Сгради с дълги разстояния. Строителство на сгради. Двустенни секции на фермени корди. Напречните сечения на дъговите пръти могат да бъдат едностенни или двустенни. Рамките и арките са статично неопределени системи. Сгради с голям обхват Сгради и конструкции

Конструкциите с голям обхват играят важна роля в световната архитектура. И това беше заложено в древни времена, когато всъщност се появи тази специална посока на архитектурния дизайн.

Идеята и изпълнението на дългосрочни проекти е неразривно свързано с основното желание не само на строителя и архитекта, но и на цялото човечество като цяло - желанието за завладяване на космоса. Ето защо, започвайки от 125 г. сл. Хр. д., когато се появи първата структура с голям размах, известна в историята, Пантеонът на Рим (диаметър на основата - 43 м), и завършвайки с творенията на съвременните архитекти, структурите с голям размах са особено популярни.

История на дългопролетните конструкции

Както бе споменато по-горе, първият е Пантеонът в Рим, построен през 125 г. сл. Хр. д. По-късно се появяват и други величествени сгради с големи куполни елементи. Ярък пример е църквата Света София, построена в Константинопол през 537 г. сл. Хр. д. Диаметърът на купола е 32 метра, а самият той придава на цялата конструкция не само величие, но и невероятна красота, на която се възхищават както туристи, така и архитекти и до днес.

В онези и по-късни времена е било невъзможно да се строят леки конструкции от камък. Следователно куполните конструкции се характеризираха с голяма масивност и тяхното изграждане изискваше сериозни времеви разходи - до сто години или повече.

По-късно те започнаха да се използват за подреждане на подове с големи участъци дървени конструкции. Ярък пример тук е постижението на местната архитектура - бившият Манеж в Москва е построен през 1812 г. и има дървени участъци с дължина 30 м в своя дизайн.

18-19 век се характеризира с развитието на черната металургия, която дава нови и по-трайни материали за строителството - стомана и чугун. Това бележи появата през втората половина на 19 век на дългопролетни стоманени конструкции, които получават страхотно приложениев руската и световната архитектура.

Следващият строителен материал, който значително разшири възможностите на архитектите, бяха стоманобетонните конструкции. Благодарение на появата и усъвършенстването на стоманобетонни конструкции, световната архитектура на 20-ти век беше попълнена с тънкостенни пространствени структури. В същото време през втората половина на ХХ век започнаха да се използват широко окачени покрития, пръчкови и пневматични системи.

През втората половина на ХХ век се появява и ламинираната дървесина. Развитието на тази технология даде възможност да се „върнат към живот“ дървени конструкции с дълги разстояния, да се постигнат специални показатели за лекота и безтегловност, да се завладее пространството, без да се прави компромис със здравината и надеждността.

Конструкции с голям обхват в съвременния свят

Както показва историята, логиката на развитието на структурните системи с голям обхват е била насочена към подобряване на качеството и надеждността на конструкцията, както и архитектурната стойност на конструкцията. Използването на този тип конструкция даде възможност да се използва максимално пълният потенциал на носещите свойства на материала, като по този начин се създават леки, надеждни и икономични подове. Всичко това е особено важно за съвременния архитект, когато намаляването на теглото на конструкциите и конструкциите излезе на преден план в съвременното строителство.

Но какво представляват конструкциите с голям обхват? Тук експертните мнения се различават. Единична дефиницияНе. Според една версия това е всяка конструкция с дължина на участъка над 36 м. Според друга, конструкции с неподдържано покритие с дължина над 60 м, въпреки че вече са класифицирани като уникални. Последните включват и сгради с размах над сто метра.

Но във всеки случай, независимо от дефиницията, съвременната архитектура е категорична, че сградите с голям обхват са сложни обекти. И това означава високо ниво на отговорност за архитекта, необходимостта да се поеме допълнителни меркибезопасност на всеки етап - архитектурно проектиране, строителство, експлоатация.

Важен момент е изборът на строителен материал - дърво, стоманобетон или стомана. В допълнение към тези традиционни материали се използват и специални тъкани, кабели и въглеродни влакна. Изборът на материал зависи от задачите, които стоят пред архитекта и спецификата на строителството. Нека разгледаме основните материали, използвани в съвременното дългосрочно строителство.

Перспективи за дългосрочно строителство

Като вземем предвид историята на световната архитектура и неизбежното желание на човека да завладее пространството и да създаде перфектни архитектурни форми, можем спокойно да прогнозираме постоянно нарастване на вниманието към конструкциите с дълги разстояния. Що се отнася до материалите, освен на съвременните високотехнологични решения, все по-голямо внимание ще се обръща на FCC, който е уникален синтез на традиционен материал и съвременни високи технологии.

Що се отнася до Русия, предвид темповете на икономическо развитие и неудовлетворената нужда от съоръжения за различни цели, включително търговска и спортна инфраструктура, обемът на строителството на дългосрочни сгради и конструкции непрекъснато ще нараства. И тук все по-важна роля ще играят уникалните дизайнерски решения, качеството на материалите и използването на иновативни технологии.

Но да не забравяме и икономическия компонент. Именно тя стои и ще стои на преден план и през нея ще се преценява ефективността на даден материал, технология и дизайнерско решение. И в тази връзка бих искал отново да си спомня за ламинираните дървени конструкции. Според много експерти те държат бъдещето на дългото строителство.

Дългопролетни покрития на съвременни индустриални сгради, както и големи обществени сгради като напр Спортни зали, спортни дворци, сгради на модерни супер- и хипермаркети, могат да бъдат проектирани като равнинни или пространствени структури с голям размах. Те се различават по естеството на статичната си работа. В равнинните конструкции всички елементи работят автономно под натоварване, като правило, в една посока и не участват в работата на свързаните с тях конструкции. В пространствените структури всички или повечето елементи работят заедно в две посоки. Благодарение на такава съвместна работа се увеличава твърдостта и носещата способност на конструкцията и се намалява консумацията на материали за нейното изграждане.

Равнинните конструкции с голям обхват са греди и покривни ферми. Гредите могат да бъдат правоъгълни или двускатни. Долната струна на гредата работи на напрежение, а горната струна работи на компресия. Следователно основната работна армировка трябва да бъде поставена в долния пояс, а секцията на горния пояс трябва да има голяма площ от бетон, който работи добре при компресия. При опорите гредите трябва да бъдат удебелени, за да поемат максималната странична сила от опорните реакции. Това ще бъде обхванато в съответните курсове по строителна механика и конструкции. Разстоянията на лъчите не надвишават 18 m.

Разстояния от 15, 18, 24 m и повече са покрити с равнинни конструкции от пръчков тип - ферми. На фиг. Фигура 13.48 показва видове ферми, които се различават по форма и до известна степен по статична работа. Фермите могат да бъдат стоманобетонни, стоманени или дървени. Пример за дървени ферми са фермите, проектирани и построени от инженер А. А. Бетанкур, за да покрият 24-метровия участък на Централната изложбена зала в бившия Манеж на Манежния площад в Москва, които след възстановяване от пожара имат добра вътрешна гледка.

Ориз. 13.48.

А – основни типове ферми; б – възел, поддържащ ферма с паралелни корди върху колона при „нулево“ свързване (по външния ръб на колоната); V – същите, многоъгълни с репер 250 и 500 mm; г – същият, триъгълен с „нулева” референция; 1 – опорна стойка; 2 - Колона; 3 – фахверкова греда

Наред с най-старите прътово-гредови системи на рамкови сгради от средата на 20в. изпълнени пространствени напречни прътови системи.

Системите с напречни пръти се формират от линейни елементи (ферми или греди), пресичащи се под ъгъл 90 или 60°, които образуват правоъгълна, триъгълна или диагонална мрежа (фиг. 13.49). Става пространствена работапресичащите се линейни елементи значително увеличават твърдостта на конструкцията. В сравнение с конвенционалните покрития, направени от отделни плоски елементи, конструктивната височина на покритието може да бъде намалена повече от половината. Използването на напречни прътови системи е най-подходящо за покриване на квадратни, кръгли и многоъгълни помещения с пропорции от 1:1 до 1:1,25. За разтоварване на главните участъци е препоръчително да се монтират конзолни надвеси с напречно покритие 0,20–0,25 пъти размера на главния участък.

Ориз. 13.49.

а–е – диаграми на кръстосани системи; з – й – положение на опорите под напречната система; л – кръстосано покритие; м – опции за опори и видове опори; Л – обхват на конструкцията; Л К – срив на конзолата; 1 – опори; 2 – граничен носещ елемент (греда или ферма); 3 – ядро; 4 – конектор; 5 – опора на напречната система

Има системи с напречно ребро и напречен прът. Кръстосано оребрено изработени от метални или стоманобетонни резервоари или от плоскости. Напречен прът конструкциите са изработени предимно от метал под формата на системи от два или четири плоски решетъчни диска, закрепени в две посоки с наклонени пръти, които образуват множество еднакви пирамиди с върховете на дъното, закрепени от прътите на долната решетка диск.

Архе плоска пространствена структура под формата на лъч с криволинейно (кръгово, параболично и т.н.) очертание (фиг. 13.50, А). Егото е като междинен тип конструкция между планарното и пространственото. В арките се появяват предимно натискни и само при определени условия сили на огъване. Следователно арките могат да покриват много по-големи разстояния от гредите. Въпреки това, за разлика от гредите, арките предават не само вертикални, но и хоризонтални сили към опорите - растер Следователно опорите трябва да са мощни, укрепени контрафорси. Тягата също може да бъде потушена чрез затягане на петите на свода и работа в напрежение.

Цилиндричен свод(фиг. 13.50, 6) - пространствена структура, съставена от много арки, имащи кривина в една посока. Образуващата в цилиндричен свод е права линия, която образува извита повърхност по водач (по дъгата на арката). Такава повърхност е удобна в строителството, тъй като за нейното производство можете да използвате обикновен кофраж от прави дъски, положени в извити „кръгове“.

Пресечната точка на два цевни свода с една и съща повдигаща стрела ( f ) форми кръстат свод, състоящ се от четири равни части на цилиндричен свод - ивици и имащи четири опори (фиг. 13.50, V).

Ориз. 13.50 часа.

А - арка; б – барел свод; V – кръстат свод; G - затворен трезор: д – купол; д – платнен скок; и – плоска черупка; ч – барел свод; И – трезорен трезор; Да се – повърхност под формата на хиперболичен параболоид; л – покритие от четири черупки във формата на хиперболичен параболоид; 1 – стягане; 2 – оголване; 3 – буза

Затворен трезорсъщо се формира от четири еднакви части от повърхността на цилиндричен свод, наречени тави или бузи, но почиващи по целия периметър на покритата площ (фиг. 13.50, Ж).

В архитектурата на Древна Персия са използвани различни видове сводести конструкции. Те достигат голям разцвет в епохата на Древен Рим и Византия (1 в. пр. н. е. – 4 в. сл. н. е.). Тези конструкции са изградени от тухли, дялан камък и бетон. Те получават по-нататъшно развитие в епохата на романския и готическия стил (XI-XV век). Заострени готически арки и сводове са пренесени в Европа по време на кръстоносните походи. Те са характерни за архитектурата на Арабския халифат (VII–IX век). В съвременната строителна практика сводестите конструкции се изработват от стоманобетон, стоманобетон, а сводестите конструкции са от стоманобетон, стомана и дърво. В строителната механика такива структурни елементи се наричат черупки.

Ако половината от арката се завърти като образуваща около вертикална ос, получаваме купол(Фиг. 13.50, d). Повърхността на купола има кривина в две посоки. Обвивки, които имат кривина в две посоки, се наричат обвивки с двойна гаусова кривина(Карл Фридрих Гаус е велик математик). Производната на купола е ветроходен свод(платна черупка), която, за разлика от купола, лежи само на четири опори и покрива пространство, което е квадратно в план (фиг. 13.50, д).

Плоски черупки с двойна положителна гаусова кривина (фиг. 13.50, и) намират широко приложение при изграждането на съвременни обществени и промишлени сгради. Тези черупки също включват трансферни черупки: варелни и тави трезори.Техните повърхности се образуват чрез преместване (прехвърляне) на крива по друга крива, разположена в равнина, перпендикулярна на равнината на първата крива (фиг. 13.50, h, И).

