Gebäude mit großer Spannweite. Bauen & Konstruktion. Doppelwandige Abschnitte aus Fachwerkgurten. Die Querschnitte der Bogenstäbe können einwandig oder doppelwandig sein. Rahmen und Bögen sind statisch unbestimmte Systeme. Weitspannige Gebäude Gebäude und Bauwerke

Weitgespannte Bauwerke spielen in der Weltarchitektur eine bedeutende Rolle. Und dies wurde bereits in der Antike festgelegt, als diese besondere Richtung der architektonischen Gestaltung tatsächlich entstand.

Die Idee und Umsetzung langfristiger Projekte ist untrennbar mit dem Hauptwunsch nicht nur des Bauherrn und Architekten, sondern der gesamten Menschheit verbunden – dem Wunsch, den Weltraum zu erobern. Deshalb ab 125 n. Chr. h., als das erste in der Geschichte bekannte Bauwerk mit großer Spannweite, das Pantheon von Rom (Basisdurchmesser - 43 m), entstand, und endend mit den Kreationen moderner Architekten erfreuen sich Bauwerke mit großer Spannweite besonderer Beliebtheit.

Geschichte weitgespannter Bauwerke

Wie oben erwähnt, war das erste das Pantheon in Rom, das 125 n. Chr. erbaut wurde. e. Später entstanden weitere majestätische Gebäude mit weitgespannten Kuppelelementen. Ein markantes Beispiel ist die Kirche Hagia Sophia, die 537 n. Chr. in Konstantinopel erbaut wurde. e. Der Durchmesser der Kuppel beträgt 32 Meter und verleiht dem gesamten Bauwerk nicht nur Majestät, sondern auch erstaunliche Schönheit, die bis heute sowohl von Touristen als auch von Architekten bewundert wird.

Damals und später war es unmöglich, leichte Bauwerke aus Stein zu bauen. Daher zeichneten sich Kuppelbauten durch große Massivität aus und ihre Errichtung erforderte einen erheblichen Zeitaufwand – bis zu hundert Jahre oder mehr.

Später wurden sie zum Anordnen von Böden großer Spannweiten verwendet Holzkonstruktionen. Ein markantes Beispiel hierfür ist die Errungenschaft der Wohnarchitektur – die ehemalige Manege in Moskau wurde 1812 erbaut und hatte in ihrer Gestaltung Holzspannweiten von 30 m Länge.

Das 18.-19. Jahrhundert war geprägt von der Entwicklung der Eisenmetallurgie, die neue und haltbarere Baumaterialien hervorbrachte – Stahl und Gusseisen. Dies markierte in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts die Entstehung weitgespannter Stahlkonstruktionen, die erhalten blieben tolle Anwendung in der russischen und Weltarchitektur.

Der nächste Baustoff, der die Möglichkeiten der Architekten deutlich erweiterte, waren Stahlbetonkonstruktionen. Dank der Entstehung und Verbesserung von Stahlbetonkonstruktionen wurde die Weltarchitektur des 20. Jahrhunderts durch dünnwandige Raumstrukturen ergänzt. Gleichzeitig begannen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts hängende Abdeckungen, Stangen- und pneumatische Systeme weit verbreitet zu sein.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts kam auch Schichtholz auf den Markt. Die Entwicklung dieser Technologie hat es ermöglicht, Holzkonstruktionen mit großer Spannweite „wieder zum Leben zu erwecken“, besondere Indikatoren für Leichtigkeit und Schwerelosigkeit zu erreichen und den Weltraum zu erobern, ohne Kompromisse bei Festigkeit und Zuverlässigkeit einzugehen.

Weitspannige Bauwerke in der modernen Welt

Wie die Geschichte zeigt, zielte die Logik der Entwicklung weitgespannter Tragwerkssysteme darauf ab, die Qualität und Zuverlässigkeit der Konstruktion sowie den architektonischen Wert des Bauwerks zu verbessern. Durch die Verwendung dieser Art von Struktur konnte das Potenzial der Tragfähigkeitseigenschaften des Materials voll ausgeschöpft werden, wodurch leichte, zuverlässige und wirtschaftliche Böden geschaffen wurden. All dies ist für einen modernen Architekten besonders wichtig, wenn im modernen Bauwesen die Reduzierung des Gewichts von Bauwerken und Bauwerken in den Vordergrund gerückt ist.

Aber was sind weitgespannte Strukturen? Hier gehen die Expertenmeinungen auseinander. Einzeldefinition Nein. Einer Version zufolge handelt es sich dabei um jedes Bauwerk mit einer Spannweite von mehr als 36 m. Einer anderen zufolge handelt es sich um Bauwerke mit einer freitragenden Überdeckung von mehr als 60 m Länge, obwohl sie bereits als einzigartig eingestuft werden. Zu letzteren zählen auch Gebäude mit einer Spannweite von mehr als hundert Metern.

Aber unabhängig von der Definition ist der modernen Architektur auf jeden Fall klar, dass weitgespannte Gebäude komplexe Objekte sind. Und das bedeutet für den Architekten ein hohes Maß an Verantwortung, das er übernehmen muss zusätzliche Maßnahmen Sicherheit in jeder Phase – Architekturentwurf, Bau, Betrieb.

Ein wichtiger Punkt ist die Wahl des Baumaterials – Holz, Stahlbeton oder Stahl. Neben diesen traditionellen Materialien kommen auch spezielle Stoffe, Kabel und Kohlefaser zum Einsatz. Die Wahl des Materials richtet sich nach den Aufgaben des Architekten und den Besonderheiten der Konstruktion. Betrachten wir die wichtigsten Materialien, die im modernen Weitspannbau verwendet werden.

Perspektiven für den Weitspannbau

Unter Berücksichtigung der Geschichte der Weltarchitektur und des unvermeidlichen Wunsches des Menschen, den Raum zu erobern und perfekte architektonische Formen zu schaffen, können wir mit Sicherheit eine stetig zunehmende Aufmerksamkeit für weitgespannte Bauwerke vorhersagen. Bei den Materialien wird neben modernen High-Tech-Lösungen auch FCC, eine einzigartige Synthese aus traditionellem Material und moderner High-Tech, zunehmend berücksichtigt.

