ЛЕКЦИЯ+26РЭА
.doc
ЛЕКЦИЯ 26. Здания зального типа и их конструкции
Необходимость устройства большепролетных покрытий возникает при проектировании большинства спортивных, зрелищных, торговых, выставочных зданий, а также ряда общественных зданий другого назначения (учебных, административных и др.), включающих зальные помещения, и жилых зданий с пристроенными помещениями общественного назначения (торговыми и др.).
Для покрытий залов применяют плоскостные и пространственные ж/б, металлические и деревянные несущие конструкции. Среди плоскостных наиболее широко распространены настилы, балки, фермы, арки и рамы, среди пространственных— перекрестно-стержневые системы «структура», тонкостенные жесткие оболочки, висячие системы.
Статическое преимущество пространственных систем — работа их основных элементов на осевые усилия, что определяет большую экономию материалов. Но пространственная форма таких конструкций усложняет и удорожает их изготовление и монтаж (экономический баланс оказывается в пользу пространственных конструкций при пролетах в 30 м с дальнейшим увеличением их экономичности при возрастании пролета).
Пролет менее 30 м характерен для большинства зальных помещений общественных зданий массового строительства. Соответственно можно считать, что для покрытий залов зданий массового строительства экономически наиболее целесообразно применение плоскостных, а для уникальных зданий — пространственных конструкций. Разумеется, это положение не является всеобщим — отдельные пространственные конструкции (например, структурные или из сборных оболочек) в конкретных условиях строительства могут быть экономичнее плоскостных при пролетах в 30 м и менее.
Плоскостные конструкции покрытий зальных помещений. Плоскостные покрытия проектируют, как правило, совмещенными. Несущие конструкции покрытий формируют из сочетания стержневых (балка, ригель, рамы, арка, ферма) и плоскостных (настилы или панели покрытия) элементов или только из плоскостных — большепролетных настилов. Последний вариант предпочтительнее - благодаря совмещению конструкцией несущих и ограждающих функций обеспечивается снижение затрат труда и расхода материалов.
Покрытия длинномерными настилами проектируют, используя типовые сборные железобетонные изделия, предусмотренные каталогами унифицированных индустриальных изделий для строительства.
В соответствии с объемно-планировочным решением здания применяют длинномерные настилы покрытий с плоской или двускатной верхней поверхностью.
Типовые настилы имеют пролеты 9, 12, 15, 18 и 24 м и выполняются в виде тонкостенных железобетонных ребристых плит (с контурными и поперечными ребрами жесткости), тонкостенных сводчатых плит типа СЖС и двухконсольных плит типа Ж (с добором типа 1Т). Наряду, с ними применяют перспективные изделия повышенной заводской готовности — комплексные утепленные настилы типа 2Т и специальные утепленные настилы покрытий общественных зданий, сформованные из конструктивного керамзитобетона. Настилы имеют продольные легкобетонные ребра и трехслойную плиту с утеплителем. Последние используют для перекрытия пролетов до 18 м, а утепленные настилы типа 2Т—до 24 м.
После монтажа утепленных настилов покрытий на строительной площадке выполняют только гидроизоляционные работы.
В отдельных случаях для покрытия общественных зданий применяют коробчатые железобетонные настилы или настилы-воздуховоды.
В плоскостных покрытиях со стержневыми несущими элементами (балками, фермами и др.) последние устанавливают с шагом 6 или 12м (иногда 15 или 18 м), опирая на колонны, реже на несущие стены. Настилы покрытия опирают на балки (фермы) и соединяют сваркой стальные закладные элементы этих конструкций. Наилучшие экономические результаты дает использование для покрытий настилов из легкого или ячеистого бетона, чем обеспечивается не только несущая способность, но и теплоизоляция покрытия. Поскольку такие изделия промышленность выпускает только для пролетов до б м, при большем шаге опор применяют неутепленные тонкостенные ребристые настилы с последующим устройством на постройке паро-, тепло- и гидроизоляции покрытия.
