухоопорными элементами (например, вантовые сооружения).

К комбинированным конструкциям также относятся пневматические конструкции, основным несущим элементом которых является рама (из дерева, алюминия или стали) или рама переменной жесткости (из тросов или канатных тяг).

Обычно она поддерживается защитной оболочкой, которая является либо опорной, либо воздушной. По сравнению с другими пневматическими конструкциями, смешанные конструкции имеют гораздо более широкий пролет. В отличие от них, жесткие рамы значительно увеличивают их вес.

Воздуходувки работают только во время сильного ветра, чтобы поддерживать пропорциональное внутреннее давление и предотвратить шатание корпуса. Некоторые воздуходувки выключены, и корпус свободно свисает с рамы. Вся конструкция весит около пяти тонн.

Конструкцию можно использовать для различных передвижных выставок, складов, гаражей, мастерских, небольших ангаров и т.д.

Существуют различные формы пневматических зданий в зависимости от их назначения, размеров, акустики и условий освещения. Как правило, купола и оболочки имеют сферическую или цилиндрическую форму. Формы этих зданий варьируются от круглых, овальных, прямоугольных и более сложных.

Как правило, в пневматических зданиях возникают силы натяжения на опорных поверхностях.

Простые устройства включают мешки или трубы, заполненные водой или песком, расположенные по периметру оболочки. Помимо плотного прижатия оболочки к земле, балластные устройства препятствуют выходу воздуха.

Обычно используются винтовые анкеры, которые вкручиваются в землю в местах крепления оболочки.

Конструкция якоря может напоминать гарпун. Грунт, в который они забиваются, легко складывает их, но когда их вытаскивают, они раскрываются, и их сопротивление резко возрастает.

Для минимизации сил выдергивания анкеры обычно закладываются в бетонные фундаменты, заглубленные глубоко под землю.

Выводы

В рамках разработки учебника мы рассмотрели проектирование гражданских зданий, начиная с выбора несущего каркаса и заканчивая возведением отдельных элементов. В презентации подчеркивается, что сборные дома являются важнейшим направлением современной технической политики. В этой главе подчеркивается важность готовых к производству изделий, модульной системы координации размеров для проектирования конструкций, а также использования каталогов и стандартной документации для строительства зданий. В то же время делается акцент на индивидуализации проектов при использовании индустриальных методов строительства с монолитным железобетоном и проектировании общественных зданий, состоящих из больших пролетов кровли.

Изучение материала учебника, насыщенного обширной, методически обработанной информацией, обеспечит успешное освоение других специальных дисциплин, составляющих фундамент для приобретения профессиональных приемов и навыков в проектировании и строительстве зданий. Посещение строительных объектов, ознакомительная и производственная практики, курсовое и дипломное проектирование, являются важными средствами закрепления изученного материала.

Для более глубокого изучения содержания следует использовать нормативную, справочную и другую литературу, приведенную в конце учебника, а также рекомендации преподавателя о книгах по теме.

Библиографический список

Здания гражданского и промышленного назначения. Здания жилых домов / под ред. К. К. Шевцова. – Москва: Стройиздат, 1993.

Архитектура гражданского или промышленного здания. Том 4. А. Предтеченский, Общественные здания. – М.: Стройиздат, 1977.

3. ахдан гиясов. Здания гражданского назначения: учебник. Издательство АСВ, Москва, 2004.

Туполев М. С., ред. Конструкции гражданских сооружений. – Москва: “Архитектура-С”, 2006.

5. Проектирование жилых и общественных зданий: учебник, Маклакова Т. Г., Нанасова С. М., Шарапенко В. Г. – Москва: Высшая школа, 1998.

6. Руководство по строительству гражданских зданий. Москва: Издательство АСВ, 2000.

7. Шерешевский И. А. Проектирование гражданских зданий. – Москва: “Архитектура-С”, 2005.

8. СНиП 31-01-2003. Жилые комплексы для многодетных семей / Госстрой России. – М.: ГП ЦПП, 2004.