Was Russland betrifft, so wird angesichts des Tempos der wirtschaftlichen Entwicklung und des ungedeckten Bedarfs an Einrichtungen für verschiedene Zwecke, einschließlich Handels- und Sportinfrastruktur, das Bauvolumen von Gebäuden und Bauwerken mit großer Spannweite ständig zunehmen. Dabei werden einzigartige Designlösungen, Materialqualität und der Einsatz innovativer Technologien eine immer wichtigere Rolle spielen.

Aber vergessen wir nicht die wirtschaftliche Komponente. Dies steht und bleibt im Vordergrund, und dadurch wird die Wirksamkeit einer bestimmten Material-, Technologie- und Designlösung berücksichtigt. Und in diesem Zusammenhang möchte ich noch einmal an die Konstruktion aus Schichtholz erinnern. Nach Ansicht vieler Experten liegt in ihnen die Zukunft des Weitspannbaus.

Weitspannige Abdeckungen moderner Industriebauten, aber auch großer öffentlicher Gebäude wie z.B Sporthallen, Sportpaläste, Gebäude moderner Super- und Hypermärkte, können als weitgespannte flächige oder räumliche Strukturen konzipiert werden. Sie unterscheiden sich in der Art ihrer statischen Arbeit. In flächigen Strukturen arbeiten alle Elemente unter Last in der Regel autonom in eine Richtung und nehmen nicht am Betrieb der mit ihnen verbundenen Strukturen teil. In räumlichen Strukturen wirken alle oder die meisten Elemente in zwei Richtungen zusammen. Dank dieser gemeinsamen Arbeit werden die Steifigkeit und Tragfähigkeit der Struktur erhöht und der Materialverbrauch für ihre Konstruktion reduziert.

Flächentragwerke mit großer Spannweite sind Balken und Dachstühle. Balken können rechteckig oder giebelförmig sein. Der Untergurt des Balkens arbeitet auf Zug und der Obergurt auf Druck. Daher sollte die Hauptarbeitsbewehrung im Untergurt platziert werden und der Abschnitt des Obergurts sollte über eine große Betonfläche verfügen, die bei Druck gut funktioniert. An den Stützen müssen die Balken verdickt werden, um die maximale Querkraft aus den Stützreaktionen aufzunehmen. Dies wird in den entsprechenden Lehrveranstaltungen der Strukturmechanik und Tragwerke behandelt. Die Trägerspannweiten überschreiten 18 m nicht.

Spannweiten von 15, 18, 24 m und mehr werden mit stabbasierten Flächentragwerken – Fachwerken – abgedeckt. In Abb. Abbildung 13.48 zeigt Fachwerktypen, die sich in der Form und teilweise auch im statischen Betrieb unterscheiden. Fachwerke können aus Stahlbeton, Stahl oder Holz bestehen. Ein Beispiel für Holzfachwerke sind die vom Ingenieur A. A. Betancourt entworfenen und gebauten Fachwerke zur Abdeckung der 24 Meter langen Spannweite der Zentralen Ausstellungshalle in der ehemaligen Manege am Maneschnaja-Platz in Moskau, die nach der Restaurierung nach dem Brand eine gute Innenansicht bietet.

Reis. 13.48.

A – Haupttypen landwirtschaftlicher Betriebe; B - ein Knoten, der ein Fachwerk mit parallelen Gurten auf einer Säule bei „Null“-Bindung (entlang der Außenkante der Säule) trägt; V – das gleiche, vieleckig mit einem Bezug von 250 und 500 mm; d – das gleiche, dreieckig mit „Null“-Bezug; 1 – Stütze; 2 - Spalte; 3 – Fachwerk-Querlatte

Dazu die ältesten Stab-Pfosten-Riegel-Systeme von Fachwerkbauten aus der Mitte des 20. Jahrhunderts. umgesetzt räumliche Kreuzstabsysteme.

Traversensysteme werden aus sich im Winkel von 90 oder 60° kreuzenden linearen Elementen (Fachwerkträger oder Balken) gebildet, die ein rechteckiges, dreieckiges oder diagonales Netz bilden (Abb. 13.49). Gemeinsam Raumarbeit Sich kreuzende lineare Elemente erhöhen die Steifigkeit der Struktur erheblich. Im Vergleich zu herkömmlichen Belägen aus einzelnen Flächenelementen kann die Aufbauhöhe des Belags um mehr als die Hälfte reduziert werden. Der Einsatz von Kreuzstabsystemen eignet sich am besten für die Abdeckung quadratischer, runder und vieleckiger Räume mit Proportionen von 1:1 bis 1:1,25. Um die Hauptspannweiten zu entlasten, empfiehlt es sich, auskragende Überhänge mit einer Querüberdeckung von 0,20–0,25 Mal der Größe der Hauptspannweite anzubringen.

Reis. 13.49.

a–f – Diagramme von Kreuzsystemen; h – j – Position der Stützen unter dem Kreuzsystem; l – Querstabbeschichtung; M – Unterstützungsmöglichkeiten und Arten der Unterstützung; L – Spannweite der Struktur; L K – Konsolenabsturz; 1 – unterstützt; 2 – angrenzendes tragendes Element (Balken oder Fachwerk); 3 – Kernel; 4 – Verbinder; 5 – Unterstützung des Querstangensystems

Es gibt Kreuzrippen- und Kreuzstabsysteme. Kreuzgerippt aus Metall- oder Stahlbetontanks oder aus Brettelementen. Querstange Die Strukturen bestehen hauptsächlich aus Metall in Form von Systemen aus zwei oder vier flachen Gitterscheiben, die in zwei Richtungen durch geneigte Stäbe befestigt sind und eine Reihe identischer Pyramiden bilden, deren Spitzen unten liegen und die durch die Stäbe des unteren Gitters befestigt sind Scheibe.