Специална група криволинейни структури е представена от обвивки с двойна отрицателна гаусова кривина във формата хиперболичен параболоид, или хипара(фиг. 13.50, Да се). Повърхността му се образува от движението на парабола с разклоненията нагоре по параболата с разклоненията надолу, т.е. параболите имат различни знаци. Сводът на тавата може да има и формата на хиперболичен параболоид. Хиперболичният параболоид е една от линейчатите повърхности и може да бъде образуван чрез използване на праволинейни структурни елементи. От частта на параболоида, подчертана на фиг. 13.50, Да се , е възможно да се получат оригинални видове черупки чрез различни комбинации (фиг. 13.50, л ).

Пълна (или гаусова) кривинаповърхности ДА СЕ се нарича реципрочна стойност на произведението на радиусите на кривите на направляващата и образуващата на повърхнината, т.е. .

В случай, че и двата радиуса имат еднакви знаци, т.е. техните центрове са от едната страна на повърхността, стойността ДА СЕ ще бъде положителен (фиг. 13.51, А). Във втория случай (фиг. 13.51, б) значение ДА СЕ – отрицателен, тъй като радиусите имат различни знаци. Повърхността се нарича повърхност с отрицателна Гаусова кривина.

Ориз. 13.51. Положителна повърхност(А) и отрицателниб) кривина

Черупките с двойна кривина са дистанционни структури. При повечето видове черупкови сводове тягата е насочена навън. При гинари и тарелкови трезори е насочен навътре. Това означава, че за да се възприеме разширение в черупки с положителна кривина и цилиндрични, е необходимо да се организира затягане, както в арките. Вместо това могат да се използват диафрагми в краищата и вътре в дълги цилиндрични черупки или тези черупки могат да бъдат поддържани на мощни опори, понякога подсилени с подпори.

Техническите възможности за използване на камък в куполни конструкции са изчерпани през I хил. сл. Хр. при покриване на сградата на Пантеона в Рим с купол с диаметър 43,2 м. Куполът лежи върху пръстеновидна стена, чиято дебелина е 8 м, за да поеме тягата (фиг. 13.52). Друга ненадмината куполна структура от древността е куполът на църквата "Света София" в Константинопол с диаметър 31,5 м. Този купол се опира чрез система от четири сферични платна само на четири опори (фиг. 13.53). За разлика от масивната стена в Пантеона, в църквата "Света София" тягата на купола се предава чрез арки и полукуполи към съседни участъци (наос), чиято пространствена твърдост им позволява да издържат на хоризонталната компонента на тяга.

Ориз. 13.52.

А – обща форма: б – разрез

Ориз. 13.53.

А - обща форма; b – план; V – аксонометрия на носещи конструкции; 1 – дъговидни опори, които поемат натиска на покритието в напречна посока; 2 – платно; 3 – купол; 4 – полукуполи, които възприемат тягата в надлъжна посока

През 20 век са се променили геометрични параметрикуполи и черупки. устойчивост каменна конструкциякуполът изисква повдигащата му стрела да е около половината от диаметъра му. Стоманобетонът позволи да се намали повдигащата стрела до 1/5–1/6 от диаметъра и в същото време да се постигне тънкостенен купол, който надвишава тънкостенния биологични структури. Така съотношението на дебелината към диаметъра на корпуса на големия Олимпийски спортен дворец в Рим, построен през 1959 г. от изключителния инженер-архитект Пиетро Луиджи Нерви, е 1/1525. В едно кокоше яйце е 1/100.

Използването на стоманобетон и метал за черупкови сводове с положителна и отрицателна гаусова кривина прави възможно да се направят много леки и да се създадат нови архитектурни форми. На фиг. 13.54 показва сграда на воден парк във Воронеж, покрита с черупка във формата на хиперболичен параболоид. Стоманобетонната обвивка на правоъгълен план стои на два „крака“ - основните опори, разположени в двата й противоположни ъгъла. Опорите възприемат нормалните сили отстрани и предават вертикалната реакция към земята, а хоризонталната компонента през подпората към връзката, разположена в сутерена на конструкцията. Възприемането на асиметрични натоварвания се осигурява от метални конструкции от витражи. Остъклените стени придават на сградата впечатление за лекота и оригиналност.

Ориз. 13.54.

Комбинирани черупки от последната третина на 20 век. се използват широко за покриване на сгради с големи разстояния. Те са комбинирани от фрагменти от черупки с еднакви или различни признаци на кривина. Такива комбинации позволяват да се постигнат благоприятни технически параметри (например намаляване на повдигащата стрела) и да се получи индивидуална изразителност на архитектурни структури с различни форми на план. Наред с покритията на халета, такива черупки са ефективни за използване в инженерни конструкции - кули, резервоари и др.

Специална група пространствени структури са сгънатите структури (гънки). Гънките се състоят от плоски или извити тънкостенни елементи с триъгълна, трапецовидна или друга форма на напречно сечение (фиг. 13.55). Те дават възможност за покриване на големи участъци (до 100 m), пестеливо използване на материали и често определят архитектурната и художествена изразителност на конструкцията. Гънките, както и цилиндричните черупки и черупките с двойна кривина, са дистанционни структури. Следователно, по краищата на всички сгъваеми вълни или в една или няколко вълни е необходимо да се монтират укрепващи диафрагми или хоризонтални прътови връзки, които работят на опън.

Ориз. 13.55 часа.

а, б – призматичен трион и трапец; V – трион на триъгълни равнини; Ж – палатка с плосък връх; д – капитална гънка; д – гънка за палатка със спуснати ръбове; и – многостранна шатра; з – й – многостранно сгънати сводове; л – многостранно сгънат купол; м – сглобяемо нагънато призматично покритие; н – сглобяема сгъвка от плоски елементи

Висящите конструкции са известни от средата на 19 век. Но те станаха широко използвани 100 години по-късно. Основните носещи елементи в тях са гъвкави въжета, вериги, кабели (кабели), които възприемат само опънни сили. Висящите системи (фиг. 13.56) могат да бъдат плоски и пространствени. IN плоски дизайни опорните реакции на паралелно работещите кабели се предават на опорните пилони, които са способни да приемат вертикални опорни реакции и натиск, който в този случай действа в посока, обратна на натиска в изпъкналите черупки. Следователно, в някои случаи, за възприемането му се използват натягащи въжета (виж Фиг. 13.56, А), надеждно закрепени в земята с помощта на анкери - специални елементи, които могат да издържат на теглителни сили. Понякога отрицателната тяга се възприема от самата форма на носещите конструкции, както например в спортна зала в Бремен (Германия) (фиг. 13.57). Тук носещите конструкции са направени под формата на стойки, които балансират тази тяга.

Ориз. 13.56. :

А - апартамент: b – пространствена двойна кривина: V – пространствена хоризонтала

Ориз. 13.57.

Ограждащата конструкция на покритието е окачена към основната конструкция с помощта на опънати кабели. Ограждащата конструкция може да бъде направена и от монолитен стоманобетон или сглобяеми стоманобетонни плочи, които също играят ролята на натоварващи елементи, които предотвратяват обратното огъване на такива покрития по време на „всмукване“ на вятъра, т.е. натоварване от вятър, насочено отдолу нагоре. За да се гарантира геометричната неизменност на такива структури, се използват различни методи за стабилизиране. В горното плоски системичесто прибягват до предварително напрягане чрез поставяне на допълнителна тежест върху плочите. След отстраняване на тежестта, кабелите, опитвайки се да се скъсят до първоначалната си дължина, компресират монолитното стоманобетонно покритие, превръщайки го във висяща вдлъбната твърда обвивка. Отводняването от покрива в такива конструкции се осъществява чрез регулиране на напрежението на покривните кабели (по-силни в центъра на сградата, по-слаби в краищата).

Пространствена висяща конструкция(фиг. 13.58) се състои от опорен контур и система от кабели, които образуват повърхност, върху която може да се постави ограждащата конструкция. Носещият контур (стоманобетон или стомана) поема тягата от кабелната система. Вертикалните натоварвания се прехвърлят към стълбовете, поддържащи опорния контур или към други конструкции. За стабилизиране на пространствени висящи конструкции често се използват две системи от кабели - работещи и стабилизиращи (дизайн с два колана). Кабелите на двете системи са разположени по двойки в равнини, перпендикулярни на повърхността на покритието и са свързани помежду си чрез твърди дистанционни елементи, които създават предварително напрежение на кабелите. Ограждащата структура на покритието не участва в статичната работа на такава система и може да бъде разположена по протежение на носещи (увиснали) или стабилизиращи (изпъкнали) кабели (фиг. 13.59).

Ориз. 13.58.

А – покритие на арена в САЩ; b – покриване на певческата сцена в Талин; V – въжена мрежа за предварително напрягане с кабели за захващане; G - мрежесто многомачтово покритие на немския изложбен павилион на Световното изложение в Монреал през 1967 г.; д – планът му с хоризонтални линии; 1 – носещи кабели; 2 – предварително напрегнати стабилизиращи въжета; 3 – две пресичащи се наклонени арки - носещият контур; 4 – момчета, използвани като оградна рамка; 5 – предна наклонена арка; 6 – задна опорна арка, поддържана на стената; 7 – опори; 8 – стойки; 9 – основи; 10 – основа за стената; 11 – Улавящи кабели; 12 – мъжки линии; 13 – котви; 14 – мачти за горна опора на захващащи кабели; 15 – хоризонтално покритие

Ориз. 13.59.

А - двулентов на кръгъл план над публиката (САЩ); b – същият, над Двореца на спорта Юбилейни в Санкт Петербург; 1 – носещи кабели; 2 – стабилизиращи ванти; 3 – дистанционери; 4 – централен барабан с фенер; 5 – опорен контур; 6 – стелажи; 7 – стойки; 8 – мъжки линии; 9, 10 – пръстеновидни усилващи връзки; 11 – окачена платформа за оборудване

Мембранни черупкиса най-ефективните сред висящите конструкции, тъй като съчетават носещи и ограждащи функции. Те се състоят от тънки метални листове, фиксирани върху контура. Използвайки като материал стомана с дебелина само 2–5 мм, те могат да покриват участъци от над 300 м. Мембраната работи главно на опън в две посоки. Така се елиминира опасността от загуба на стабилност. Силите от пролетната конструкция се възприемат от затворен опорен контур, работещ заедно с мембраната, което в повечето случаи осигурява нейната стабилност. Максималният размах (224 х 183 м) е покрит с метална мембрана, покриваща Олимпийския спортен дворец в Москва. На фиг. 13.60 показва общ изглед и процеса на инсталиране на мембранната обвивка над центъра за кънки в Коломна.

Ориз. 13.60.

А - архитектурно оформление на комплекса; б – доставка на рулонни мембранни панели, навиването им върху временни легла

Покривала за тентисе използват като временни конструкции с големи разстояния - циркови шатри, складове, спортни и изложбени павилиони. В зависимост от вида на мекия материал, такива конструкции могат да се използват и за критични структури. Пример са олимпийските съоръжения в Мюнхен (Германия), които са построени за Олимпиадата през 1972 г., но се използват отлично в продължение на 40 години. Материалът на покритието е специално полупрозрачно гъвкаво органично стъкло - плексиглас-215. Това е предварително напрегнат материал, който на външен вид не се различава от обикновеното органично стъкло.

Пневматични конструкциикато се започне от втората половина на 20 век. широко използвани за временни структури, изискващи бърз монтажи демонтаж (временни складове, изложбени павилиони). През последните години такива конструкции започнаха да се използват за масово изграждане на фитнес зали. Такива конструкции се използват и за кофраж при изграждането на монолитни стоманобетонни черупки. Конструкциите са изработени от херметична гумирана тъкан, синтетични филми или други меки, херметични материали. Конструкцията заема проектното си положение благодарение на свръхналягането на изпълващия я въздух. Разграничете въздушно поддържан И пневматична рамка конструкции (фиг. 13.61).

Ориз. 13.61.

