к какой конструктивной системе относятся шатровые конструкции
Шатровые покрытия и перекрытия
Конструктивные формы и конструктивные схемы. Шатровые тонкостенные конструкции (шатровые складки) являются разновидностью выпуклых многогранников и имеют форму сомкнутых (вальмовых) сводов или усеченных пирамид с прямоугольным или квадратным планом.
Шатровые конструкции (далее в тексте —«шатры») образованы пересечением четырех наклонных граней, плоских или призматических, замыкаемых поверху средним (центральным) горизонтальным диском и подкрепляемых понизу элементами опорного контура — ребрами, балками или фермами (рис. 2.1.28).
Шатры могут проектироваться многопролетными (многоволновыми) или однопролетными в виде отдельно стоящих ячеек. Опирание шатров осуществляется по углам на колонны либо по двум, трем, четырем сторонам на несущие стены.
Шатры применяются для покрытий зданий с размерами ячеек от 12х12 до 30х30 м и в междуэтажных перекрытиях для зданий с сеткой колонн от 6X6 до 18×18 м. Размеры сторон центрального диска назначаются в пределах от 1/5 до 1/2 соответствующего размера плана шатра. Строительную высоту шатров, измеряемую от низа срединной поверхности наклонной грани до срединной поверхности центрального диска, рекомендуется принимать от 1/8 до 1/15 большего размера шатра в плане.
Шатры проектируют: а) железобетонными — сборными, монолитными, сборно-монолитными; б) комбинированными — сталежелезобетонными; в) стальными.
Наклонные грани шатра и центральный диск могут выполняться сплошными (железобетонными) или в виде решетчатой структуры (железобетонной или стальной) с покрытием из железобетонных или стальных элементов настила. При этом настил может быть уложен свободно либо включен в работу решетчатого шатра.
Шатровые конструкции перекрытий обладают высокой несущей способностью и могут проектироваться под большие полезные нагрузки до 5 т/м2 при сетках колонн до 12х12 м.
Конструктивные элементы и узлы. Шатры покрытий рекомендуется проектировать сборными железобетонными либо в виде комбинированных систем с железобетонным или стальным настилом, уложенным по решетчатому шатру. При наличии экономических обоснований могут применяться монолитные железобетонные конструкции, возводимые на стационарной опалубке или торкретированием по сетке.
Сборные шатры проектируют, как правило, из плоских ребристых плит шириной до 3,0 и длиной до 12,0 м с обычным армированием и предварительно напряженных. Толщина полки 30. 60 мм, высота ребер 250. 350 мм.
Рациональные схемы разрезки (рис. 2.1.29) предусматривают плиты трех типов — прямоугольные, трапециевидные, треугольные, изготавливаемые в общей форме.
Для повышения пространственной жесткости сборных шатров и обеспечения бескондукторного монтажа в конструкции предусматриваются железобетонные или стальные ребра жесткости, располагаемые в плоскости плит или под ними и оснащаемые на период монтажа плит инвентарными затяжками.
Решетчатые стальные шатровые покрытия рекомендуется проектировать составными — из унифицированных решетчатых плит, соединяемых между собой на сварке или на высокопрочных болтах. Геометрические формы поверхности наклонных граней принимают плоскими или призматическими.
Плиты проектируют из гнутых или прокатных профилей в виде швеллеров высотой 100. 300 мм в зависимости от величины пролета и нагрузок:
В качестве настила рекомендуется применять: а) тонкие плоские длинномерные железобетонные пластины толщиной 30. 40 мм с обычным армированием; б) стальной профилированный настил; в) асбоцементный профилированный настил (для «холодных» покрытий).
Тонкие железобетонные пластины принимают шириной 3,0. 3,2 м, толщиной 30. 40 мм и длиной до 12 м. Армируются пластины одной или двумя сварными сетками или проволоки BpII диаметром 4. 5 мм.