В качестве несущих стержневых элементов служат типовые железобетонные балки с параллельными поясами или двускатные фермы пролетами 18, 24 и 30 м полигональные, треугольные, сегментные с раскосной или безраскосной решеткой, фермы с параллельными поясами.
Любые несущие конструкции покрытий (настилы, балки, фермы) имеют выступающие в интерьер ребра, что не всегда приемлемо по композиции интерьера. Поэтому в залах общественных зданий их чаще закрывают подвесным потолком, который не только выполняет декоративные функции, но и обособляет необходимое пространство для размещения инженерных коммуникаций - вентиляции, электропроводки и др.
Применение рам и арок для конструкций покрытий носит эпизодический характер, связанный со спецификой объемно-планировочного решения зала. Чаще всего проектируют однопролетные арки и рамы трехшарнирные, что снижает чувствительность конструкции к неравномерным осадкам основания. Устойчивость системы из плоскости арок и рам обеспечивают вертикальные связи между стойками рам и жесткие связи элементов покрытия с ригелями. При легких (не бетонных) покрытиях используют специальные связи.
Усилия распора передают на размещенные ниже чистого пола затяжки. Если же пяты арок расположены выше пола, распор передают на контрфорсы или примыкающие горизонтальные несущие конструкции, например, перекрытия примыкающих к залу помещений здания. При пролетах до 30 м ригели рам и арки выполняют сплошными, при больших пролетах — сквозными с раскосной или безраскосной решеткой. Для разгрузки ригеля рамы или арки, а также для решения функциональных задач (подвески на ружных ограждающих конструкций, устройства козырьков над входами) иногда предусматривают устройство консолей ригелей или арок, придающих архитектуре здания индивидуальные чертыциями их взаиморасположение с ограждающими проектируют в различных вариантах (изнутри, снаружи, частично изнутри, частично снаружи).
При окончательном выборе варианта с учетом технико-экономических показателей следует иметь в виду, что первый обеспечивает минимальный объем внутреннего пространства и выступающие наружу несущие конструкции придают тектоничные черты архитектуре здания, второй — максимальный объем и тектоничные членения интерьеру при атектоничном внешнем облике, а последний в умеренном и холодном климате пригоден только для неотапливаемых зданий (павильонов сезонных выставок и др.) при несущих конструкциях из стали или железобетона.
Пространственные конструкции выполняют из металла, дерева, железобетона. В качестве основных материалов жестких оболочек наиболее распространены железобетон и армоце-мент. В зарубежной практике чаще всего их выполняют монолитными и сборно-монолитными, в отечественной - преимущественно сборными или сборно-монолитными.
Покрытия складками и длинными цилиндрическими оболочками нулевой гауссовой кривизны применяют для залов пролетами 12-60 м. Наиболее распространены конструкции пролетами 12-36 м (в сборном варианте - 24-30 м). При пролетах 24 м и более такие конструкции проектируют предварительно напряженными, размещая напряженную арматуру в бортовых элементах оболочек или ендовах складчатого покрытия.
Конструкции складок и цилиндрических оболочек, являющиеся безраспорными в направлении пролета, по схеме статической работы близки к работе тонкостенной балки криволинейного или ломаного сечения. Распор конструкции в поперечном направлении (тенденция к распрямлению складки или оболочки под вертикальной нагрузкой) воспринимают затяжки или диафрагмы жесткости конструкции.
Архитектурно-строительные (устройство верхнего света, выбор разрезки конструкции), а также архитектурно-художественные (увязка формы покрытия с формой плана, выбор формы диафрагм жесткости в соответствии с композицией интерьера) задачи решают в покрытиях оболочками и складками несколько различно, что требует их индивидуального рассмотрения.
Покрытия длинными цилиндрическими оболочками проектируют одно- и многоволновыми, одно- и многопролетными, сборными и монолитными.