а, б – въздушно поддържан; V – пневматична леща; Ж – фрагмент от ватиран дизайн; г, е – рамкови пневматични сводести покрития; и – пневматичен сводест купол; 1 – херметична обвивка; 2 – прозорец-илюминатор от органично стъкло; 3 – тирбушон анкери за закрепване към земята; 4 - Шлюз; 5 – тежък шев; 6 – стоманен колан за поддържане на лещи; 7 – разтягане за осигуряване на надлъжна стабилност и опора на покриващия сенник

Проектното положение на носещата въздух конструкция се осигурява от много леко свръхналягане (0,002–0,01 atm), което не се усеща от хората в помещението. За поддържане на свръхналягане входовете в помещенията се осъществяват през специални шлюзове с херметични врати. Системата за инженерно оборудване включва вентилатори, които, ако е необходимо, изпомпват въздух в помещението. Типичните разстояния са 18–24 м. Но в Канада има проекти за покриване на цели градове в Арктика с поддържани от въздуха снаряди с обхват до 5 км или повече. Пневматичните рамки (въздухоносни системи) са направени от дълги тесни цилиндри, в които се създава свръхналягане (0,3–1,0 atm). Структурната форма на такава рамка е дъгообразна. Арките се монтират близо една до друга, образувайки непрекъсната арка или на разстояние. Стъпката на арките е 3–4 m, обхватът е 12–18 m.

ЗАПИС НА ЛЕКЦИЯТА

Макеевка 2011 г

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА, МЛАДЕЖТА И СПОРТА НА УКРАЙНА

ДОНБАСКА НАЦИОНАЛНА АКАДЕМИЯ ПО СТРОИТЕЛСТВО И АРХИТЕКТУРА

Катедра „Икономика на предприятието”

Разработил: д.ф.н., доц. Захарченко Д.А.

ЗАПИС НА ЛЕКЦИЯТА

в курса "Основи на строителната индустрия"

за студенти от специалност 6.030504 „Икономика на предприятието”

Код № _______

Одобрен на заседание на катедра

"Икономика на предприятието"

ПРОТОКОЛ № __ от _______2011г

Макеевка 2011 г

ТЕМА 4. СГРАДИ И КОНСТРУКЦИИ С ГОЛЯМ ОБХВАТ

Конструкциите с голям размах включват тези, които имат разстояния над 40-80 м. Сравнително наскоро такива конструкции се считаха за уникални и се изграждаха изключително рядко; в момента бързото развитие на науката и технологиите, както и голямата нужда от такива структури в промишлеността и сферата на отдиха и развлеченията, предопределиха интензивното изграждане на подобни структури в много страни.

Особен интерес представляват пространствени конструкции, които не се състоят от отделни, независими носещи елементи, които прехвърлят натоварването един на друг, а представляват единна сложна система от работни части на конструкцията.

Този пространствен характер на конструкциите, широко въведен в строителството по целия свят, е символ на строителната технология на 20-ти век. И въпреки че някои видове пространствени конструкции - куполи, кръстове и сводове - са известни от древни времена, те не отговарят на съвременните строителни изисквания нито по отношение на използването на материали, нито по конструктивни решения, тъй като въпреки че покриваха значителни разстояния, те също бяха изключително тежък и масивен.

Привлекателното при пространствените проекти е способността им да задоволяват оптимално функционалните и естетически изисквания на архитектурата. Мащабът на припокриващите се участъци, възможността за гъвкаво планиране, разнообразието от геометрични форми, материали, архитектурна изразителност - това далеч не е пълен списъкхарактеристики на тези структури.

Комбинацията от функционално, техническо и художествено-естетично осигурява пространствени дизайни с широка перспектива, да не говорим за факта, че използването им позволява огромни спестявания строителни материали- намаляване на потреблението на материали на сгради и конструкции с 20-30%.

Равнинните конструкции с голям обхват включват греди, рамки, ферми и арки. Равнинните структури работят автономно под натоварване, всяка в своята равнина. Носещият елемент на равнинни конструкции, покриващи част от сградата (плоча, греда, ферма), работи самостоятелно и не участва в работата на елементите, към които е съседен. Това обуславя по-ниска пространствена твърдост и носеща способност на равнинните елементи в сравнение с пространствените, както и тяхната по-висока ресурсоемкост, предимно увеличена консумация на материали.

Ориз. 4.1. Проектни решения за конструкции с голям обхват

а - плоски конструкции; b - пространствени структури; c - висящи конструкции; g - пневматични конструкции; 1- ферми; 2 - рамки; 3-4 шарнирни арки; 5- цилиндрични черупки; 6- черупки с двойна кривина; 7- куполи; 8- структури; 9- вантови конструкции; 10-мембранни структури; 11- тентови конструкции; 12- пневматични опорни конструкции; 13- пневматични рамкови конструкции;

Рамките от масивна конструкция се монтират с помощта на два самоходни стрелови крана. Първо върху основата се монтират рамкови стелажи с част от напречната греда, опиращи се на временна опора, след което се монтира средната част на напречната греда. Частите на напречната греда са свързани върху временни опори чрез заваряване или силно заваряване. След инсталирането на първата рамка, конструкцията се закрепва с помощта на телове.

В някои случаи е препоръчително да се монтират рамкови конструкции по метода на плъзгане. Този метод се използва, ако рамковите конструкции не могат да бъдат незабавно монтирани в проектната позиция (вътре се работи или вече са издигнати конструкции, които не позволяват поставянето на кранове).

Блокът се сглобява в края на сградата в специален проводник от 2-3 или 4 ферми. Сглобеният и закрепен блок се повдига по протежение на релсите до проектното положение. Монтирайте с крикове или леки кранове.

Сводестите конструкции са 2 вида: под формата на арка с 2 панти със затягане и арка с 3 панти. При монтиране на сводести конструкции с носеща част под формата на арка с двойни панти, това се извършва подобно на монтажа на рамкови конструкции с помощта на самоходни стрелови кранове. Основното изискване е висока точност на монтажа, гарантираща центровка на петата (опорна) панта с опората.

Монтажът на арки с три панти се различава по някои характеристики, свързани с наличието на горна панта. Последният се сглобява с помощта на временна монтажна опора, монтирана в средата на участъка. Монтажът се извършва по метода на вертикално повдигане, плъзгане или завъртане.

Ориз. 4.3. Монтаж на рамката

а - монтаж изцяло от два крана; b - монтаж на рамки в части с помощта на временни опори; c - монтаж на рамки по метода на въртене; 1-инсталационен кран; 2-рамков монтаж; рамка от 3 части; 4-временни опори; 5 лебедки; 6-опорни стрели.

Всяка полуарка се окачва в центъра на тежестта и се монтира така, че пантата на петата да е поставена върху опора, а вторият край е поставен върху временна опора. Същото и с другата полуарка. Завъртането в петата на пантата се постига чрез подравняване на осите на заключващите отвори на горната панта.

В пространствените структури всички елементи са взаимосвързани и участват в работата. Това води до значително намаляване на разхода на метал за единица площ. Въпреки това доскоро такива пространствени системи (куполни, кабелни, структурни, черупки) не бяха разработени поради високата сложност на производството и монтажа.

Ориз. 4.4. Монтиране на купола с помощта на временна централна опора

A - куполна режеща система; B - монтаж на купола; 1-временна опора с телове; 2-радиални панели; 3-опорен пръстен;

Куполните системи се монтират от отделни пръти или отделни плочи. В зависимост от проектното решение, монтажът на куполни конструкции може да се извърши с помощта на временна стационарна опора, шарнирно или изцяло.

Сферичните куполи са издигнати в пръстеновидни нива по метода на окачване. Всеки такъв слой, след пълно сглобяване, има статистическа стабилност и носимоспособност и служи като основа за надлежащия слой. Сглобяемите куполи могат да се монтират с помощта на проводникови устройства и временни закрепвания - цирков купол в Киев или куполът се сглобява изцяло на земята и след това се повдига до проектния хоризонт с кран, пневматичен транспорт или асансьор. Използва се методът на отглеждане отдолу.

Висящите конструкции започват да се използват от втората половина на 19 век. И един от първите примери е покриването на павилиона на Всеруския панаир в Нижни Новгород, завършен през 1896 г. изключителният съветски инженер Шухов.

Опитът от използването на такива системи е доказал тяхната прогресивност, тъй като те позволяват максимално използване на високоякостна стомана и леки ограждащи конструкции от пластмаса и алуминиеви сплави, което прави възможно създаването на покрития със значителни разстояния.

Ориз. 4.5. Монтаж на висящи конструкции

1-кулокран; 2-траверс; 3-кабелна половинка; 4-централен барабан; 5-темпорална опора; 6-монтирана полу-ферма; 7 - опорен пръстен.

Напоследък висящите рамкови конструкции са широко разпространени. Особеността на конструкцията на окачени конструкции е, че първо се издигат носещи опори, върху които се полага опорен контур, който поема напрежението от кабелните нишки. След като са напълно изложени, покритието се натоварва с временно натоварване, като се вземе предвид пълното проектно натоварване. Този метод на предварително напрягане предотвратява появата на пукнатини в корпуса след пълното му натоварване по време на експлоатация.

Вид окачени въжени конструкции са мембранните покрития. Мембранното покритие е окачена система под формата на тънка метална ламарина, опъната върху стоманобетонен опорен контур. Единият край на ролката се закрепва към опорния контур, като ролката се развива по цялата си дължина с помощта на специална траверса от кран, изтегля се с лебедки и се закрепва към противоположния участък на опорния контур.

Недостатъкът на мембранните покрития е необходимостта от заваряване на тънки листове по дължината и монтажните елементи заедно с припокриване от 50 mm. В същото време е почти невъзможно да се получи шев с еднаква якост с основния метал чрез заваряване, така че дебелината на листа се увеличава изкуствено. Този проблем се решава до известна степен чрез система от ленти, изработени от алуминиеви сплави.

Първите дълги цилиндрични черупки са използвани за първи път през 1928 г. в Харков по време на изграждането на поща.

Дългите цилиндрични черупки се доставят напълно завършени или уголемени на място. Теглото на монтажните елементи 3x12 е около 4 тона. Преди повдигане две плочи се уголемяват в мобилен джиг заедно със затягане в един елемент. При уголемяване вградените части се заваряват на фугата, затягането се затяга и шевовете се запечатват.

След като са монтирани 8 уголемени секции, образуващи обхват от 24 m, те се подравняват така, че отворите да съвпадат, след което всички вградени части и изходи на надлъжната армировка се заваряват, армировката се опъва и фугите се бетонират. След като бетонът се втвърди, черупката се обръща и скелето се пренарежда.

В строителната практика обикновено под наименованието конструктивни конструкции се обединяват пространствени, напречни, оребрени и прътови конструкции.

Кръстосаните системи от структурни покрития с различни форми с правоъгълни и диагонални решетки са широко разпространени сравнително наскоро от втората половина на 20 век в страни като САЩ, Германия, Канада, Англия и бившия СССР.

За известно време структурните конструкции не бяха широко разработени поради високата трудоемкост на производството и особеностите на монтажа на конструкцията. Подобряването на дизайна, особено с използването на компютри, позволи да се осигури преходът към тяхното вградено производство, да се намали сложността на техните изчисления, да се повиши неговата точност и следователно надеждността.

Фиг.4.6. Покриване на сграда от едроразмерни плочи

1-плоча с размери 3х24м; 2-противовъздушна лампа; 3-рафтова ферма; 4- колона.

Напречните системи се основават на носеща геометрична форма. Отличителна черта на различните видове структурни конструкции е пространствената връзка на прътите, която до голяма степен определя сложността на производството и монтажа на тези конструкции.

Структурните конструкции имат редица предимства в сравнение с традиционните равнинни решения под формата на рамки и греди:

• са сгъваеми и могат да се използват многократно;
• могат да се произвеждат на автоматизирани производствени линии, което се улеснява от висока типизация и унификация на структурните елементи (често се изискват един тип пръти и един тип монтаж);
• монтажът не изисква висока квалификация;
• Имат компактна опаковка и са удобни за транспортиране.

Наред с отбелязаните предимства, структурните структури имат и редица недостатъци:

• мащабното сглобяване изисква използването на значително количество ръчен труд;
• ограничена носимоспособност на някои видове конструкции;
• ниска фабрична готовност на конструкциите, пристигащи за монтаж.

Пневматичните конструкции се използват за временен подслон или за използване за някои спомагателни цели, например като опорни конструкции за изграждане на черупки и други пространствени конструкции.

Пневматичните покрития могат да бъдат 2 вида - въздухоносещи и въздухоносещи. В първия случай леко свръхналягане на меката обвивка на конструкцията гарантира получаването на необходимата форма. И тази форма ще се запази, докато се поддържа подаването на въздух и необходимото свръхналягане.

Във втория случай носещата конструкция е изградена от напълнени с въздух тръби от еластичен материал, образуващи своеобразна рамка на конструкцията. Понякога се наричат ​​пневматични конструкции с високо налягане, тъй като налягането на въздуха в тръбите е много по-високо от това под поддържащия въздух филм.