Подъем пластин осуществляется за 4. 8 точек с зацеплением за петли, находящиеся в специальных отверстиях в пластинах размером до 150 мм. Эффективно включение пластин в работу стержневой системы шатров приваркой элементов.
Опорный контур шатровых покрытий проектируют в виде: а) железобетонных или стальных ферм с параллельными поясами пролетом 12. 30 м, высотой 1/15. 1/8 пролета; б) то же, балок пролетом 12. 18 м, высотой 1/25. 1/12 пролета; в) то же, неразрезных многопролетных ферм или балок, опирающихся на стойки фахверка с шагом 6. 12 м, высотой 0,6. 1,5 м.
Шатровые покрытия могут проектироваться с верхним или нижним примыканием к опорному контуру. Последний вариант принимается преимущественно в комбинированных конструкциях шатровых покрытий с целью уменьшения их строительной высоты с перекрытием «пазух» настилом. Следует иметь в виду, что этот вариант увеличивает расход стали.
В шатровых покрытиях необходимо предусматривать угловые диагональные стяжки контурных диафрагм или поясов для воспринятая распоров, возникающих в углах шатров. Стяжки рекомендуется выполнять стальными, привариваемыми к поясам опорного контура в плоскости примыкания к контуру шатрового покрытия. Крепление затяжек производится на расстоянии 1/4—1/10 пролета от угла шатра.
Шатровые перекрытия. Шатры перекрытий рекомендуется проектировать сборными или сборно-монолитными железобетонными с контурными диафрагмами в виде железобетонных ребер или балок. При монолитных шатрах наклон боковых граней не должен превышать 30°.
Разрезку сборных и сборно-монолитных шатров на элементы рекомендуется производить по одному из вариантов, представленных на рис. 2.1.30.
Вариант 3 с угловым блоком обеспечивает осуществление бескондукторного монтажа.
Плиты шатров проектируются номинальным размером до 3х12 м, ребристыми с высотой ребер 250. 400 мм. Толщину полок плит принимают 40. 100 мм (в угловых зонах). Плиты выполняются с обычным армированием или предварительно напряженными.
Опорный контур шатровых перекрытий проектируют в виде горизонтальных бортовых элементов, вертикальных ребер или в виде балок, располагаемых в пределах строительной высоты шатра.
Контурные элементы целесообразно проектировать неразрезными. При монолитных шатрах возможна схема неразрезных многоволновых перекрытий. При сборных шатрах в целях исключения неблагоприятного характера взаимодействия смежных шатровых перекрытий рекомендуется осуществлять их в виде отдельно стоящих ячеек, для чего контурные элементы по линиям сопряжения шатров необходимо выполнять в виде парных (двухстенчатых) балок — вертикальных, Г- и П-образных. Опирание шатров осуществляется на консоли колонн или непосредственно на колонны при их поэтажной разрезке преимущественно шарнирно. Возможно устройство жестких узлов в одном или в двух направлениях, что, однако, усложняет конструктивное решение (значительные величины опорных моментов, пересечение арматуры в двух направлениях).
При конструировании шатров особое внимание следует обращать на надежность анкеровки продольной арматуры контурных балок на опорах и надежность соединения плит в углах и по диагональному сечению. Основную растянутую арматуру располагают в контурных балках и бортовых элементах. До 20 % указанной арматуры может быть расположено а плитах наклонных граней.
Для создания плоского пола пазухи между шатрами перекрываются плитами настила. При наличии контурных балок в пределах строительной высоты шатров плиты настила опираются на контурные балки. Целесообразно их включение в работу балок.
Для пропуска вентиляционных коммуникаций и устройства зенитных (светоаэрационных) фонарей в шатрах покрытий и перекрытий возможно устройство отверстий и проемов. Целесообразно их размещать в зоне среднего горизонтального диска. Возможен вариант устройства проема по всему среднему диску. He рекомендуется выполнять отверстия непосредственно в угловых зонах шатров (размер зоны 0,1—0,15 пролета шатра).