9. СНиП 2.08.02. Общественные здания и сооружения, или Госстрой СССР. 1991: ЦИТП Госстроя СССР, Москва.

10. СНиП 23-02-2003. Российская компания “Госстрой” специализируется на тепловой защите зданий. – М.: ГУ ЦПП, 2004.

11. СНиП 23-103-2003. Госстрой России / Защита от шума. – М.: ФГУП ЦПП, 2004.

12. СП 23-03-2003. Проект звукоизоляции ограждающих конструкций общественных и жилых зданий / Госстрой России. – M.: ФГУП ЦПП, 2004.

Руководство по обучению

Виктор Гурин.

Издательство: Л.В. Троицкая

Компьютерный дизайн: В.В. Клименко. Клименко

Лицензия LR No.

Подписано в печать . Размер 60×24/16

Офсетная бумага. Офсетная печать.

Пр. 9.1. Тираж 1000 экз. Заказ №.

. 

Члены Ассоциации строительных университетов (АСВ)

Расположена по адресу 129337, Ярославское шоссе, 26. офис. 511

тел/факс: 183-56-83

Электронная почта: iasv@mgsu.ru; www.iasv.ru

Напечатано в отличном качестве

Материалов, предоставляемых в “Вятской типографии”.

Московская 122, Киров, 610033.

Эти отличия отличают крупноблочные конструкции от крупнопанельных.

Если грузоподъемность монтажного крана менее 1,5 тонн, следует использовать четырехрядную резку.

Горизонтальные швы выполняются только на цементном растворе, так как горизонтальная плоскость каждого блока ровная, без каких-либо выступов или впадин.

Вертикальные швы в наружных стенах требуют особой тщательности при конопатке, поскольку повреждение шва приведет к изменению температурного и влажностного режима в жилом помещении. Для звукоизоляции внутренних стен необходима тщательная конопатка.

1 Пороизол представляет собой гибкий пористый уплотнительный материал в виде стержней 30 x 40 мм или 40 x 40 мм или пучков 10-60 мм, скрепленных “изоляционной” мастикой.

Именно здесь мы обсуждаем планы этажей для домов. В домах со сквозными стойками вдоль стоек внутренних и наружных стен также прибивается обвязка для поддержки балок. Обвязка работает иначе, чем рама, поскольку она поддерживает и стойки, и балки, в то время как рама поддерживает только балки.

[2] Блочные фундаменты состоят из железобетонных блоков и блоков-подушек. Если блоки-подушки укладываются с зазорами, образуются так называемые ленточные прерывистые фундаменты.

3 Gernite – это пористый эластичный круглый жгут диаметром от 30 до 40 мм, изготовленный из синтетического найритового каучука. Жернит поглощает воду в диапазоне от 0,7 до 6,5 %, поэтому его поверхность должна быть дополнительно защищена. Гернитовые прокладки можно использовать только с клеями KN-2 и 88-H. Из нитритного каучука, однородного материала, содержащего германий, изготавливаются клеи. Оба клея можно приклеивать к бетону.

[4] Для удобства работы безметалловый стык колонн расположен на 640 мм выше уровня пола плиты перекрытия

Гибкие узловые сопряжения соединяются винтами, жесткие сопряжения – сваркой.

Проектирование плитных фундаментов в виде безбалочных перекрытий аналогично безбалочным перекрытиям.

Несущие блоки – это блоки, которые переносят вес с вышележащих блоков на нижележащие блоки или другие несущие конструкции, расположенные под ними.

Неподдерживающий блок – это блок, который не получает нагрузки от вышележащих этажей зданий или соседних пролетов, за исключением собственного веса и полезной нагрузки.

С помощью стальных элементов с просверленными отверстиями можно соединять перекладины. Конец трубчатого элемента фиксируется болтами, заключенными в шестигранные гнезда. При вращении муфты болт вкручивается в отверстие шарового элемента.

Поскольку на коноиде есть только одна прямая линия, он должен принадлежать к особой группе раковин.

[8] Балки или ригели закреплены на открытом опорном контуре или опираются на колонны и выполняют роль распорок.