Изграждането на въздухоносни конструкции започва с подготовката на площадката, върху която се полага бетон или асфалт. По контура на конструкцията е монтирана основа с анкерни и уплътняващи устройства. Под въздействието на въздушното налягане черупката се изправя и приема проектираната форма.

Въздухоносещите или пневматичните рамкови конструкции са конструирани подобно на въздушните, с единствената разлика, че въздухът се подава от компресора през гумени тръби и чрез специални клапани се изпомпва в затворените канали на така наречената структурна рамка. Благодарение на високото налягане в камерите, рамката заема проектираната позиция (най-често под формата на арки) и повдига ограждащата тъкан зад нея.

Атриумът на един от американските хотели, собственост на Gaylord Hotels

бъдещето идва от настоящето
и се определя от пътя, който избираме днес

Прозрачните конструкции с голям обхват се превръщат в неразделна част от градската архитектура на 21 век. Най-добрите архитекти днес все повече създават невероятни комплекси от сгради, центърът на привличане, в който, определено пространствено ядро, са големи атриумни пространства - обемни, изпълнени със светлина и комфорт, добре защитени от негативни външни влияния и покрити с надеждни полупрозрачни покрития.
По-нататъшното активно развитие на такива структури вероятно ще бъде в състояние в близко бъдеще не само да разшири максимално комфортното и безопасно пространство на човешката среда, но също така ще направи възможно в бъдеще да променим облика на нашите градове и да подобрим текущото им състояние .

Архитектура на ерата на глобализацията

През цялото време на своята история хората са се стремили да се предпазят и предпазят от множество неблагоприятни и опасни влияния от заобикалящата ги среда. Топлината и студът, дъждът и вятърът, хищните животни и дивите хора винаги са били известен проблем за спокойния човешки живот. Ето защо от древни времена нашите предци са започнали да строят убежища за себе си, които, създавайки изкуствена среда, защитена от външни влияния, внасят повече от желания комфорт и безопасност в живота им. И възникващата архитектура, като удивителен и отличен инструмент на тези творчески човешки действия, от самото си начало и на всички етапи на развитие се опитва да използва максимално наличните технически възможности и съществуващите естетически възгледи в обществото, за да задоволи по-добре тези важни човешки потребности: както от комфорт, така и от сигурност.

Днес настъпи ера на безпрецедентно технологично развитие и в строителната индустрия това направи възможно реализирането на почти всякакви, най-смелите архитектурни идеи. В тази връзка основните фактори, ограничаващи реализацията на всички значими проекти на съвременните архитекти днес, често вече не са липсата на технически възможности за изграждане на голям и сложен обект, а само някои наши субективни представи за него, като например: недостатъчната полезност на бъдещата структура, нейното ниско търсене и ниска рентабилност или бъдещото време за строителство е твърде дълго и продажната цена е висока. В същото време, с началото на бума в прилагането на принципите на „устойчивото развитие“ и „зеленото строителство“ в целия свят, присъствието на фактора екологична устойчивост на сградите също придобива все по-голяма тежест за тяхната строителство.

С широките технически възможности, които се отварят за развитието на архитектурата на 21-ви век, съвременните архитекти в своята работа, изглежда, трябва да започнат да вземат повече предвид значителното въздействие, което техните проекти имат върху развитието на градската среда. Очевидно е, че съвременните мегаполиси, превърнали се в заложници на изминалия път на своето развитие и продължаващия подход към тяхното развитие, постепенно се превръщат във все повече и повече многофакторен проблем за спокойствието и безопасността на своите жители.

Навлизайки в ерата на глобализацията, нашият свят се промени значително през последните години и днес едва ли е възможно да се намерят разумни оправдания за продължаващото формиране на претъпкан живот на хората в отделни точки на пространството. Нашето общество започва да разбира разрушителността на този процес, но градската архитектура, за съжаление, все още продължава да следва пътя на създаване на високи проекти и уплътняване на градското развитие, като по този начин провокира още по-голяма концентрация на населението в определени точки на вече прекомерно пренаселено пространство.

В същото време, притежавайки съвременни технологии и използвайки колосалното им влияние върху живота на обществото, архитектура XXIвек може не само да увеличи максимално комфортното и безопасно пространство на човешката среда, но също така е способен и трябва да се опита, стъпка по стъпка, да промени радикално облика на нашите градове и да подобри сегашното им състояние. Освен това Архитектурата, като ненадминат господар на пространството, времето и въображението на много хора, със сигурност все повече ще допринася за появата на принципно нови екоградове и екоселища.

Град под купола

Мечтата за полупрозрачни покрития, които предпазват улиците и градските блокове от дъжд и сняг, се заражда у хората отдавна. Но едва с настъпването на индустриалната революция, която донесе широки технически и финансови възможности, реализацията на такива проекти става осъществима. Едва през втората половина на 19 век в повечето големи градове на Европа и Америка се появяват големи стъклени аркади с редици от скъпи магазини и уютни кафенета. И една от първите забележителни перли от този период на развитие на големи остъклени атриумни пространства е известната Galleria Vittorio Emmanuel II в Милано, отворена за посетители през 1877 г.

Фиг.2. Галерия на Виктор Емануил II в Милано.

Тъй като прогресът не може да бъде спрян, активното участие в него, а не оставането в периферията на историята, е задача на всички велики държави. Ето защо от втората половина на ХХ век строителната наука в СССР, САЩ и някои други страни вече сериозно работи върху възможността за защита на своите градове с големи полупрозрачни куполи от: нежелани метеорологични явления, отрицателни характеристики на местния климат, прекомерните нива на слънчева радиация и други неблагоприятни за човека въздействия външна среда. През последните години можем да добавим към списъка с фактори, стимулиращи по-нататъшни изследвания в тази насока: бързи и непредсказуеми климатични промени на планетата, тревожно нарастване на замърсяването на околната среда, нарастващи заплахи от екстремизъм, както и желанието на хората да намалят изключително високи енергийни разходи на техните градове.

Днес създаването на полупрозрачни защитни конструкции с голям обхват (наричани по-нататък LSPS), в които има много естествена светлинаи комфорт, засилен както никога досега. Появяват се нови идеи и се създават различни уникални проекти - като „Куполът над Хюстън“ - и някои от тези невероятни проективече се изпълняват. Така в Астана с помощта на английски инженери и турски строители беше построена 100-метрова (без височината на шпила) полупрозрачна палатка, в която се помещаваше най-големият и представителен търговски и развлекателен център в Казахстан.

Още по-удивителна и грандиозна структура е създадена в Германия - това е центърът за водни развлечения Tropical Islands, който има вътрешен обем от около 5,5 милиона кубически метра. м и с право е най-голямата полупрозрачна сграда в света по този показател днес.

Фиг.3-5. Воден развлекателен център "Тропически острови" в Германия

Важен етап в развитието на обемните полупрозрачни конструкции беше научното обосноваване на възможността за тяхната осезаема ефективност - както в енергийната ефективност, така и в значително намаляване на топлинните загуби, като същевременно значително разширява новосъздаденото удобно и търсено обществено пространство.

Заслугата за това оправдание е на английски и американски архитекти и учени, но на първо място можем да откроим работата на Тери Фарел и Ролф Лебенс, които на границата на 70-80-те години на ХХ век създават концепцията за „ буферно мислене”. Резултатът от тази концепция беше активното въвеждане на „буферния ефект“ или „принципа на двойното заграждение“ в световната архитектурна практика.

При изследване на въпроса за възможността за създаване на ефективни големи атриумни пространства бяха идентифицирани затоплящи, охлаждащи и трансформируеми видове атриуми. Оттогава са изминали само малко повече от 30 години, но дори и през този кратък период от време модерните атриумни пространства са завладели целия цивилизован архитектурен свят (снимките на американски атриуми, дадени в тази статия, са малка част от съществуващото множество и разнообразие атриумни пространства, построени през годините). За жалост, съвременна Русия, в този смисъл, все още не е постигнал големи постижения.

Съгласявайки се със съществуващите аргументи на експертите относно целесъобразността на използването на големи атриумни пространства в съвременната архитектура и без да се опитва да оспорва техните заключения, авторът на статията предлага допълнително да се разгледа възможността как с помощта на многолентови кабелни конструкции , за създаване (покриване) на такива пространства по-евтино и по-надеждно, а също и без особено ограничение от размера на атриумите, въвеждайки нова технологияпокриващи големи разстояния. Изглежда, че в руските условия дори само създаването на най-простата втора ограда (буферно пространство) около градските блокове ще позволи разумно да се използват тези многобройни топлинни загуби на покрити сгради, които няма да бъдат безвъзвратно разтворени в околното пространство, а ще осигури отопление за получените атриумни пространства. Само благодарение на висококачествено полупрозрачно защитно покритие, температурата в такива атриумни пространства е зимен периодможе би 10-15 градуса над нивото на улицата.

През лятото, в допълнение към разумното, регулируемо частично засенчване на вътрешното пространство, от прекомерна слънчева радиация и прегряване, е възможно да се предвиди отваряне на вентилационни отвори в полупрозрачното покритие, както и да се изпълнят други добре познати и ефективни методи за създаване на комфортен микроклимат в целия полупрозрачен комплекс. Очевидно създаването на комфортен и стабилен микроклимат в едно голямо затворено пространство ще бъде много по-лесно и по-евтино, отколкото осигуряването на същите комфортни условия едновременно в хиляди малки стаи.
Самото естество на обемните полупрозрачни структури ни насърчава да отхвърлим някои от стереотипите на нашето мислене, когато решаваме подобни проблеми, и да погледнем по нов начин на възможността за създаване комфортна средав нови условия на големи по обем пространства. В същото време вече има нови ефективни технически решения, които използват важните предимства на големите пространства и позволяват да се осигурят стабилни комфортни условия за цялото вътрешно пространство на БСЗС при значително по-ниски енергийни разходи.

Междувременно възможностите за използване на многолентови кабелни покрития изглеждат по-широки. По този начин процесът на изграждане на екоградове, който все още е в начален стадий и плахо се обявява, също не може да се представи без светлопрозрачни конструкции с голям обхват. Бих искал да мисля, че 21-ви век, след като оцени новата полупрозрачна архитектура с голям обхват, активно ще я развива и подобрява, а също така ще се опита да я използва, за да направи бързо пробив в градското планиране, заменяйки скучния, енергийно неефективен и небезопасна бетонна джунгла на съвременните мегаполиси с удобни, комфортни и екологични градове.

Ориз. 6-11 Masdar City (илюстрации от Foster + Partners).

Най-амбициозният и помпозен проект за екоград днес може да се нарече Masdar City. Това може би е първият наистина сериозен опит интегриран подходкъм организацията на град на бъдещето - снабден с енергия от възобновяеми източници (слънце, вятър и др.) и притежаващ устойчива екологична среда с минимални емисии въглероден двуокисв атмосферата, както и система за пълно рециклиране на отпадъци от градска дейност.
За съжаление, мястото, избрано за изграждането на Масдар Сити, не беше най-успешното и бъдещите жители и работещи организации все още ще трябва да изпитат някои от неудобствата на местоположението на този ъгъл на пустинята. Толкова е очевидно, че техническите решения, включени в градския проект, няма да могат напълно да се справят с 50-градусовите летни горещини (изключение ще бъдат затворените пространства, включително всички атриуми). Дъждовните периоди през декември-януари, а по-късно и сезонът на гъстите мъгли също няма да бъдат комфортни за жителите на новия град. И ако си спомним доста честите зимно-пролетни пясъчни бури в тази част на пустинята, ще разберем, че без широкообхватни полупрозрачни покрития, покриващи и предпазващи градските блокове от тези местни природни явления, жителите на града периодично ще трябва да изпитват определени неудобства.
Концепцията, предложена по-долу за изграждането на полупрозрачни конструкции с голям обхват, се вписва добре в проекти като Masdar City и, изглежда, е доста способна да помогне на такива проекти да спестят пари както при изграждането, така и при експлоатацията на модерни градове. А също и да направим тези градове по-безопасни и удобни.

Фигура 6-11. Ето как бъдещият Masdar City може да бъде видян в цветни рекламни брошури и илюстрации на списания (илюстрации от Foster + Partners).