Подвеску крановых путей осуществляют в узлах пересечения ребер железобетонных плит и в узлах сопряжения стержней шатров покрытий, в местах переломов профиля покрытия, а также к контурным диафрагмам и поясам. Целесообразно применение укрупненного шага подвески, до 12 м.
Изготовление и монтаж. При конструировании элементов сборных шатровых перекрытий рекомендуется предусматривать один из следующих способов монтажа: 1) целиком, размеры шатра соответствуют размерам ячейки или сетки колонн; 2) сборкой трапециевидных и прямоугольных плит шатра на кондукторах; 3) навесной монтаж плит с последовательным опиранием элементов на полки ранее смонтированных и закрепленных элементов (бескондукторный монтаж).
При конструировании элементов комбинированных и стальных шатровых покрытий предусматриваются следующие способы их монтажа: 1) укрупненная сборка элементов на нулевых отметках с нашивкой стального профнастила или настила из асбофанеры с последующей установкой блока на проектные отметки; 2) укрупненная сборка стального решетчатого шатрового покрытия на нулевых отметках и его установка на колонны с последующей укладкой железобетонных плит настила.
Возможен вариант установки укрупненных блоков с железобетонным настилом при малых размерах шатров и достаточной грузоподъемности крановых средств (один или два крана).
Приближенный расчет. Предварительные расчеты и оценку несущей способности шатров можно производить методом предельного равновесия или другими приближенными методами.
Расчет шатровых конструкций по несущей способности производится приближенно. Рассматриваются раздельно конструкции шатра и опорного контура, воспринимающие реактивные воздействия от шатра.
Расчет шатровой складки включает: 1) расчет шатра в целом для определения растягивающих усилий по нижнему периметру и нормальных усилий в шарнирно соединяемых гранях; 2) определение изгибающих моментов в гранях шатровой складки как в неразрезных плитах или в шарнирно соединенных плитах.
Расчет по п. 1 производят методом предельного равновесия, исходя из возможных схем излома конструкции при основной равномерно распределенной на гранях нагрузке, по одной или двум балочным схемам в зависимости от опирания шатра и по шатровой схеме с разделением шатра на пять дисков (рис. 2.1.31).
Расчеты по указанным схемам можно производить и при несимметричных распределенных и при сосредоточенных нагрузках.
Аналогично допускается определять усилия в многопролетных неразрезных шатровых конструкциях.
Растягивающие усилия по нижнему периметру шатра определяются из условия
где Mi — расчетный момент в среднем сечении складки; fp — расчетный подъем складки, определяемый как расстояние между нижним краем наклонной грани и средней плоскостью центрального диска.
При опирании шатра на колонны и равномерно распределенной нагрузке q усилия по направлениям х и у определяются по формулам
где Hx, Hy — растягивающие усилия в уровне низа наклонной грани по одной из сторон; lx, ly — параметры плана.
Расчет складки по шатровой схеме производится для определения усилия Hуг, воспринимаемого в диагональном сечении.
Для квадратной в плане шатровой складки при равномерно распределенной нагрузке
где l.а — размеры складки и центрального диска; fруг — расстояние от центра тяжести арматуры, воспринимающей Нуг, до средней плоскости центрального диска.
Расчет граней шатра производят как неразрезных плит, вырезая полосу единичной ширины, в соответствии с условиями их опирания (рис. 2.1.32).
Допускается принимать, что плиты наклонных граней работают только в одном направлении, перпендикулярном горизонтальным ребрам, а верхняя плита — в двух, как плита, опертая по контуру.
В случае соединения между собой по линиям сопряжения плиты могут рассматриваться как неразрезные.
На плиты наклонных граней действуют приложенные к ним нагрузки q, на плиту среднего диска — часть нагрузки qk меньше q, где k — коэффициент распределения нагрузки в зависимости от соотношения сторон плиты среднего диска.
Расчет плит производят с учетом их сжатия усилием, передаваемым от одной грани к другой.