Bogen ist eine flache Raumstruktur in Form eines Balkens mit krummlinigem (kreisförmigem, parabolischem usw.) Umriss (Abb. 13.50, A). Das Ego ist wie eine Zwischenkonstruktion zwischen Planarem und Räumlichem. In Bögen treten hauptsächlich Druckkräfte und nur unter bestimmten Bedingungen Biegekräfte auf. Daher können Bögen viel größere Spannweiten überbrücken als Balken. Allerdings übertragen Bögen im Gegensatz zu Balken nicht nur vertikale, sondern auch horizontale Kräfte auf die Stützen – Raster Daher müssen die Stützen kraftvoll und verstärkt sein Strebepfeiler. Der Schub kann auch gelöscht werden, indem man die Fersen des Fußgewölbes anspannt und unter Spannung arbeitet.

Zylindrisches Gewölbe(Abb. 13.50, 6) - eine räumliche Struktur aus vielen Bögen mit einer Krümmung in eine Richtung. Die Erzeugende in einem zylindrischen Gewölbe ist eine gerade Linie, die entlang einer Führung (entlang des Bogenbogens) eine gekrümmte Fläche bildet. Eine solche Oberfläche ist praktisch für den Bau, da Sie für ihre Herstellung eine einfache Schalung aus geraden Brettern verwenden können, die in gebogenen „Kreisen“ verlegt sind.

Der Schnittpunkt zweier Tonnengewölbe mit demselben Hubausleger ( F ) Formen Kreuzgewölbe, bestehend aus vier gleichen Teilen eines zylindrischen Gewölbes - Abstreifer und mit vier Stützen (Abb. 13.50, V).

Reis. 13.50.

A - Bogen; B - Tonnengewölbe; V – Kreuzgewölbe; G - geschlossener Tresor: D – Kuppel; e – Segelgewölbe; Und – flache Schale; H - Tonnengewölbe; Und – Tabletttresor; Zu – Oberfläche in Form eines hyperbolischen Paraboloids; l – eine Hülle aus vier Schalen in Form eines hyperbolischen Paraboloids; 1 – Anziehen; 2 – Abisolieren; 3 - Wange

Geschlossener Tresor ebenfalls aus vier identischen Teilen der Oberfläche eines zylindrischen Gewölbes gebildet, die Tabletts oder Wangen genannt werden, aber entlang des gesamten Umfangs der überdachten Fläche ruhen (Abb. 13.50, G).

In der Architektur des alten Persiens wurden verschiedene Arten von Gewölbekonstruktionen verwendet. Sie erreichten großen Wohlstand in der Zeit des antiken Roms und Byzanz (1. Jahrhundert v. Chr. – 4. Jahrhundert n. Chr.). Diese Bauwerke wurden aus Ziegeln, geschnittenem Stein und Beton gebaut. Sie wurden im Zeitalter der Romanik und Gotik (XI-XV Jahrhundert) weiterentwickelt. Spitzbögen und Gewölbe im gotischen Stil wurden während der Kreuzzüge nach Europa gebracht. Sie waren charakteristisch für die Architektur des Arabischen Kalifats (VII.–IX. Jahrhundert). In der modernen Baupraxis werden Gewölbekonstruktionen aus Stahlbeton, Stahlzement und Bogenkonstruktionen aus Stahlbeton, Stahl und Holz hergestellt. In der Strukturmechanik nennt man solche Strukturelemente Muscheln.

Wenn die Hälfte des Bogens als Erzeugende um eine vertikale Achse gedreht wird, erhalten wir Kuppel(Abb. 13.50, d). Die Oberfläche der Kuppel weist eine Krümmung in zwei Richtungen auf. Man nennt Schalen, die in zwei Richtungen eine Krümmung aufweisen Schalen mit doppelter Gaußscher Krümmung(Carl Friedrich Gauß ist ein großer Mathematiker). Die Ableitung der Kuppel ist Segelgewölbe(Segelschale), die im Gegensatz zur Kuppel nur auf vier Stützen ruht und einen im Grundriss quadratischen Raum abdeckt (Abb. 13.50, e).

Flache Schalen mit doppelt positiver Gaußscher Krümmung (Abb. 13.50, Und) werden häufig beim Bau moderner öffentlicher und industrieller Gebäude eingesetzt. Zu diesen Schalen zählen auch Transferschalen: Tonnen- und Tablettgewölbe. Ihre Oberflächen werden durch Bewegen (Übertragen) einer Kurve entlang einer anderen Kurve gebildet, die sich in einer Ebene senkrecht zur Ebene der ersten Kurve befindet (Abb. 13.50, h, Und).

Eine besondere Gruppe krummliniger Strukturen wird durch Schalen mit doppelter negativer Gaußscher Krümmung in der Form dargestellt hyperbolisches Paraboloid, oder Hypara(Abb. 13.50, Zu). Seine Oberfläche entsteht durch die Bewegung einer Parabel mit nach oben gerichteten Ästen entlang der Parabel mit nach unten gerichteten Ästen, d. h. Parabeln haben unterschiedliche Vorzeichen. Das Tablettgewölbe kann auch die Form eines hyperbolischen Paraboloids haben. Ein hyperbolisches Paraboloid ist eine der Regelflächen und kann durch die Verwendung geradliniger Strukturelemente gebildet werden. Aus dem in Abb. hervorgehobenen Teil des Paraboloids. 13.50, Zu , ist es möglich, durch verschiedene Kombinationen originelle Schalentypen zu erhalten (Abb. 13.50, l ).

Volle (oder Gaußsche) Krümmung Oberflächen ZU heißt der Kehrwert des Produkts der Radien der Kurven des Führers und der Erzeugenden der Oberfläche, d.h. .