През 2012 г. руски инженери разработиха концепция за покриване на големи участъци, която днес е технически достъпна и ефективна в изпълнението, позволяваща изграждането на различни сгради и конструкции с голям обхват. Идеята е да се създаде многолентово кабелно покритие върху комплекс от сгради, което, покривайки големи участъци между носещите сгради, ще може да носи всякакъв проектен товар и да създаде едно трайно и надеждно полупрозрачно покритие за целия комплекс. Покритието ще осигури възможност за поддържане на постоянни и комфортни параметри за хората в затвореното вътрешно пространство на такъв обект: температура, влажност, подвижност и чистота на въздуха, осветеност, безопасност и др.
Идеята за многолентови кабелни системи се основава на добре познатите принципи на окачени конструкции, които са широко използвани в света за изграждане на сгради и конструкции с голям обхват повече от половин век. Но висящите конструкции не са станали по-широко разпространени в дългосрочното строителство поради някои от техните недостатъци. По този начин сградите с голям обхват с окачени покривни конструкции по правило не могат да осигурят наклон на покрива към външната страна на сградата, което създава допълнителни трудности при отстраняването на валежите от покрива. В допълнение, създавайки много значителни хоризонтални натоварвания във високи опори, въжените конструкции принуждават строителите да разрешат този проблем с допълнителни финансови инвестиции в мощни опори за тези натоварвания. Но основният недостатък на висящите конструкции е тяхната висока деформируемост под въздействието на локални натоварвания.

Многолентовите кабелни системи успяха да преодолеят изброените недостатъци на дългопролетните въжени покрития и дори създадоха възможност за успешно покриване на много по-големи разстояния, което днес може да даде нов тласък на развитието на дългопролетното строителство.

Известно е, че покриването на големи участъци през цялото време на развитието на нашата цивилизация интересуваше и привличаше вниманието не само на архитекти и строители, но и на обикновени хора. Създаването на величествени структури с големи разстояния винаги е било показател за напредналото развитие на инженерството, както и за техническата и финансова мощ на страните, способни да изградят такива структури.

Какво е многолентово въже и как работи?

За да разберем как работи покритието на кабела с няколко колана, трябва да си представим дизайна на всяко известно покритие с голям участък, което е било използвано за блокиране на участъка между две носещи сгради. (например пространствена напречна плоча). Ако обхватът е достатъчно голям, тогава това покритие неизбежно ще се огъне под собствената си тежест и когато е изложено на допълнителни външни натоварвания (от сняг, вятър и т.н.), може да се срути. Но за да не се случи това и дългопролетното покритие да се срути, под него опъваме високоякостни стоманени кабели на няколко реда (пояси), от една опорна сграда до друга, опъваме ги и ги монтираме (на определени разстояния по дължината на кабелите) между ремъците на получените кабелни системи, дистанционни стълбове и между съседни кабели във всички ремъци на кабелната система - дистанционери и/или опънати проводници. Многолентовото обвързване помага да се гарантира, че при всяка дължина на участъка кабелната система е двойно изпъкнала и поддържа въпросното провиснало покритие отдолу.

В същото време в покритието, поради напрежението на кабелите и работата на дистанционните стълбове, не само ще изчезне получената деформация, но и ще се появи деформация с обратен знак - нагоре. Това позволява на покритието не само да не се срутва под въздействието на екстремни натоварвания върху него, но, напротив, ще допринесе за възможността то да поеме значителни допълнителни натоварвания, в съответствие с конструктивните характеристики на кабелната система, която ще бъде възложена към него от проекта.
Експертите разбират, че система от предварително напрегнати кабелни конструкции, поддържащи твърдо, издръжливо и стабилно покритие, е невъзможна без мощни опорни елементи (получаващи хоризонтални компоненти от тягата на кабелната система), както и стабилизираща система, която поема всички временни натоварвания върху покритието , включително отрицателно налягане на вятъра . Поради това предложената концепция за изграждане на БСЗС отчита всички условия, необходими за тези структури.
Така че, за да се направи покритието на многолентовия кабел непроменимо под въздействието на временни натоварвания, допълнително се предвижда с помощта на въжени въжета да се добави допълнително натоварване към покритието с изчислената стойност. В същото време покриващите профили са прикрепени към основите на носещите сгради, което избягва увеличаването на натоварването върху тези основи от допълнителното тегло на дългопролетното покритие, причинено от напрежението на момчетата.

В резултат на съвместната работа на многолентовата кабелна система и разположеното върху нея остъклено рамково покритие се формира единично, леко и надеждно полупрозрачно кабелно покритие с голям обхват, което днес е в състояние да покрие разстояния от 200-350 метра или по.
Ясно е, че покривното покритие, основата на което са многолентови кабелни системи с дълги разстояния, може, ако желаете, да бъде направено от всеки хидротоплоизолационен материал, включително полупрозрачен. Например, в условия на ниски температури на околната среда, най-добрият полупрозрачен материал днес са многокамерните прозорци с двоен стъклопакет.

Предимствата на многолентовите кабелни системи пред известните в момента технически решения, използвани за покриване на големи участъци, са очевидни. Това е много значителна здравина и надеждност на такива системи, отлична носеща способност, лекота на конструкциите, възможност за покриване на значително по-големи разстояния, по-добра пропускливост на светлината на покритието, няколко пъти по-ниска консумация на метал от конструкции и в резултат на това относително висока ценацялостно покритие.

Приложение на многолентови кабелни системи.

Трябва да се отбележи, че технологията за покриване на големи и изключително големи участъци с помощта на многолентови кабелни системи ще направи възможно изграждането на конструкции с голямо разнообразие от обеми, форми и цели. Това могат да бъдат: най-големите хангари и производствени цехове, закрити стадиони за лека атлетика и футбол, големи обществени пространства, развлекателни и търговски центрове, жилищни райони под полупрозрачна обвивка, големи стъклени пирамиди и куполи (в които голямо разнообразие от многофункционални недвижими имоти могат да се поставят комплекси или корпоративни центрове). Многолентовите кабелни системи също могат да бъдат полезни при изграждането на нов дизайн на висящи мостове с голям размах, особено на места, където изграждането на други видове мостове е невъзможно или твърде скъпо.

Фиг. 12. Светопрозрачна конструкция под формата на ПИРАМИДА с височина 200м.

Изглежда, че изграждането на светопрозрачни комплекси с голям обхват трябва да се развива като блоково развитие. И един от най-зрелищните и оптимални първоначални варианти за такова функционално развитие може да бъде например формата на полупрозрачен блок под формата на правилна четириъгълна ПИРАМИДА (фиг. 11) със следните параметри:

• височина на пирамидата – 200 м;
• размери на основата - 300х300 м;
• базова площ (територия, защитена с полупрозрачни покрития) – 9,0 ха;
• площ на ограждащи конструкции - 150 000 m2;
• геометричният обем на пирамидата (P200) е 6,0 милиона кубически метра.

В такъв остъклен квартал, за да не се претрупва вътрешното пространство на комплекса, е разумно да има само 320-450 хил. кв.м полезна площ (надземна), заета от търговски и/или жилищни имоти и разположена основно в поддържащите сгради на този полупрозрачен комплекс. Останалият обем на конструкцията (повече от 4,0 милиона кубически метра) са многофункционални атриуми.

За сравнение, с увеличаване на височината на такава пирамида P200 (геометрично идеалната пирамида има съотношение 3:4:5) само с 50 метра, параметрите на P250 ще бъдат: основа - 375x375 m; Sbas = 14,1 хектара, Sglass = 235,0 хил. кв.м. Ще има почти двукратно увеличение на вътрешния обем на полупрозрачната конструкция, който в този случай ще бъде равен на 11,7 милиона кубически метра, а обемът на пространството, заето от търговски недвижими имоти, може да нарасне до 0,8 - 1,0 милиона квадратни метра. Освен това особено привлекателното е, че площта на ограждащите конструкции на пирамидата P250 почти ще се удвои! по-малко от общата площ на ограждащите конструкции на вътрешни носещи сгради. Специалистите трябва да разберат важността на това съотношение.
С по-нататъшно увеличаване на вътрешния обем на BSZS и придаване на куполообразна форма, намаляване на съотношението на площта на ограждащите конструкции на полупрозрачния комплекс към сумата от всички полезни площи вътрешни пространства(както и на сумата от площите на ограждащите конструкции на вътрешните сгради), ще се променят в много приятна прогресия, т.е. процесът на такова строителство ще става все по-икономически привлекателен!

Спортни центрове с полупрозрачно покритие.
Друга обещаваща област за използване на многолентови кабелни полупрозрачни покрития днес изглежда е изграждането на закрити футболни стадиони и други сгради с голям обхват. спортни съоръжения. Всяка година търсенето на закрити спортни стадиони в света се увеличава (например не само европейците и северноамериканците строят големи закрити стадиони за себе си, но и по-малко богати страни като Аржентина и Казахстан наскоро построиха такива структури, а Филипините сега строи, както се казва, най-големия закрит стадион в света). В очакване на подготовката за футболния шампионат през 2018 г. търсенето на такива съоръжения може да се появи и в Русия.

Уникалността и високата цена на съществуващите в момента спортни конструкции с голям обхват (с обхват от 120-150 m или повече) се крие във факта, че всяка такава конструкция се изпълнява с максималните възможности на строителната индустрия на мястото на нейното изграждане. , е свързано с множество сложни и точни изчисления на носещи конструкции, повишена отговорност и значителна материалоемкост на реализираните решения. Недостатъците на таваните на всички тези конструкции с голям обхват са едни и същи: те са сложни, обемисти, металоемки и следователно нерационални и изключително скъпи. В допълнение, поради мощните носещи метални конструкции на покритието, изолацията на всички закрити стадиони днес е изключително ниска, което прави много трудно поддържането на естествената тревна настилка на съвременните спортни аренив добро състояние.

Фиг. 13. Футболен стадион в Полша. На ЕВРО 2012 г.
Фиг. 14. Стадион Уембли е най-известният стадион в Англия

Изглежда, че използването на полупрозрачни многолентови кабелни покрития трябва радикално да промени това неблагоприятно състояние на нещата при изграждането на спортни съоръжения с голям обхват (скиците на фиг. 15-19 показват един от възможните варианти за изграждане на относително евтин закрит многофункционален спортен комплекс).

Ориз. 15-18 скици на голям закрит стадион.
.
1 и 2 – сгради, които служат като носещи конструкции за светлопрозрачното покритие;
4 – многолентови кабелни системи;
10 – опънати въжета;
11 – 3-лентов кабелен полупрозрачен капак;
18 и 19 – трибуни за зрители;
21 – самоносещи светлопрозрачни конструкции

Ориз. 19. Разрез на 3-ремъчна кабелна прозрачна обвивка (виж обозначение 4 и 11 на фиг. 17)

5 - метален кабел с висока якост;
6 - колан за покриване на кабели;
7 - дистанционна стойка;
8 - хоризонтален дистанционен разтег:
12 - полупрозрачни покривни елементи;
13 - рамкова структура на полупрозрачното покритие.

Многолентовите кабелни системи (4) (припокриващи се между опорите (1 и 2) са наклонени навън от конструкцията поради разликата във височините на носещите сгради и са основата за поставяне върху тях на плъзгащо се полупрозрачно покритие (11), изработени от рамкови конструкции (13) и светопрозрачни елементи (12).
Многолентовата кабелна система, въжетата (10) и други специални технически решения ще осигурят на покритието на кабела необходимата твърдост и устойчивост на възприемане на всички проектни натоварвания.
Между носещите сгради (1 и 2) по контура на външните стени на стадиона са предвидени самоносещи светопрозрачни конструкции (21), които правят контура на външните стени затворен.
Използването на многолентови кабелни покрития ще може да осигури на всички нови стадиони най-простия, надежден и сравнително евтин дизайн на полупрозрачно покритие, като в същото време осигурява по-добра изолация на арената, отколкото при всички закрити стадиони, построени до момента .

Изграждането на дълги многолентови кабелни прозрачни покрития днес не е много трудна задача, тъй като в строителната практика има дългогодишен опит в използването на дълги кабелни покрития, които основно използват същите технически решения, материали, продукти и оборудване и същите технически специалисти.

Голям и красив, закрит и удобен модерен спортен център е необходим на всеки развиващ се град, не само за провеждане на спортни състезания в прилични условия през цялата година, но и за широко приобщаване на градското население към активен спорт и тяхното лично здраве. За тази цел един многофункционален спортен комплекс може да включва не само висококачествено футболно игрище, множество фитнес зали, басейни и фитнес центрове, но и всякакъв избор от съоръжения за развлекателни и образователни тренировки по различни спортове, както и високата част на спортен комплекс, при желание може да приеме хотелски и офис центрове в близост до профила на обекта.