Величина сжатия для плиты единичной ширины среднего диска в квадратной шатровой складке определяется по формуле
где ф — угол наклона грани к горизонту.
На элементы опорного контура или крайний бортовой элемент передаются растягивающие усилия Hх, Hу и поперечные нагрузки в виде вертикальной проекции опорной реакции на крайнем пролете плиты. При армировании шатров не менее 20 % усилия Hх, Hу должны быть восприняты арматурой, расположенной в плитах наклонных граней. Остальная арматура располагается в элементах опорного контура. На опорах ее несущая способность должна быть не менее НугV2.
Углы шатров в месте опирания на колонны должны быть проверены на нормальную силу сжатия N по формуле
где фl — угол наклона диагонального ребра к горизонту; Aв — площадь сечения бетона в плоскости, перпендикулярной ребру, размером, равным стороне колонны; Fs — площадь сечения арматуры диагонального ребра.
Аналогично могут быть определены усилия и изгибающие моменты в стержневых системах комбинированных покрытий.
Вопрос № 2. Тонкостенные пространственные конструкции покрытия. складки, шатры. Особенности их работы, конструктивные решения.
Оболочки— геометрические тела, ограниченные криволинейными поверхностями, расстояния между которыми малы по сравнению с другими их размерами. Складкисостоят из плоских тонкостенных плит, жёстко соединённых под углом.
Если сечение складки от опоры до опоры постоянно и не меняется в пролете, складку называют призматической. Призматические складки применяются углового и трапециевидного сечения.
а)складка углового и б)трапециевидного сечения.
Длинномерные, опертые по двум сторонам, призматические складки
работают в продольном направлении как балка, а в поперечном — как рама, распор которой погашается боковыми гранями смежных складок; крайние складки должны быть обеспечены соответствующими бортовыми элементами. По торцам призматических складок устанавливаются диафрагмы жесткости, которые повторяются и в пролете.
Непризматические складки: косоугольные со сходящимися гранями, шатровые, прямоугольного плана, с одинаковым уклоном граней со всех четырех сторон,
сводчатые и купольные (рис.г—м).
г —шатер с плоским верхом; д —складка-капитель; е — складка-шатер со спущенными краями: ж — много-
гранный шатер; и, к, л — многогранные складчатые своды, м — многогранный складчатый купол;
Конструктивная высота длинномерных складок, как призматических, так и косоугольных, не должна быть меньше 1/10…. 1/15 главного пролета L: пролет L у таких складок обычно не превосходит 50 м, а в шатровых — 20 м.
Складчатые покрытия образуют своды с пролетами до 60 м и выше. В этом случае верхние и нижние опоры, собранные из плоских элементов, соединяются затяжками, а в торцах предусматриваются треугольные опорные рамы. Сборные плиты таких сводов ребристые, прямоугольные. Складки могут быть выполнены
также и в комбинации с оболочкой. Материалом для складок служит в основном железобетон, однако складки могут быть выполнены и из клееной древесины, и из металла. Металлические складки обычно изготовляют из стального листа, усиленного по краям уголком.
Шатровые конструкции выполняются в виде тонкостенных складок и пространственных плитно-стержневых систем (рамно-шатровые конструкции). Отличительным признаком шатровых конструкций является форма несущей конструкции в виде многогранника на плоском полигональном (как правило, прямоугольном) контуре. Многогранник имеет форму полной или усеченной пирамиды. В последнем случае в центральной части плана конструкции имеется горизонтальная грань, называемая средним диском.
Шатровые тонкостенные складчатые конструкции (шатровые оболочки) образованы тонкостенными плоскими или ребристыми плитами в форме горизонтальной и наклонных (боковых) граней шатра.
Железобетонные шатры могут выполняться сборными, сборно-монолитными или монолитными, а также комбинированными, сталежелезобетонными, например, из тонких железобетонных пластин на стальном решетчатом каркасе.