В многопролетных оболочках на опорах применяют единые для смежных пролетов диафрагмы жесткости, в многоволновых — единые бортовые элементы.
Температурно-деформационные швы в многоволновых многопролетных покрытиях устраивают по длине покрытия на парных колоннах между парными диафрагмами жесткости.
Форму покрытия часто выявляют на фасаде здания, консолируя часть оболочки за грань наружных стен. Вместо глухой диафрагмы в плоскости наружных стен в этих случаях размещают затяжку, устраивая между нею и оболочкой светопроемы для верхнебокового освещения, а консоль используют в качестве солнцезащитного козырька над витражом.
В сборных конструкциях оболочек. применяют разрезку на криволинейные или плоские элементы.
Складчатые конструкции проектируют чаще, чем цилиндрические оболочки в связи с большей технологичностью формы. Применяют треугольную, трапецеидальную и шедовую форму складок в монолитном и сборном вариантах. Сборные складки монтируют из плоских У-образных или трапецеидальных элементов. Последний тип сечения сборных элементов наиболее предпочтителен, так как позволяет выполнить соединения плоскостей складок в ребрах в заводских условиях.
Преимущество 1-образных и трапецеидальных изделий - возможность устройства вдоль стыка верхних плит складки вставок из плоских плит, расширяющих покрытие, или продольных фонарей. Использование таких Складок обусловлено сокращением расхода материалов и трудозатрат на устройство кровли, возможностью Скрытого размещения инженерных Систем (воздуховодов, электропроводки и др.), исключением образования снежных мешков на покрытии, но сопровождается увеличением расхода конструкционных материалов.
Неизменяемость формы складчатой конструкции обеспечивают плоские поперечные стенки _ диафрагмы, затяжки, Г- и Т-образные рамные элементы, разнообразные поддерживающие конструкции.
Выбор формы элементов жесткости в общественных зданиях осуществляют с учетом архитектурных требований. Применяют покрытия с параллельными веерными или встречными складками: параллельные и встречные складки — в покрытиях прямоугольных залов, веерные — трапецеидальных.
Аналогично многоволновым многоскладчатые покрытия часто выполняют с консольным свесом за грань наружных стен. Они формируют активный профиль венчания здания и служат стационарным солнцезащитным средством, как, например, в здании Курского вокзала в Москве.
Конструкция складок может быть применена не только для покрытий, но и для стен общественных зданий. Главным образом их предусматривают классических каменных сводов. С переходом к железобетону, армоцементу, металлу, материалам, прочность которых существенно выше, чем у каменной кладки, стало возможным значительно увеличить величины перекрываемых пролетов при тонкостенной несущей конструкции. Однако при больших пролетах и нагрузках в работающей на сжатие тонкостенной конструкции свода возможна местная потеря устойчивости. Для повышения устойчивости своду придают специальную профилировку (волнистую, складчатую) в направлении, перпендикулярном пролету. Таким образом, сформировались современные формы тонкостенных сводов из бетона, армоцемента, деревянных или металлических конструкций. Ширина волны (складки) составляет менее ¼ пролета свода. Волнистый (складчатый, бочарный) свод имеет аналогичные аркам условия статической работы и одинаковые расчетно-конструктивные схемы — двух-, трехшарнирную или бесшарнирную. Очертание свода проектируют по дуге окружности, цепной линии или параболы (последнее предпочтительнее). Стрела подъема свода ¼ - 1/8 пролета, ширина отдельной волны 3—12 м. Сечение волн — криволинейное — по окружности (бочарный свод), по параболе, складчатое с треугольными или трапецеидальными складками. При очень больших пролетах свода — 150 м и более для повышения его устойчивости применяют двухрядные волнистые оболочки, раскрепленные диафрагмами.
Распор сводов (аналогично арочным конструкциям) воспринимают фундаменты, затяжки, контрфорсы, несущие конструкции смежных помещений, обстраивающих зал, перекрытый сводом. Распор сводов (аналогично арочным конструкциям) воспринимают .фундаменты, затяжки, контрфорсы, несущие конструкции смежных помещений, обстраивающих зал, перекрытый сводом.