С помощта на най-добрите специалисти строителни фирми(например френски " Freyssinet International & Cie"или японски "TOKYO ROPE MFG.CO, LTD.", които са световни лидери в проектирането и производството на вантови конструкции), е възможно днес да започне изграждането на предложените полупрозрачни обекти с голям обхват.

Фиг. 20. Куполообразна защитна конструкция с полупрозрачно покритие.

Перспективи за архитектурата на светлопрозрачни комплекси с голям обхват.

Огромните атриумни пространства на BSZS могат да съчетаят много задачи. Например атриуми с обем от милиони кубични метри ще могат да поберат едновременно най-големия луксозен воден парк, пълноценен спортен стадион и много повече. Но изглежда, че в бъдеще повечето БСЗС ще предпочетат възможността да разположат в своите атриумни пространства обширни и уютни озеленени градини със спортни и детски площадки, фонтани и водопади, заграждения с екзотични животни и живописни езера, открити басейни и кафенета на тревните площи. В крайна сметка всяка такава вечнозелена цъфтяща градина ще даде възможност на жителите и гостите на БСЗС да общуват ежедневно с дивата природа - както в най-горещите летни месеци, така и в дългите дъждовни дни на есента, и в снежните студени месеци на зимата.

Борците за опазване на природата трябва да харесат факта, че по време на изграждането на БСЗС се засилва процесът на проникване на живата природа в огромните изкуствени полупрозрачни конструкции. Чрез заемане на специално подготвени за това пространства в БСЗС и формиране на устойчиви екосистеми в тях (с активната помощ на човека), природата ще може да изпълни качествено архитектурните обекти на бъдещето, като ги направи по-функционални и по-привлекателни за хората. В същото време в атриумните пространства, организирани от хората, несъмнено ще се случи най-добрият BSZS, мутуализъм (взаимноизгодно съжителство) на природата и човека.

Фиг.21-22. Атриуми на американски хотели, собственост на известните Gaylord Hotels.

Положителните резултати, които ще се получат при изграждането на БСЗС напълно отговарят на нуждите на съвременното градоустройство. Това е икономическата и екологична привлекателност на структурите; интензивно развитие на изкуствените човешки местообитания, тясно свързани с природната среда и осигуряване на Високо качествоЖивотът на хората; формирането на нов тип екоградове и подобряването на екологичната ситуация в съществуващите мегаполиси; появата на нови популярни области за развитие на техническия прогрес и значителни икономии на природни ресурси.

По много критерии БСЗС отговаря най-добре на принципите на Зелените сгради и ще допринесе не само за подобряване на качеството на строителните проекти, но и за опазване на околната среда.

Изграждането на БСЗС ще помогнерешиследните важни задачи на „устойчивото развитие” и изискванията на „зелените” стандарти LEED, BREEAM, DGWB:
- намаляване на потреблението на енергия и материални ресурси от сградите;
- намаляване на неблагоприятните въздействия върху естествените екосистеми;
- осигуряване на гарантирано ниво на комфорт в човешката среда;
- създаване на нови енергоефективни и енергоспестяващи продукти, нови работни места в секторите производство и поддръжка;
- формиране на обществено търсене на нови знания и технологии в областта на възобновяемата енергия.

Атриумите от полупрозрачни конструкции със сигурност ще върнат нашите дворове към предишната им актуалност и уместност, като новосъздадено обществено пространство, очарователно в много отношения, освободено от автомобили и изпълнено с слънчева светлина, уют, комфорт.

Конструктивните характеристики на BSZS и тяхното разумно използване ще позволят в бъдеще да се оптимизира конструкцията на такива конструкции по такъв начин, че изграждането на комплекс от сгради, покрити с полупрозрачен купол, ще бъде много по-евтино от изграждането на същия комплекс от сгради при същите условия, но без защитен купол.
Така че, очевидно е, че цената на полупрозрачното покритие и експлоатационните разходи (с правилно и целенасочено движение в тази посока) ще намалеят с увеличаване на обема на конструкцията (не в абсолютно измерване, но спрямо разходите за 1 кв.м полезна площ). Това естествено заключение се потвърждава от обикновената логика, здравия разум и математиката.
А няколкократното намаляване на площта на ограждащите конструкции на BSZS, спрямо сумата от площите на ограждащите конструкции на вътрешните сгради, неизбежно ще доведе до намаляване на потреблението на енергия за отопление на комплекса BSZS и за неговата климатизация, спрямо същия обем на обикновени сгради, които не са защитени от полупрозрачна обвивка.
В същото време всички вътрешни сгради на BSZS ще имат опростено завършване на външните стени (без скъпи покрития и липса на изолация), а отворите на прозорците няма непременно да бъдат остъклени с прозорци с двоен стъклопакет, което неизбежно ще се отрази на цената на основите. Основните отоплителни и климатични системи на вътрешните сгради могат да бъдат преместени в атриумни пространства, което ще направи вътрешния живот и офис помещенияпо-прости, по-ефективни и т.н.

Новите еко-градове в бъдеще, изглежда, може да се състоят главно от BSZS, разположени близо една до друга и възможно най-автономни. Такива полупрозрачни конструкции ще бъдат изградени сред дивата природа и интегрирани в естествения ландшафт, а също така ще бъдат свързани помежду си и с други градове чрез най-модерните високоскоростни транспортни комуникации. Това вероятно ще доведе не само до пълен отказ от много жители на екоградовете на бъдещето от лични Превозно средство, поради тяхната безполезност, но също така ще могат да премахнат трайно местата на опасно пресичане на потоци от хора с потоци от автомобили.

Но най-важният резултат от изграждането на еко-устойчиви светопрозрачни конструкции с голям обхват е разширяването и подобряването на комфортна среда за хората, без отрицателни последици за природата.

Санкт Петербург
09.06.2013 г

Бележки :
. Купол над Хюстън" - http://youtu.be/vJxJWSmRHyE ;
. Най-голямата палатка в света
- http://yo www.youtube.com/watch utu.be/W3PfL2WY5LM ;
. "Тропически острови" - www.youtube.com/watch ;
. град Масдар - www.youtube.com/watch;
. Висящ мост с дълъг обхват -
.

Библиография :
1. Марк Витрувий Полион, de Architectura - дело на Витрувий в превод на английскиГвилта (1826);
2. Л. Г. Дмитриев, А. В. Касилов. "Вантови покрития". Киев. 1974 г.;
3. Зверев А.Н. Покривни конструкции с голям обхват за обществени и промишлени сгради. Санкт Петербургски държавен строителен университет - 1998 г.;
4. Кирсанов Н.М. Окачени и вантови конструкции. Стройиздат - 1981 г.;
5. Смирнов В.А. Висящи мостове с големи участъци. Висше училище.1970 г.;
6. Евразийски патент № 016435 - Защитна конструкция с полупрозрачно покритие с голям размах - 2012 г.;
7.

Фиг.23-28. Атриуми на американската верига луксозни хотели "Gaylord Hotels".

от функционално предназначение Сградите с голям обхват могат да бъдат разделени на:

1) обществени сгради (театри, изложбени павилиони, кина, концертни и спортни зали, закрити стадиони, пазари, гари);

2) сгради със специално предназначение (хангари, гаражи);

3) промишлени сгради (авиационни, корабостроителни и машиностроителни заводи, лабораторни сгради от различни индустрии).

Носещи конструкции по проектна схемасе разделят на:

блок,

сводест,

структурен,

Купол,

висящ,

Мрежести черупки.

Изборът на една или друга схема на носещи конструкции на сграда зависи от редица фактори: обхвата на сградата, архитектурно-планировъчното решение и формата на сградата, наличието и вида на окачения транспорт, изискванията за твърдостта на покритието, вида на покрива, аерацията и осветлението, основата за фундаменти и др.

Конструкциите с големи разстояния са обекти на индивидуално строителство, техните архитектурни и конструктивни решения са много индивидуални, което ограничава възможностите за типизиране и унифициране на техните структури.

Конструкциите на такива сгради работят главно при натоварване от собственото тегло на конструкцията и атмосферни влияния.

1.1 Гредови конструкции

Гредовите покривни конструкции с голям размах се състоят от основни носещи напречни конструкции под формата на плоски или пространствени ферми (обхват на фермите от 40 до 100 m) и междинни конструкции под формата на връзки, греди и покрив.

Според схемата на стопанството има: с успоредни пояси, трапецовидни, многоъгълни, триъгълни, сегментни (виж схемите на фиг. 1).

Височина на фермата hf=1/8 ÷ 1/14L; наклон i=1/ 2 ÷ 1/15.

Триъгълни ферми hf= 1/12 ÷ 1/20L; наклон на поясите i=1/5 ÷ 1/7.

Фиг. 1 - Схеми на строителни ферми

Напречни сечения на фермите:

Когато L > 36m, една от опорите на гредоредната ферма е монтирана подвижно.

Оформление на покритието- вертикалните и хоризонталните връзки по дължината на покритието са решени подобно на промишлени сгради с покривни ферми.

А) нормално оформление

стена

б) сложно оформление - с греди:

PF

Използват се схеми за покритие на греди:

За всякакви видове носещи конструкции - тухлени или бетонни стени, колони (метални или стоманобетонни);

Когато носещите конструкции не могат да поемат силите на натиск;

При изграждане на сгради върху слягащи или карстови почви и подкопани площи.

Трябва да се отбележи, че покривните схеми с греди са по-тежки от рамковите и сводестите, но са лесни за производство и монтаж.

Изчисляването на ферми се извършва с помощта на методите на структурната механика (подобно на изчисляването на ферми на промишлени сгради).

1.2 Рамкови конструкции

За участъци се използват рамкови конструкции за изграждане на покриви

L=40 - 150m, при обхват L > 150m стават неикономични.

Предимства на рамковите конструкцииВ сравнение с гредите това означава по-малко тегло, по-голяма твърдост и по-малка височина на напречните греди.

недостатъци- голяма ширина на колоните, чувствителност към неравномерно слягане на опори и промени в T o.

Рамковите конструкции са ефективни, когато линейната коравина на колоните е близка до линейната коравина на напречните греди, което прави възможно преразпределянето на силите от вертикални натоварвания и значително облекчаване на напречните греди.

При покриване на големи разстояния, като правило, се използват рамки с двойни панти и без панти с голямо разнообразие от форми (виж фиг. 2).

Ориз. 2 - Схеми на проходни рамки

Рамките без панти са по-твърди и икономични по отношение на консумацията на материали, но те изискват изграждането на мощни основи и са чувствителни към промените в температурата.

За големи разстояния и натоварвания напречните греди на рамката са проектирани като тежки ферми; за сравнително малки разстояния (40-50 m) те имат същите сечения и компоненти като леките ферми.

Напречните сечения на рамките са подобни на гредовите ферми.

Оформление на рамката и корицатаот рамкови конструкции е подобно на решението на рамки на промишлени сгради и греди.

Статичните изчисления на рамковите конструкции се извършват с помощта на методите на строителната механика и специално разработени компютърни програми.

Тежките проходни рамки са проектирани като решетъчни системи, като се вземе предвид деформацията на всички решетъчни пръти.

1.3 Аркови конструкции

Сводестите покривни конструкции за сгради с дълги разстояния се оказват по-рентабилни по отношение на потреблението на материали от греди и рамкови системи. Въпреки това, в тях възниква значителна тяга, която се предава през основите към земята или се организира затягане, за да я абсорбира (т.е. гасене на тягата в системата).

Моделите и очертанията на арките са много разнообразни: с двойни панти, с три панти, без панти (виж фиг. 3).

Най-благоприятната височина на арките: f=1/4 ÷ 1/6 обхват L.

Височина на арката:

Масивна стена 1/50 ÷ 1/80 L,

Решетка 1/30 ÷ 1/60 L.

Фиг.4- Схеми на поддържащи панти на арки и рамки (a - плочки,

b - пето колело, c - балансьор:

1 - плоча, 2 - ос, 3 - балансьор).