Für den Fall, dass beide Radien das gleiche Vorzeichen haben, d.h. ihre Mittelpunkte liegen auf einer Seite der Oberfläche, dem Wert ZU wird positiv sein (Abb. 13.51, A). Im zweiten Fall (Abb. 13.51, B) Bedeutung ZU – negativ, da die Radien unterschiedliche Vorzeichen haben. Die Oberfläche wird als Oberfläche mit negativer Gaußscher Krümmung bezeichnet.

Reis. 13.51. Oberfläche positiv(A) und negativ(B) Krümmung

Schalen mit doppelter Krümmung sind Abstandsstrukturen. Bei den meisten Schalengewölben ist die Schubkraft nach außen gerichtet. Bei Ginaren und Tablettgewölben ist es nach innen gerichtet. Das heißt, um die Ausdehnung in Schalen mit positiver Krümmung und zylindrischen Schalen wahrzunehmen, ist es notwendig, eine Straffung vorzunehmen, wie bei Bögen. Stattdessen können an den Enden und im Inneren langer zylindrischer Schalen Membranen verwendet werden, oder diese Schalen können auf kräftigen Stützen abgestützt werden, die manchmal durch Strebepfeiler verstärkt werden.

Die technischen Möglichkeiten zur Verwendung von Stein in Kuppelbauten waren im 1. Jahrtausend n. Chr. ausgeschöpft. bei der Abdeckung des Pantheongebäudes in Rom mit einer Kuppel mit einem Durchmesser von 43,2 m. Die Kuppel ruht auf einer Ringwand, deren Dicke 8 m beträgt, um den Schub aufzunehmen (Abb. 13.52). Ein weiteres unübertroffenes Kuppelbauwerk der Antike ist die Kuppel der Sophienkirche in Konstantinopel mit einem Durchmesser von 31,5 m. Diese Kuppel ruht durch ein System aus vier Kugelsegeln auf nur vier Stützen (Abb. 13.53). Anders als bei der massiven Mauer im Pantheon wird in der Sophienkirche der Schub der Kuppel über Bögen und Halbkuppeln auf angrenzende Spannweiten (Kirchenschiff) übertragen, deren räumliche Steifigkeit es ihnen ermöglicht, der horizontalen Komponente der Kuppel standzuhalten Schub.

Reis. 13.52.

A – generelle Form: B - Einschnitt

Reis. 13.53.

A - generelle Form; B – planen; V – Axonometrie tragender Strukturen; 1 – gewölbte Widerlager, die den Schub der Beschichtung in Querrichtung absorbieren; 2 – segeln; 3 – Kuppel; 4 – Halbkuppeln, die Schub in Längsrichtung wahrnehmen

Im 20. Jahrhundert haben sich geändert geometrische Parameter Kuppeln und Muscheln. Nachhaltigkeit Steinstruktur Für die Kuppel musste der Hubausleger etwa die Hälfte seines Durchmessers haben. Durch den Einsatz von Stahlbeton war es möglich, den Hubausleger auf 1/5–1/6 des Durchmessers zu verkleinern und gleichzeitig eine dünnwandige Kuppel zu erreichen, die die dünnwandigen übersteigt biologische Strukturen. So beträgt das Verhältnis von Dicke zu Durchmesser der Hülle des großen Olympischen Sportpalastes in Rom, der 1959 vom herausragenden Ingenieur-Architekten Pietro Luigi Nervi erbaut wurde, 1/1525. In einem Hühnerei ist es 1/100.

Die Verwendung von Stahlbeton und Metall für Schalengewölbe mit positiver und negativer Gaußscher Krümmung ermöglicht es, sie sehr leicht zu machen und neue zu schaffen architektonische Formen. In Abb. 13.54 zeigt ein Wasserparkgebäude in Woronesch, bedeckt mit einer Hülle in Form eines hyperbolischen Paraboloids. Die Stahlbetonschale mit rechteckigem Grundriss steht auf zwei „Beinen“ – die Hauptstützen befinden sich in den beiden gegenüberliegenden Ecken. Die Stützen nehmen seitliche Normalkräfte auf und übertragen die vertikale Reaktion auf den Boden und die horizontale Komponente über die Strebe auf den im Keller des Bauwerks befindlichen Anker. Die Wahrnehmung asymmetrischer Belastungen wird durch Metallkonstruktionen von Buntglasfenstern ermöglicht. Verglaste Wände verleihen dem Gebäude einen Eindruck von Leichtigkeit und Originalität.

Reis. 13.54.

Kombinierte Muscheln seit dem letzten Drittel des 20. Jahrhunderts. werden häufig zur Abdeckung von Gebäuden mit großer Spannweite eingesetzt. Sie werden aus Schalenfragmenten mit gleichen oder unterschiedlichen Krümmungszeichen zusammengesetzt. Solche Kombinationen ermöglichen es, günstige technische Parameter zu erreichen (z. B. Reduzierung des Hubauslegers) und eine individuelle Ausdruckskraft architektonischer Strukturen mit unterschiedlichen Grundrissformen zu erzielen. Neben Hallenverkleidungen eignen sich solche Schalen hervorragend für den Einsatz in Ingenieurbauwerken – Türmen, Tanks usw.

Eine besondere Gruppe räumlicher Strukturen sind gefaltete Strukturen (Falten). Falten bestehen aus flachen oder gebogenen dünnwandigen Elementen mit dreieckiger, trapezförmiger oder anderer Querschnittsform (Abb. 13.55). Sie ermöglichen die Überbrückung großer Spannweiten (bis zu 100 m), einen sparsamen Materialeinsatz und bestimmen oft die architektonische und künstlerische Ausdruckskraft des Bauwerks. Falten sowie Zylinderschalen und Schalen mit doppelter Krümmung sind Abstandsstrukturen. Daher ist es erforderlich, entlang der Enden aller Faltenwellen oder in einer oder mehreren Wellen Versteifungsmembranen oder horizontale Stabverbindungen zu installieren, die auf Zug arbeiten.