сборно-монолитных волнистых и складчатых сводов для пролетов 18-36 м. В уникальных зданиях сборно-монолитные своды применены для пролетов от 75 до 95 м.
Сборные конструкции волнистых сводов монтируют из отдельных плоских или криволинейных плит размером 3Х6 м с укрупнительной сборкой на месте строительства в волну свода или из укрупненных фрагментов волн — панелей оболочек (панелей-складок).
Сборные волны-оболочки соединяют друг с другом сваркой по закладным деталям или арматурным выпускам, расположенным с шагом, равным ширине волны, и замоноличиванием швов.
Передача нагрузки от сборного волнистого свода на опорные конструкции осуществляется через специальные опорные балки, тип сечения которых назначают в зависимости от величины пролета: сплошное при пролетах до 24 м, коробчатое при больших пролетах.
Грань опорного элемента, примыкающую к своду, располагают в плоскости, перпендикулярной касательной к поверхности свода у опоры. Волнистые сборные своды проектируют с максимальной заводской готовностью, включая заводское утепление и гидроизоляцию сборных элементов.
Деформационные швы по длине свода устраивают через 40-50 м и заполняют их упругими прокладками. Примыкающие к шву волны усиливают поперечными диафрагмами, а край волны — продольным ребром. Для исключения протечек кровли по шву стык волны поднимают над кровлей специальными стенками, пер4жрывают стальным нащельником — компенсатором.
В сводах пролетов более 40 м свободу (Температурно-влажностных деформаций следует обеспечивать путем свободных горизонтальных перемещений одной из опор свода. В местах примыкания свода к торцовым стенам здания или пересечения этих стен с устройством карнизного свеса между сводом и стеной предусматривают зазор в 50 мм, заполненный упругими прокладками.
Геометрическая форма волнистого свода способствует естественной организации наружного водоотвода. Однако при сборной конструкции свода опорный элемент может создавать преграду водостоку. Во избежание застоя воды и протечек по стыку свода с опорным элементом устраивают забутовку между волнами.
Естественное освещение залов проектируют верхним или верхнебоковым. Устройства верхнего света могут быть спроектированы с применением продольных или поперечных фонарей или отдельных светопроемов.
При устройстве в сборно-монолитном волнистом (складчатом) своде продольных фонарей панели-оболочки, расположенные в его зоне, заменяют горизонтальными железобетонными опорными рамами фонаря или стекло-железобетонными панелями.
Поперечные фонари монтируют между установленными с разрывом на ширину фонаря смежными волнами свода. При этом примыкающие к фонарю волны должны быть усилены на воспринятие кручения от краевой нагрузки фонарем и связаны между собой распорками или раскосами. В складчатом своде светопроемы устраивают в боковых наклонных стенках.
При устройстве световых проемов в монолитных волнистых сводах ослабление сечения компенсируют контурными и промежуточными (при длинных фонарях) армированными ребрами. Ширину проема назначают не более 0,4 ширины волны.
Отдельные мелкие проемы (с наибольшим размером до 15 толщин оболочки свода) могут свободно располагаться по поверхности свода. Форму проема следует назначать круглой или равносторонней, многоугольной.
Боковое освещение наиболее удачно решается при опираний свода на отдельные опоры с устройством между ними витражей. Если свод опирается непосредственно на фундамент, то для бокового освещения в своде устраивают распалубки.
Купола из современных материалов проектируют пологими в виде тонкостенной оболочки с поверхностью вращения (сфера, коноид, эллипсоид, параболоид) на круглом или эллиптическом плане с гладкой, ребристой, волнистой, складчатой или стрельчатой поверхностью. Современные тонкостенные конструкции куполов принадлежат к наиболее экономичным пространственным конструкциям, которые позволяют перекрыть пролеты до 150 м при толщине оболочки в 1/700—1/900 пролета.