Ориз. 5- Ключови панти и арки

(a - плочка; b - балансиран; c - лист; d - завинтен)

След определяне на M, N, Q, сеченията на дъговите пръти се избират по същия начин като сеченията на фермите на стърнищата:

1.4 Пространствени структури на покрития на сгради с голям размах

При греди, рамки и сводести покривни системи, състоящи се от отделни носещи елементи, натоварването се предава само в една посока - по дължината на носещия елемент. При тези покривни системи носещите елементи са свързани помежду си чрез леки връзки, които нямат за цел да преразпределят натоварванията между носещите елементи, а само осигуряват тяхната пространствена стабилност, т.е. с тяхна помощ се осигурява покритие на твърдия диск.

В пространствените системи връзките се укрепват и участват в разпределението на товарите и тяхното прехвърляне към опорите. Натоварването, приложено върху пространствената конструкция, се предава в две посоки. Този дизайн обикновено е по-лек от плоския.

Пространствените конструкции могат да бъдат плоски (плочи) и извити (черупки).

За да се осигури необходимата твърдост, плоските пространствени системи (с изключение на висящите) трябва да бъдат с двоен пояс - образувайки мрежеста система по повърхността. Конструкциите с двоен колан имат две успоредни мрежести повърхности, свързани една с друга чрез твърди връзки.

Еднослойните структури с извита повърхностна система се наричат ​​едномрежови.

В такива конструкции принципът на концентрация на материала се заменя с принципа на многосвързаните системи. Производството и монтажът на такива конструкции е много трудоемък и изисква специални техники за производство и монтаж, което е една от причините за ограниченото им използване.

1.5 Пространствени мрежови системи плоски покрития

В строителството мрежестите системи с правилна структура, т.нар структурни проектиили просто структури, които се използват под формата на плоски покрития на големи обществени и промишлени сгради.

Плоските конструкции са конструкции, образувани от различни системи от напречни ферми (виж фиг. 6):

1) Конструкции, образувани от напречни ферми, движещи се в три посоки. Следователно те са най-твърдите, но по-трудни за производство. Това са конструкции с поясни мрежи от мащабирани триъгълници.

2) Конструкции, образувани от ферми, движещи се в две посоки. Това са конструкции с лентови мрежи, изработени от квадратни клетки.

3) Конструкции, образувани от ферми, също вървящи в две посоки, но подсилени с диагонали в ъгловите зони. Затова са по-жилави.

Предимства на структурите:

По-голяма пространствена твърдост: големи участъци могат да бъдат покрити с различни опорни контури или решетки на колони; получават изразителни архитектурни решения във височината на конструкцията.

Hструктури=1/12 - 1/20 L

Повторяемост на прътите - от стандартни и еднотипни пръти е възможно да се монтират покрития с различни разстояния и планови конфигурации (правоъгълни, квадратни, триъгълни и извити).

Позволява ви да прикрепите окачен транспорт и да промените посоката на движението му, ако е необходимо.

Структурните покривни системи могат да бъдат както с един участък, така и с много участъци, поддържани както от стени, така и от колони.

Монтирането на конзолни надвеси зад линията на опорите намалява изчисления момент на огъване на обхвата и значително улеснява конструкцията на покритието.

Ориз. 6- Диаграми на структурни покриващи решетки (а - с лентови мрежи, изработени от равностранни триъгълни клетки; b - с лентови мрежи, изработени от квадратни клетки; c - същото, подсилено с диагонали в условни зони: 1 - горни хорди,

2 - долни хорди, 3 - наклонени скоби, 4 - горни диагонали, 5 - долни диагонали, 6 - опорен контур).

Недостатъци на конструкциите- повишена сложност на изработка и монтаж. Пространствените стави на пръти (виж фиг. 7) са най-сложните елементи в конструкциите:

Вложка за топка (a);

На винтове (b);

Цилиндрична сърцевина с прорези, затегнати с един болт и шайби (c, d);

Заварен монтаж на сплескани краища на пръти (e).

Ориз. 7 - Интерфейсни възли за структурни пръти

Структурните структури са многократно статично неопределени системи. Точно изчислениете са сложни и се изпълняват на компютър.

При опростен подход конструкциите се изчисляват с помощта на методите на строителната механика - като изотропни плочи или като системи от напречни ферми без отчитане на въртящите моменти.

Големините на моментите и силите на срязване се определят с помощта на таблици за изчисляване на плочи: M плочи; Qplates - след това преминете към изчисляването на пръти.

1.6 Покрития на корпуса

За строителни покрития се използват цилиндрични черупки с една мрежа, двойна мрежа и черупки с двойна кривина.

Цилиндричните черупки (виж фиг. 8) са направени под формата на арки с опора:

а) праволинейна образуваща на контура

б) на крайните диафрагми

в) на крайни диафрагми с междинни опори

Фиг.8- Схеми за поддържане на цилиндрични черупки (1 - черупка;

2 - крайна диафрагма; 3 - връзки; 4 - колони).

Корпуси с една мрежа се използват за разстояния B не повече от 30 m.

Двойна мрежа - за големи разстояния B>30m.

На цилиндричната повърхност има пръти, които образуват мрежи от различни системи (виж фиг. 9):

Диамантена мрежа (a);

Ромбична мрежа с надлъжни ребра (b);

Ромбична мрежа с напречни ребра (c);

Ромбична мрежа с напречни и надлъжни ребра (d).

Най-простата мрежа с ромбичен модел, която се получава от леки стандартни пръти (∟, ○, □) от валцовани профили. Тази схема обаче не осигурява необходимата твърдост в надлъжна посока при прехвърляне на товара върху надлъжните стени.

Ориз. 9 - Мрежеста система от единични мрежести черупки

Твърдостта на конструкцията се увеличава значително при наличието на надлъжни пръти (диаграма "b") - конструкцията може да работи като корпус с обхват L. В този случай опората може да бъде крайни стени или четири колони с крайни диафрагми.

Най-твърди и изгодни са мрежите (модел "c"), които имат както надлъжни, така и напречни ребра (пръчки), а решетката на мрежата е насочена под ъгъл 45.

Изчисляването на черупките се извършва с помощта на методите на теорията на еластичността и методите на теорията на черупките. Черупки без напречни ребраизчислени като безмоментни гънки (метод на Ellers). Ако има напречни ребра, осигурявайки твърдостта на контура - според теорията на момента на Власов (свежда се до решаване на осемчленни уравнения).

При изчисляване чрез мрежести черупки, през повърхностите на конструкциите се заменят с твърди плочи с еквивалентна дебелина при работа при срязване, аксиално напрежение и компресия.

По-точни изчисления на мрежестите черупки се извършват на компютър с помощта на специално разработени програми.

Двойни мрежести черупкиизползва се при покриване на участъци с ширина над B>30m.

Техните конструктивни диаграми са подобни на тези на двойната мрежа плоски плочи- структури. Както в конструкциите, те се образуват от системи от напречни ферми, свързани по протежение на горните и долните пояси чрез специални връзки - решетка. Но в същото време в черупките основната роля при възприемането на силите принадлежи на извитите мрежести равнини; решетката, която ги свързва, участва по-малко в предаването на силите, но придава на структурата по-голяма твърдост.

В сравнение с черупките с една мрежа, черупките с двойна мрежа имат по-голяма твърдост и товароносимост. Те могат да покриват участъци на сгради от 30 до 700 m.

Те са проектирани под формата на цилиндрична повърхност, опираща се върху надлъжни стени или върху метални колони. В краищата на корпуса те почиват върху твърди диафрагми (стени, ферми, арки с вратовръзка и др.).

Най-доброто разпределение на силите в черупката е при B=L.

Разстоянието между мрежестите повърхности е h=1/20÷1/100R при f/B=1/6÷1/10.

Както в конструкциите, най-сложната е връзката на прътите.

Изчисляването на черупките с две мрежи се извършва на компютър с помощта на специално разработени програми.

За приблизително изчисляване на обвивката е необходимо да се намали прътовата система до еквивалентна твърда обвивка и да се установи модулът на срязване на средния слой, който е еквивалентен по твърдост на свързващата решетка.

1.7 Куполни покрития

Има четири вида куполни конструкции (виж фиг. 6): оребрени (а), оребрени пръстени (b), мрежести (c), радиално-лъчеви (d).

Ориз. 10- Куполни схеми

Оребрени куполи

Конструкциите на оребрените куполи се състоят от отделни плоски или пространствени ребра под формата на греди, ферми или полуарки, разположени в радиална посока и свързани помежду си с греди.

Горните пояси на ребрата образуват повърхността на купола (обикновено сферична). Покривът е положен по греди.

На върха, за да свържете отново ребрата, е монтиран твърд пръстен, който работи за компресия. Ребрата могат да бъдат шарнирно или неподвижно закрепени към централния пръстен. Двойка куполни ребра, разположени в една и съща диаметрална равнина и прекъснати от централен пръстен, се считат за единична, например дъгообразна конструкция (с две панти, с три шарнири или без панти).

Оребрените куполи са дистанционни системи. Разширението се възприема от стени или специален дистанционен пръстен във формата на кръг или многостен с твърди или шарнирни връзки в ъглите.

Между ребрата на определена стъпка се полагат пръстеновидни греди, върху които лежи покривната настилка. Презрамките, в допълнение към основното им предназначение, осигуряват обща стабилност на горния пояс на ребрата извън равнината, намалявайки проектната им дължина.

За осигуряване на цялостната твърдост на купола в равнината на гредите са разположени наклонени връзки между ребрата на определена стъпка, както и вертикални връзки за разединяване на вътрешния пояс на арката - между вертикалните връзки са разположени дистанционери.

Проектни натоварвания- собствено тегло на конструкцията, тегло на оборудването и атмосферни влияния.

Елементите на дизайна на куполното покритие са: ребра, опорни и централни пръстени, греди, наклонени и вертикални връзки.

Ако разширението на купола се възприема от дистанционен пръстен, тогава при изчисляване на арката пръстенът може да бъде заменен с условно затягане, разположено в равнината на всяка двойка полуарки (образувайки плоска арка).

При изчисляване на опорния пръстен - с често подреждане на арки (ребра) на купола, действието на техните тласъци може да бъде заменено с еквивалентно равномерно разпределено натоварване:

Куполи с оребрени пръстени

В тях презрамките с ребра образуват една твърда пространствена система. В този случай пръстеновидните греди работят не само при огъване от натоварването върху покритието, но и от реакциите на междинните ребра и възприемат пръстеновидни сили на опън или натиск, произтичащи от натиск в точката на опора на многообхватния полудиапазон. арки.

Теглото на ребрата (арките) в такъв купол е намалено поради включването на пръстеновидни греди като междинни опорни пръстени. Пръстенообразните ребра в такъв купол работят по същия начин като опорния пръстен в оребрен купол и при изчисляване на арки те могат да бъдат заменени с условно затягане.

При симетрично натоварванеИзчисляването на купола може да се извърши чрез разделянето му на плоски арки с връзки на нивото на пръстеновидните ребра (греди).

Мрежести куполи

Ако увеличите свързаността на системата в оребрен или оребрен купол, можете да получите мрежести куполи с шарнирни връзки на прътите в възлите.

При мрежестите куполи между ребрата (арките) и пръстените (пръстеновите греди) има скоби, благодарение на които силите се разпределят по повърхността на купола. В този случай прътите работят главно само върху аксиални сили, което намалява теглото на ребрата (арките) и пръстените.

Пръчките на мрежестите куполи се изработват от затворени профили (с кръгло, квадратно или правоъгълно сечение). Съединения на пръти като в конструкции или мрежести черупки.

Мрежестите куполи се изчисляват на компютър с помощта на специално разработени програми.

Те се изчисляват приблизително според безмоментната теория на черупките - като непрекъсната осесиметрична обвивка по формули от съответните теоретични справочници.

Куполи с радиална греда

Те представляват оребрени куполи, съставени от сегментирани полуферми, разположени радиално. В центъра сегментните полуферми са свързани към твърд пръстен (решетка или плътна стена с усилващи диафрагми).

1.8 Висящи покрития

Висящите покрития са тези, при които основните носещи елементи работят на опън.

Тези елементи използват пълноценно стомани с висока якост, тъй като тяхната носеща способност се определя от здравината, а не от стабилността.

Носещите опънати пръти - кабели - могат да бъдат направени гъвкави или твърди.

Твърд- изработени от извити I-образни греди.

Гъвкав- изработени от стоманени въжета (кабели), усукани от високоякостна тел с R = 120 kN/cm2 ÷ 240 kN/cm2.