Reis. 13.55.

a, b – prismatischer Sägezahn und Trapez; V – Sägezahn aus dreieckigen Ebenen; G – ein Zelt mit flacher Oberseite; D – Kapitalfalte; e – Zeltfalte mit abgesenkten Kanten; Und – vielseitiges Zelt; h – j – vielfältige Faltgewölbe; l – facettenreiche gefaltete Kuppel; M – vorgefertigte gefaltete prismatische Abdeckung; N – vorgefertigte Falte aus flachen Elementen

Hängekonstruktionen sind seit Mitte des 19. Jahrhunderts bekannt. Aber sie wurden erst 100 Jahre später weit verbreitet. Die wichtigsten tragenden Elemente in ihnen sind flexible Seile, Ketten, Kabel (Kabel), die nur Zugkräfte aufnehmen. Hängesysteme (Abb. 13.56) können flach und räumlich sein. IN flache Designs Die Stützreaktionen der parallelen Arbeitsseile werden auf die Stützpfeiler übertragen, die in der Lage sind, vertikale Stützreaktionen und Schubkraft aufzunehmen, die in diesem Fall in entgegengesetzter Richtung zur Schubkraft in den konvexen Schalen wirkt. Daher werden in manchen Fällen Abspannseile zur Wahrnehmung eingesetzt (siehe Abb. 13.56, A), Mit Ankern sicher im Boden verankert – spezielle Elemente, die Zugkräften standhalten. Manchmal wird negativer Schub schon durch die Form der Tragkonstruktionen wahrgenommen, wie zum Beispiel in einer Sporthalle in Bremen (Abb. 13.57). Hier sind die tragenden Strukturen in Form von Ständern ausgeführt, die diesen Schub ausgleichen.

Reis. 13.56. :

A - Wohnung: B – räumliche Doppelkrümmung: V – räumliche Horizontale

Reis. 13.57.

Die umschließende Struktur der Abdeckung ist mittels gespannter Seile an der Hauptkonstruktion aufgehängt. Die umschließende Struktur kann auch aus monolithischem Stahlbeton oder vorgefertigten Stahlbetonplatten bestehen, die auch die Rolle von Belastungselementen spielen, die das Rückbiegen solcher Beschichtungen während des „Sogs“ des Windes verhindern, d. h. Windlast von unten nach oben gerichtet. Um die geometrische Unveränderlichkeit solcher Strukturen sicherzustellen, werden verschiedene Stabilisierungsmethoden eingesetzt. In obigem flache Systeme Oft greifen sie auf die Vorspannung zurück, indem sie ein zusätzliches Gewicht auf die Platten legen. Nach dem Entfernen des Gewichts drücken die Kabel, die versuchen, sich auf ihre ursprüngliche Länge zu verkürzen, die monolithische Stahlbetonabdeckung zusammen und verwandeln sie in eine hängende, konkave, starre Hülle. Die Entwässerung vom Dach erfolgt bei solchen Bauwerken durch Regulierung der Spannung der Dachseile (stärker in der Gebäudemitte, schwächer an den Enden).

Räumliche Hängestruktur(Abb. 13.58) besteht aus einer Stützkontur und einem System von Seilen, die eine Fläche bilden, auf der die umschließende Struktur verlegt werden kann. Die Stützkontur (Stahlbeton oder Stahl) nimmt den Schub des Seilsystems auf. Vertikallasten werden auf die die Stützkontur tragenden Pfosten oder andere Bauwerke übertragen. Zur Stabilisierung räumlicher Hängekonstruktionen werden häufig zwei Seilsysteme eingesetzt – Arbeits- und Stabilisierungsseile (Zweigurtkonstruktion). Die Kabel beider Systeme sind paarweise in Ebenen senkrecht zur Oberfläche der Beschichtung angeordnet und durch starre Abstandshalter miteinander verbunden, die eine Vorspannung der Kabel erzeugen. Die umschließende Struktur der Beschichtung nimmt nicht am statischen Betrieb eines solchen Systems teil und kann entlang tragender (durchhängender) oder stabilisierender (konvexer) Kabel angeordnet sein (Abb. 13.59).

Reis. 13.58.

A – Arena-Berichterstattung in den USA; B – Berichterstattung über die Gesangsbühne in Tallinn; V – Schrägseil-Spannnetz mit Aufnahmeseilen; G - Netz-Mehrmastüberdachung des deutschen Ausstellungspavillons auf der Weltausstellung 1967 in Montreal; D – sein Plan mit horizontalen Linien; 1 – tragende Kabel; 2 – vorgespannte Stabilisierungsseile; 3 – zwei sich kreuzende geneigte Bögen – die tragende Kontur; 4 – Jungs, die als Zaunrahmen verwendet werden; 5 – vorderer geneigter Bogen; 6 – an der Wand abgestützter hinterer Stützbogen; 7 – unterstützt; 8 - steht; 9 – Fundamente; 10 – Fundament für die Mauer; 11 – Aufnahmeseile; 12 – Abspannleinen; 13 – Anker; 14 – Masten zur oberen Abstützung von Aufnahmekabeln; 15 – horizontale Abdeckung

Reis. 13.59.

A - Zweiband auf rundem Grundriss über dem Publikum (USA); B – das gleiche, über dem Jubileiny-Sportpalast in St. Petersburg; 1 – tragende Kabel; 2 – stabilisierende Wanten; 3 – Abstandshalter; 4 – zentrale Trommel mit Laterne; 5 – Stützkontur; 6 – Gestelle; 7 – steht; 8 – Abspannleinen; 9, 10 – Ringversteifungsverbindungen; 11 – Hängeplattform für Ausrüstung

Membranschalen sind unter den Hängekonstruktionen die effektivsten, da sie tragende und umschließende Funktionen vereinen. Sie bestehen aus dünnem Bleche, auf der Kontur fixiert. Mit dem Material Stahl mit einer Dicke von nur 2–5 mm können Spannweiten von über 300 m abgedeckt werden. Die Membran arbeitet hauptsächlich auf Zug in zwei Richtungen. Somit ist die Gefahr eines Stabilitätsverlustes ausgeschlossen. Die Kräfte aus der Spannstruktur werden von einer geschlossenen Stützschleife aufgenommen, die mit der Membran zusammenarbeitet, was in den meisten Fällen für deren Stabilität sorgt. Die maximale Spannweite (224 x 183 m) ist mit einer Metallmembran über dem Olympischen Sportpalast in Moskau abgedeckt. In Abb. 13.60 zeigt eine Gesamtansicht und den Installationsprozess der Membranhülle über dem Eislaufzentrum in Kolomna.