Пространственная работа конструкций шатрового типа определяется наличием усилий распора. Восприятие усилий распора конструктивно решается устройством замкнутого контура из бортовых элементов по периметру шатра, в которых размещается основная арматура (затяжка) шатра.
Величина распора определяется величиной действующих нагрузок и соотношением основных геометрических размеров конструкции, к которым относятся размеры плана шатра в осях контурных элементов, габариты среднего диска и стрела подъема шатра.
. Основной несущей конструкцией рамно-шатровых конструкций является пространственная шатровая рама. Продольные оси элементов шатровой рамы расположены вдоль диагональных ребер.
Конспект лекций. Основы архитектуры и строительных конструкций (стр. 2 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
Тема 1. Модульная система в проектировании и строительстве. Укрупненные и дробные модули.
В строительстве принята модульная координация размеров – это взаимное согласование размеров зданий, а также размеров и расположения их элементов, строительных конструкций, изделий и элементов оборудования на основе применения модулей.
ЕМС (единая модульная система) – это совокупность правил координации объема проектных и конструктивных размеров зданий, конструкций и строительных изделий на основе кратности этих размеров установленной единице – модулю.
Применяют: основной модуль (равный 100 мм, обозначается буквой М), производный модуль, укрупненный модуль (мультимодуль) – 3М, 6М, 12М и т. д; дробный модуль (субмодуль) – дробный модуль 1/2М, 1/5М, 1/10М и т. д.
Тема 2. Номинальные, конструктивные и натурные размеры.
В ЕМС предусматривается 3 вида размеров:
Номинальный – условный размер, включающий швы и зазоры между конструкциями.
Конструктивный – проектный размер, отличается от номинального на толщину швов и зазоров.
Натурный – фактический размер отличающийся от конструктивного на величины определенные допусками (ТУ).
Тема 3. Основные параметры характеризующие ОПР.
Основными параметрами, характеризующими объемно-планировочное (ОПР) и конструктивное решение здания являются шаг, пролет и высота этажа.
Шаг – это расстояние между осями модульной сетки (координационными осями). Если шаг совпадает с габаритами элемента перекрытия он называется пролетом или шагом поперечного направления.
Высота этажа – это расстояние по вертикали от пола нижележащего этажа до пола вышележащего этажа.
Тема 4. Основные конструкции здания. Несущий остов здания.
Строительная конструкция – часть здания, выполняющая определенные несущие, ограждающие, несущее-ограждающие и (или) эстетические функции. Все строительные конструкции взаимоувязаны в процессе выполнения работ по возведению здания.
Строительными конструкциями здания являются: несущие элементы – фундаменты, стены, вертикальные несущие элементы (колонны) перекрытия, крыши, покрытия, лестницы, ненесущие элементы – перегородки, заполнения оконных и дверных проемов и т. д.
Совокупность основных конструктивных элементов (строительных конструкций) составляет единую пространственную конструктивную систему – несущий остов здания.
Несущий остов – воспринимает все силовые воздействия на здание (вес конструкций, оборудования, мебели, людей, снега, ветра и др) и обеспечивает прочность, жесткость и устойчивость здания.
Тема 5. Основные и комбинированные конструктивные системы зданий
Конструктивная система (конструктивная схема) – взаимосвязанная совокупность вертикальных и горизонтальных несущих, ограждающих и несущеограждающих конструкций, обеспечивающих выделение внутренних пространств, прочность, жесткость и устойчивость здания.
В конструктивной схеме здания можно выделить две основные подсистемы несущих конструкций: горизонтальную и вертикальную.
Горизонтальные конструкции (покрытия, перекрытия), обеспечивают неизменяемость системы в плане и передают приложенные к ним нагрузки на вертикальные конструкции.
Вертикальные конструкции воспринимают все приложенные к системе нагрузки и передают их на фундамент.
Вид вертикальных несущих конструкций служит основным признаком классификации конструктивных систем.
В зависимости от применяемого вида вертикальной несущей конструкции различают пять простых (одинарных) конструктивных систем:
каркасная, бескаркасная (пилонная); объемно-блочная; ствольная; оболочковая.