Висящите покривни конструкции са една от най-обещаващите структурни форми за използване на високоякостни материали. Конструктивните елементи на висящите покриви са лесни за транспортиране и относително лесни за монтаж. Изграждането на окачени покрития обаче има редица трудности, чието успешно инженерно решение определя ефективността на покритието като цяло:

Първи недостатък- окачените покрития са разширителни системи и за поемане на натиск е необходима носеща конструкция, цената на която може да бъде значителна част от цената на цялото покритие. Намаляването на разходите за носещи конструкции може да се постигне чрез повишаване на ефективността на тяхната работа - създаване на покрития с кръгли, овални и други неправолинейни планови форми;

втори недостатък- повишена деформируемост на окачващите системи. Това се дължи на факта, че модулът на еластичност на усуканите кабели е по-малък от този на валцована стомана (Etrosa = 1,5 ÷ 1,8 × 10 5 MPa; E на валцувани пръти = 2,06 × 10 5 MPa), а еластичната работна зона на Стоманата с висока якост е много по-голяма от тази на обикновената стомана. По този начин относителната деформация на кабела в еластичния етап на работа, ε = G/E, е няколко пъти по-голяма, отколкото при елементи от обикновена стомана.

Повечето окачени покривни системи са системи за незабавно втвърдяване, т.е. системи, които работят еластично само при равновесни натоварвания, а под действието на неравномерни натоварвания в тях, освен еластични деформации, се появяват и кинематични премествания на системата, водещи до промяна в целостта на геометричната покривна система.

За да се намалят кинематичните движения, окачените покривни системи често са оборудвани със специални стабилизиращи устройства и предварително напрегнати.

Видове висящи схеми

1. Еднолентови системи с гъвкави кабели

Такива покривни системи са проектирани правоъгълни или извити в план, например кръгли (виж фиг. 11).

Те са предварително напрегнати стоманобетонни черупки, които работят на опън. Напрегнатата армировка в тях представлява система от гъвкави кабели, върху които при монтажа се полагат сглобяеми стоманобетонни плочи. По това време върху кабелите се поставя допълнителна тежест, която се отстранява след полагане на всички стоманобетонни плочи и запечатване на шевовете. Кабелите компресират стоманобетонните плочи и получената стоманобетонна обвивка получава предварително напрежение на натиск, което й позволява да поеме напрежението на опън от външни натоварвания и да осигури цялостната стабилност на конструкцията. Товароносимостта на покритието се осигурява от опъна на кабелите.

При правоъгълни покриви, тягата на кабелите се поема от носеща конструкция от момчета и анкери, фиксирани в земята.

Ориз. единадесет- Еднолентови покрития с гъвкави кабели

(a - правоъгълна в план; b - кръгла в план)

При покрития с кръгъл (овален) план тягата се предава към външния компресиран пръстен, лежащ върху колоните, и вътрешния (опънат) метален пръстен.

Провисването на кабелите на такива покрития обикновено е f=1/10÷1/20 L. Такива черупки са плоски.

Напречното сечение на покривните кабели се определя от инсталационното натоварване. В този случай кабелите работят като отделни нишки и разширението в тях може да се определи без да се отчитат деформациите им H=M/f, където M е моментът на гредата от проектното натоварване, f е провисването на нишката.

където V е реакцията на лъча.

2. Еднолентови системи с твърди кабели

Ориз. 12- 1 - надлъжни гъвкаво-твърди ребра; 2 - напречни ребра;

3 - алуминиева мембрана, t = 1,5 mm

В такива покрития огънатите твърди кабели, прикрепени към носещия колан, работят под действието на натоварване на опън с огъване. Освен това, под действието на равномерно натоварване, делът на огъване в напреженията е малък. Под действието на неравномерно натоварване, твърдите кабели започват силно да се съпротивляват на локално огъване, което значително намалява деформируемостта на цялото покритие.

Провисването на кабелите на такива покрития обикновено е 1/20 ÷ 1/30 L. Въпреки това, използването на твърди нишки е възможно само за малки разстояния, т.к. С увеличаване на разстоянието монтажът значително се усложнява и теглото им се увеличава. Такива твърди кабели могат да се използват за полагане на лек покрив, няма нужда от предварително напрягане (неговата роля се играе от твърдостта на кабела при огъване).

При равномерно натоварване тягата в кабелната опора се определя по формулата

H = 8/3 × [(EA)/(l 2 mо)] × (f+fо) × ∆f +Ho;

където ∆f=f–fо,

f - деформация при натоварване,

fo – начално провисване;

m1=1+(16/3)/(fo/l) 2

Моментът на огъване в средата на кабела се намира по формулата

M= q I 2 /8–Hf.

3. Еднострунни окачени покриви, опънати с помощта на напречни греди или ферми

Ориз. 13

Стабилизирането на такива системи с кабелни греди се постига или чрез увеличена маса на напречни и твърди на огъване елементи, или чрез предварително напрягане на разтегателни телове, които свързват напречните греди или ферми към основи или опори. По този начин се опъват леки покривни покрития.

Благодарение на твърдостта на огъване на напречните греди или ферми, покритието придобива пространствена твърдост, което е особено очевидно, когато конструкцията на обхвата е натоварена с локално натоварване.

4. Двуремъчни системи

Ориз. 14

Покритията от този тип имат две кабелни системи:

- Носители- с извивка надолу;

- Стабилизиращ- с извивка нагоре.

Това прави такава система незабавно твърда - способна да поема натоварвания, действащи в две различни посоки. Вертикалното натоварване причинява поддържащата нишка разтягане, а за стабилизиращия - компресия. Вятърното засмукване предизвиква сили с противоположен знак в кабелите.

В този вид покритие могат да се използват леки покриви.

5. Опънати мрежи във формата на седло

Ориз. 15

Покритията от този тип се използват за постоянни сгради и временни конструкции.

Покриваща мрежа:Носещите (надлъжни) кабели са извити надолу, стабилизиращите (напречни) кабели са извити нагоре.

Тази форма на покритие позволява мрежата да бъде предварително напрегната. Повърхността на покритието е лека различни материали: от стоманен лист до филм и тента.

Разстоянието между решетките е приблизително един метър. Точното изчисляване на мрежите на такива покрития е възможно само на компютър.

6. Мембрани от метална обвивка

Ориз. 16

Формата в план е елипса или кръг, а формата на черупките е доста разнообразна: цилиндрична, конична, куповидна, седловидна и шатровидна. Повечето от тях работят по пространствена схема, което го прави много изгодно и позволява използването на листове с дебелина 2 - 5 мм.

Изчисляването на такива системи се извършва на компютър.

Основен предимствоТакива покривни системи са комбинация от носещи и ограждащи функции.

Изолацията и хидроизолацията се полагат върху носещата обвивка без използване на покривни плочи.

Обвивните панели се произвеждат в завода-производител и се доставят за монтаж под формата на рула, от които цялата обвивка се сглобява на строителната площадка без използване на скеле.

Раздел 2. Листови структури

Листовите конструкции са конструкции, състоящи се предимно от метални листове и предназначени за съхранение и транспортиране на течности, газове и насипни материали.

Тези дизайни включват:

Резервоари за съхранение на петролни продукти, вода и други течности.

Газови резервоари за съхранение и разпределение на газове.

Бункери и силози за съхранение и обработка на насипни материали.

Тръбопроводи с голям диаметър за транспортиране на течности, газове и натрошени или втечнени твърди вещества.

Специални проекти за металургична, химическа и други индустрии:

Корпуси на доменни пещи

Въздушни нагреватели

Прахоуловители - скрубери, корпуси за електрофилтри и ръкавни филтри

Димни тръби

Солидни стени кули

Охладителни кули и др.

Такива листови конструкции заемат 30% от всички метални конструкции.

Условия на работа на листови конструкциидоста разнообразен:

Те могат да бъдат надземни, надземни, полувкопани, подземни, подводни;

Издържа на статични и динамични натоварвания;

Работа под ниско, средно и високо налягане;

Под въздействието на ниски и високи температури, неутрални и агресивни среди.

Те се характеризират с двуосновно напрегнато състояние и на местата, където са съединени с дъното и ребрата на твърдост, на местата, където са съединени черупки с различни кривини (т.е. на границата на промяна на радиуса на кривината), локални възникват големи напрежения, които бързо намаляват с отдалечаване от тези зони - това е така нареченият феномен на ефекта на ръба.

Листовите конструкции винаги съчетават носещи и ограждащи функции.

Заварените съединения на елементите на листовите конструкции се извършват от край до край, припокриване и от край до край. Връзките се осъществяват чрез автоматично и полуавтоматично електродъгово заваряване.

Повечето листови конструкции са ротационни черупки с тънки стени.

Черупките се изчисляват с помощта на методите на теорията на еластичността и теорията на черупките.

Листовите конструкции са проектирани за здравина, стабилност и издръжливост.

1.1 Резервоари

В зависимост от разположението си в пространството и геометричната форма се делят на цилиндрични (вертикални и хоризонтални), сферични и капковидни.

Въз основа на местоположението им спрямо нивото на планиране на земята се разграничават: надземни (върху опори), надземни, полузаровени, подземни и подводни.

Те могат да бъдат с постоянен и променлив обем.

Типът резервоар се избира в зависимост от свойствата на съхраняваната течност, режим на работа, климатични особеностистроителна площ.

Най-разпространениполучиха вертикални и хоризонтални цилиндрични резервоари като най-лесни за производство и монтаж.

Вертикални резервоари с неподвижен покривса съдове с ниско налягане, в които се съхраняват петролни продукти с малък оборот (10 - 12 пъти годишно). Те създават свръхналягане в зоната пара-въздух до 2 kPa, а при изпразване - вакуум (до 0,25 kPa).

Вертикални резервоари с плаващ покрив и понтонизползва се за съхранение на петролни продукти с висока оборотност. В тях практически няма излишно налягане и вакуум.

Резервоарите с високо налягане (до 30 kPa) се използват за дългосрочно съхранение на петролни продукти с оборот не повече от 10 - 12 пъти годишно.

Сферични резервоари- за съхранение на големи количества втечнени газове.

Резервоари във формата на капка- за съхранение на бензин с високо налягане на парите.

Вертикални резервоари

Ориз. 17

Основни елементи:

Стена (тяло);

Покрив (покрития).

Всички конструктивни елементи са изработени от листова стомана. Те са лесни за производство и монтаж и са доста икономични по отношение на потреблението на стомана.

Установени са оптималните размери на вертикален цилиндричен резервоар с постоянен обем, при който разходът на метал ще бъде най-малък. Така резервоар със стена с постоянна дебелина има минимална маса, ако

[(mdn + mpok) / mst] = 2, а стойността на оптималната височина на резервоара се определя по формулата

където V е обемът на резервоара,

∆= t ден+t добавяне. Покрийте - сумата от намалената дебелина на дъното и покритието,

tst. - дебелина на стената на корпуса.

При резервоари с голям обем дебелината на стената варира по височина. Масата на такъв резервоар ще бъде минимална, ако общата маса на дъното и капака е равна на масата на стената, т.е. mday + mcover = mst.

В такъв случай

където ∆= tден. + тприв. Покрийте,

n - коефициент на претоварване,

γ е. - специфично тегло на течността.

Дъно на резервоара

Тъй като дъното на резервоара лежи по цялата си площ върху пясъчна основа, то изпитва незначителни напрежения от налягането на течността. Следователно дебелината на долния лист не се изчислява, а се взема структурно, като се вземе предвид лекотата на монтаж и устойчивостта на корозия.

При V≤1000m и D<15м → tдн = 4мм; при V>1000m и D=18-25m → tdn = 5mm; при D > 25m → tdn = 6mm. Ориз. 18

Листовете на долните панели са свързани помежду си по надлъжните ръбове с припокриване с припокриване от 30 - 60 mm на ден. = 4 - 5mm, а при tday = 6mm - се изпълняват от край до край. Външните листове - "ръбове" - са с 1-2 мм по-дебели от листите в средната част на дъното. Всичко се доставя от производителя на рула (Q ≤ 60t).

Конструкция на стена:

Ориз. 19

Стената на резервоара се състои от множество ленти с височина, равна на ширината на листа. Ремъците са свързани един към друг от край до край или се застъпват телескопично или стъпаловидно. Челното съединяване се извършва главно във фабриката на производителя (по-рядко по време на монтажа), докато припокриването се извършва както във фабриката, така и по време на монтажа.

Общ метод за конструиране на резервоари е чрез валцуване.

Изчисляване на якостта- стената на корпуса е носещ елемент и се изчислява по метода на граничното състояние в съответствие с изискванията на SNiP 11-23-81