Reis. 13.60.

A - architektonische Gestaltung des Komplexes; B - Lieferung von gerollten Membranplatten, deren Aufrollen auf temporäre Bettelemente

Markisenbezüge werden als temporäre Bauten mit großen Spannweiten genutzt – Zirkuszelte, Lagerhallen, Sport- und Ausstellungspavillons. Abhängig von der Art des Weichmaterials können solche Strukturen auch für kritische Strukturen eingesetzt werden. Ein Beispiel sind die Olympiaanlagen in München (Deutschland), die für die Olympischen Spiele 1972 gebaut wurden, aber seit 40 Jahren hervorragend genutzt werden. Das Beschichtungsmaterial ist ein spezielles durchscheinendes, flexibles organisches Glas – Plexiglas-215. Dabei handelt es sich um ein vorgespanntes Material, das sich optisch nicht von gewöhnlichem organischem Glas unterscheidet.

Pneumatische Strukturen ab der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Wird häufig für temporäre Bauten verwendet, die Folgendes erfordern schnelle Installation und Demontage (Zwischenlager, Ausstellungspavillons). In den letzten Jahren werden solche Bauwerke zunehmend für den Massenbau von Fitnessstudios eingesetzt. Solche Konstruktionen werden auch als Schalung beim Bau monolithischer Stahlbetonschalen eingesetzt. Die Strukturen bestehen aus luftdichtem gummiertem Stoff, Kunststofffolien oder anderen weichen, luftdichten Materialien. Die Konstruktion nimmt ihre vorgesehene Position aufgrund des Überdrucks der sie füllenden Luft ein. Unterscheiden luftunterstützt Und pneumatischer Rahmen Strukturen (Abb. 13.61).

Reis. 13.61.

a, b – luftunterstützt; V – pneumatische Linse; G – ein Fragment eines Steppmusters; d, f – pneumatische Gewölbeabdeckungen mit Rahmen; Und – pneumatische gewölbte Kuppel; 1 – luftdichte Hülle; 2 – Bullauge aus organischem Glas; 3 – Korkenzieheranker zur Befestigung am Boden; 4 - Gateway; 5 – starke Nähte; 6 – Linsenstützgürtel aus Stahl; 7 – Dehnung, um der Markise Längsstabilität und Halt zu geben

Die konstruktive Lage der Lufttragkonstruktion wird durch einen sehr geringen Überdruck (0,002–0,01 atm) gewährleistet, der von den Personen im Raum nicht spürbar ist. Um den Überdruck aufrechtzuerhalten, erfolgt der Zugang zu den Räumlichkeiten durch spezielle Luftschleusen mit hermetischen Türen. Zum technischen Gerätesystem gehören Ventilatoren, die bei Bedarf Luft in den Raum pumpen. Typische Spannweiten betragen 18–24 m. In Kanada gibt es jedoch Projekte, ganze Städte in der Arktis mit luftgestützten Granaten mit einer Spannweite von bis zu 5 km oder mehr abzudecken. Pneumatikrahmen (luftführende Systeme) bestehen aus langen schmalen Zylindern, in denen ein Überdruck entsteht (0,3–1,0 atm). Die Bauform eines solchen Rahmens ist gewölbt. Die Bögen werden dicht nebeneinander, einen durchgehenden Bogen bildend, oder im Abstand angebracht. Die Bogenteilung beträgt 3–4 m, die Spannweite 12–18 m.

VORLESUNGSNOTIZEN

Makeevka 2011

MINISTERIUM FÜR BILDUNG UND WISSENSCHAFT, JUGEND UND SPORT DER UKRAINE

DONBASS NATIONALE AKADEMIE FÜR BAU UND ARCHITEKTUR

Abteilung „Unternehmensökonomie“

Entwickelt von: Ph.D., außerordentlicher Professor. Sachartschenko D.A.

VORLESUNGSNOTIZEN

im Kurs „Grundlagen der Baubranche“

für Studierende der Fachrichtung 6.030504 „Unternehmensökonomie“

Code-Nr. _______

Genehmigt bei einer Abteilungssitzung

„Unternehmensökonomie“

PROTOKOLL Nr. __ vom _______2011

Makeevka 2011

THEMA 4. LANGSPANNIGE GEBÄUDE UND STRUKTUREN

Zu den weitgespannten Bauwerken zählen solche mit Spannweiten von mehr als 40–80 m. Solche Bauwerke galten noch vor relativ kurzer Zeit als einzigartig und wurden äußerst selten gebaut; derzeit ist die rasante Entwicklung von Wissenschaft und Technik sowie der große Bedarf an solchen Bauwerken zu beobachten in der Industrie und im Freizeit- und Unterhaltungsbereich haben in vielen Ländern einen intensiven Bau solcher Bauwerke vorgegeben.

Von besonderem Interesse sind räumliche Strukturen, die nicht aus separaten, unabhängigen tragenden Elementen bestehen, die sich gegenseitig die Last übertragen, sondern ein einziges komplexes System funktionierender Teile der Struktur darstellen.

Dieser räumliche Charakter von Bauwerken, der weltweit weit verbreitet im Bauwesen Anwendung findet, ist ein Symbol der Bautechnologie des 20. Jahrhunderts. Und obwohl einige Arten von Raumkonstruktionen – Kuppeln, Kreuze und Gewölbe – schon seit der Antike bekannt sind, entsprechen sie weder hinsichtlich des Materialeinsatzes noch der gestalterischen Lösungen den modernen Bauanforderungen, da sie zwar erhebliche Spannweiten überdeckten, es aber auch waren extrem schwer und massiv.