1. Основные несущие и ограждающие конструкции зданий
2. Понятия: унификация, стандартизация, типовое проектирование, ЕМС в строительстве.
3. Перечислить все основные конструктивные системы здания, назвать несколько комбинированных.
Вопросы для самостоятельного изучения.
Список используемых источников:
Тема 1. Стеновая (бескаркасная) конструктивная схема.
Стеновая КС (безкаркасная, диафрагмовая), несущими являются плоские вертикальные элементы – стены, диафрагмы.
Конструктивные схемы бескаркасных зданий:
А) с продольными несущими стенами;
Б) с поперечными несущими стенами;
В) со стенами несущими в обоих направлениях – перекрестно-стеновая несущая схема.
Стеновая конструктивная система существует с малым (3,0 – 3,6 м), с широким (до 9,0 м) или чередующимся шагом несущих поперечных стен отличается большей жесткостью, но ограничивает свободу планировочных решений.
Конструктивная схема в основном предназначена для строительства гостиниц и социального (муниципального) жилья. В сборном железобетонном и кирпичном варианте стен ограничивается также этажность застройки – предельная до 16-ти этажей.
Толщина внутренних несущих стен принимается 120, 140, 160, 180, 200 мм в зависимости от этажности.
ЗДАНИЯ С НЕСУЩИМИ СТЕНАМИ
Тема 2. Каркасная конструктивная схема.
— Каркасная КС, основными несущими элементами в ней являются стержневые вертикальные конструкции – колонны.
Тема 3. Пилонная конструктивная система.
Конструктивная система с плоскими пилонами, представляет собой промежуточный между стеновой и каркасной схемой вариант конструктивного решения, в которой колонны заменены плоскими участками стен, развитыми в длину
Так же как и каркасная система, решения зданий с пилонными стенами обладает достаточной свободой в решениях планировочного пространства и могут быть решены как с устройством ригелей так и без них.
Конструктивное решение возводится в монолитном варианте, и применяется как для нижних нежилых, так и для верхних жилых этажей здания.
Минимальное значение средних (как наиболее нагруженных) колонн и пилонов для 20-ти этажного здания составляет:
— 600×600мм – для колонн 1-го этажа;
— 1800×300 мм – для пилонов 1-го этажа;
— 300×300 мм – для колонн верхних пяти этажей:
— 600×200 мм – для пилонов верхних 3-х этажей.
Тема 4. Ствольная система
Ствольная КС, в качестве основной несущей конструкции, воспринимающей нагрузки и воздействия применен вертикальный объемно-пространственный стержень – ствол жесткости (закрытого или открытого сечения) на всю высоту здания.
Ствол жесткости, располагающийся в геометрическом центре плана, называется «ядром жесткости».
Ствольная система наиболее распространена в высотном строительстве (25 – 70 этажей), удачно сочетаясь с планировочной схемой здания.
Распространены также – несколько стволов по длине здания, два ствола в сооружениях с планом в виде прямоугольника, три – треугольника, четыре – квадрата. см. рис.
Тема 5. Объемно блочные здания
Объемно-блочная КС, несущими являются объемно-пространственные на всю высоту этажа блоки размером на комнату или две комнаты.
Тема 6. Оболочковые системы
Оболочковая КС составлена несущими вертикальными объемно-пространственными конструкциями, отнесенные к внешнему контуру здания.
Имея максимальную пространственную жесткость Оболочковая конструктивная система наиболее часто применяется при проектировании самых высоких зданий – 200 м и выше (в отдельных случаях 120 … 150 м).
Тема 7. Комбинированные конструктивные решения.
Наряду с основными широко применяют и комбинированные (смешанные) конструктивные системы (см. рис.). В таких системах могут сочетаться два или несколько типов вертикальных несущих элементов.
Применение комбинированных конструктивных систем позволяет упростить построечные работы, более рационально увязать конструктивную систему с планировочной.