Das Reizvolle an Raumgestaltungen ist ihre Fähigkeit, den funktionalen und ästhetischen Anforderungen der Architektur optimal gerecht zu werden. Das Ausmaß der überlappenden Spannweiten, die Fähigkeit zur flexiblen Planung, die Vielfalt an geometrischen Formen, Materialien, architektonischer Ausdruckskraft – all das ist weit entfernt volle Liste Merkmale dieser Strukturen.

Die Verbindung von Funktionalität, Technik und künstlerisch-ästhetischer Gestaltung verleiht räumlichen Gestaltungen eine weitreichende Perspektive, ganz zu schweigen von der Tatsache, dass ihr Einsatz enorme Einsparungen ermöglicht Baumaterial- den Materialverbrauch von Gebäuden und Bauwerken um 20-30 % reduzieren.

Planare Strukturen mit großer Spannweite umfassen Balken, Rahmen, Fachwerke und Bögen. Planare Strukturen arbeiten unter Last autonom, jede in ihrer eigenen Ebene. Das tragende Element von Flächenkonstruktionen, die einen Teil des Gebäudes abdecken (Platte, Balken, Fachwerk), arbeitet unabhängig und beteiligt sich nicht an der Arbeit der Elemente, an die es angrenzt. Dies führt zu einer geringeren räumlichen Steifigkeit und Tragfähigkeit flächiger Elemente im Vergleich zu räumlichen sowie zu einem höheren Ressourcenverbrauch, vor allem einem erhöhten Materialverbrauch.

Reis. 4.1. Designlösungen für weitgespannte Tragwerke

a - flache Strukturen; b – räumliche Strukturen; c - hängende Strukturen; g - pneumatische Strukturen; 1- Bauernhöfe; 2 - Rahmen; 3-4 Gelenkbögen; 5- zylindrische Schalen; 6- Schalen mit doppelter Krümmung; 7-Kuppeln; 8- Strukturen; 9- Schrägseilkonstruktionen; 10-Membran-Strukturen; 11- Markisenkonstruktionen; 12- pneumatische Stützstrukturen; 13- pneumatische Rahmenkonstruktionen;

Die Montage der Rahmen einer Massivkonstruktion erfolgt mit zwei selbstfahrenden Schwenkkranen. Zuerst werden Rahmengestelle mit einem Teil der Querstange auf dem Fundament installiert, auf einer provisorischen Stütze ruhend, und dann wird der Mittelteil der Querstange montiert. Die Teile der Querstange werden auf provisorischen Stützen durch Schweißen oder starkes Schweißen verbunden. Nach der Installation des ersten Rahmens wird die Struktur mit Abspanndrähten abgestützt.

In manchen Fällen empfiehlt es sich, Rahmenkonstruktionen im Schiebeverfahren zu montieren. Diese Methode wird verwendet, wenn Rahmenkonstruktionen nicht sofort in der vorgesehenen Position installiert werden können (im Innenbereich werden Arbeiten durchgeführt oder es wurden bereits Konstruktionen errichtet, die den Einsatz von Kränen nicht zulassen).

Der Block wird am Ende des Gebäudes in einem speziellen Leiter aus 2-3 oder 4 Fachwerken montiert. Der montierte und gesicherte Block wird entlang der Schienen in die vorgesehene Position gehoben. Die Installation erfolgt mit Wagenhebern oder leichten Kränen.

Es gibt zwei Arten von Bogenkonstruktionen: in Form eines 2-Scharnier-Bogens mit Spannvorrichtung und eines 3-Scharnier-Bogens. Bei der Montage von Bogenkonstruktionen mit einem tragenden Teil in Form eines Doppelgelenkbogens erfolgt die Montage ähnlich wie bei der Montage von Rahmenkonstruktionen mit selbstfahrenden Schwenkkranen. Die Hauptanforderung ist eine hohe Montagegenauigkeit, die die Ausrichtung des fünften (Stütz-)Scharniers mit der Stütze gewährleistet.

Die Installation von Bögen mit drei Scharnieren unterscheidet sich in einigen Merkmalen, die mit dem Vorhandensein eines oberen Scharniers zusammenhängen. Letzterer wird mithilfe einer temporären Montagehalterung montiert, die in der Mitte der Spannweite installiert wird. Die Montage erfolgt im vertikalen Hebeverfahren, Schiebe- oder Drehverfahren.

Reis. 4.3. Rahmenmontage

a - Installation vollständig durch zwei Kräne; b - Installation von Rahmen in Teilen unter Verwendung temporärer Stützen; c - Installation von Rahmen im Rotationsverfahren; 1-Montagekran; 2-Rahmen-Montage; 3-teiliger Rahmen; 4 temporäre Stützen; 5 Winden; 6-fach Ausleger.

Jeder Halbbogen wird am Schwerpunkt befestigt und so installiert, dass das Fersenscharnier auf einer Stütze und das zweite Ende auf einer provisorischen Stütze platziert wird. Das Gleiche gilt für den anderen Halbbogen. Die Drehung im Fersenscharnier wird durch die Ausrichtung der Achsen der Verriegelungslöcher des oberen Scharniers erreicht.

In räumlichen Strukturen sind alle Elemente miteinander verbunden und an der Arbeit beteiligt. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung des Metallverbrauchs pro Flächeneinheit. Allerdings wurden solche räumlichen Systeme (Kuppel, Schrägseil, Struktur, Schalen) aufgrund der hohen Komplexität der Herstellung und Installation bis vor Kurzem nicht entwickelt.

Reis. 4.4. Montage der Kuppel mithilfe einer temporären Mittelstütze

A - Kuppelschneidsystem; B – Installation der Kuppel; 1-temporäre Stütze mit Abspannseilen; 2-radiale Paneele; 3-Stützring;

Kuppelsysteme werden aus einzelnen Stangen oder einzelnen Platten montiert. Abhängig von der Entwurfslösung kann die Installation von Kuppelkonstruktionen mit einer temporären stationären Stütze, mit Scharnieren oder als Ganzes erfolgen.

Kugelkuppeln werden in Ringreihen im Hängeverfahren errichtet. Jede dieser Etagen verfügt nach vollständiger Montage über statistische Stabilität und Tragfähigkeit und dient als Basis für die darüber liegende Etage. Vorgefertigte Kuppeln können mithilfe von Leitervorrichtungen und temporären Befestigungen montiert werden – eine Zirkuskuppel in Kiew, oder die Kuppel wird vollständig am Boden montiert und dann mit einem Kran, einem pneumatischen Transportmittel oder einem Aufzug an den Konstruktionshorizont gehoben. Dabei kommt die Methode des Wachstums von unten zum Einsatz.

Ab der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts wurden Hängekonstruktionen eingesetzt. Und eines der ersten Beispiele ist die 1896 fertiggestellte Abdeckung des Pavillons der Allrussischen Nischni-Nowgorod-Messe. der herausragende sowjetische Ingenieur Schuchow.

Die Erfahrung mit der Verwendung solcher Systeme hat ihre Fortschrittlichkeit bewiesen, da sie die maximale Nutzung hochfester Stähle und leichter Umschließungsstrukturen aus Kunststoffen und Kunststoffen ermöglichen Aluminiumlegierungen, was es ermöglicht, Abdeckungen mit großen Spannweiten zu erstellen.

Reis. 4.5. Installation von Hängekonstruktionen

1-Turmkran; 2-traversiert; 3-Kabel-Halbfachwerk; 4-Zentraltrommel; 5-zeitliche Unterstützung; 6-montiertes Halbfachwerk; 7 - Stützring.

In letzter Zeit sind hängende Rahmenkonstruktionen weit verbreitet. Die Besonderheit beim Bau von Hängekonstruktionen besteht darin, dass zunächst tragende Stützen errichtet werden, auf die eine Stützkontur gelegt wird, die die Spannung der Seilstränge aufnimmt. Nach dem vollständigen Auslegen wird die Beschichtung unter Berücksichtigung der vollen Auslegungslast mit einer temporären Belastung belastet. Diese Art der Vorspannung verhindert das Auftreten von Rissen in der Schale nach voller Belastung im Betrieb.

Eine Art abgehängter Schrägseilkonstruktionen sind Membranabdeckungen. Bei der Membranabdeckung handelt es sich um ein Hängesystem in Form einer dünnen Blechkonstruktion, die über eine Tragkontur aus Stahlbeton gespannt ist. Ein Ende der Rolle wird an der Stützkontur befestigt, die Rolle wird über eine spezielle Traverse mit einem Kran auf die gesamte Länge abgewickelt, mit Winden gezogen und am gegenüberliegenden Abschnitt der Stützkontur befestigt.

Der Nachteil von Membranbeschichtungen besteht darin, dass dünne Bleche entlang der Länge und Montageelemente mit einer Überlappung von 50 mm zusammengeschweißt werden müssen. Gleichzeitig ist es nahezu unmöglich, durch Schweißen eine Naht gleicher Festigkeit mit dem Grundmetall zu erzielen, sodass die Blechdicke künstlich erhöht wird. Dieses Problem wird teilweise durch ein System ineinandergreifender Bänder aus Aluminiumlegierungen gelöst.

Die ersten langen zylindrischen Geschosse wurden erstmals 1928 verwendet. in Charkow während des Baus eines Postamtes.

Lange zylindrische Schalen werden vor Ort vollständig fertiggestellt oder vergrößert geliefert. Das Gewicht von 3x12 Montageelementen beträgt ca. 4 Tonnen. Vor dem Anheben werden zwei Platten in einer mobilen Vorrichtung vergrößert und zu einem Element zusammengezogen. Beim Vergrößern werden die eingebetteten Teile an der Verbindungsstelle verschweißt, die Verschraubung angezogen und die Nähte abgedichtet.

Nach dem Einbau von 8 vergrößerten Abschnitten mit einer Spannweite von 24 m werden diese so ausgerichtet, dass die Löcher übereinstimmen. Anschließend werden alle eingebetteten Teile und Auslässe der Längsbewehrung verschweißt, die Bewehrung gespannt und die Verbindungen betoniert. Nach dem Aushärten des Betons wird der Rohbau umgedreht und das Gerüst neu angeordnet.

Unter der Bezeichnung Tragwerk werden in der Baupraxis meist Raum-, Kreuz-, Rippen- und Stabtragwerke zusammengefasst.

Kreuzsysteme aus Strukturbeschichtungen verschiedener Formen mit rechteckigen und diagonalen Gittern haben sich seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts in Ländern wie den USA, Deutschland, Kanada, England und der ehemaligen UdSSR vor relativ kurzer Zeit verbreitet.

Aufgrund der hohen Arbeitsintensität bei der Herstellung und der Besonderheiten bei der Installation der Struktur wurden Strukturstrukturen einige Zeit lang nicht weit verbreitet. Die Verbesserung des Designs, insbesondere durch den Einsatz von Computern, ermöglichte es, den Übergang zur Inline-Produktion sicherzustellen, die Komplexität ihrer Berechnungen zu reduzieren, ihre Genauigkeit und damit Zuverlässigkeit zu erhöhen.

Abb.4.6. Verkleidung eines Gebäudes mit großformatigen Platten

1-Platte mit den Maßen 3x24m; 2-Flugabwehrlampe; 3-Sparren-Fachwerk; 4-spaltig.

Traversensysteme basieren auf einer tragenden geometrischen Form. Ein charakteristisches Merkmal verschiedener Arten von Tragwerken ist die räumliche Verbindung der Stäbe, die maßgeblich die Komplexität der Herstellung und Montage dieser Tragwerke bestimmt.

Strukturelle Strukturen haben im Vergleich zu herkömmlichen flächigen Lösungen in Form von Rahmen und Balkenkonstruktionen eine Reihe von Vorteilen:

sind zusammenklappbar und können mehrfach verwendet werden;
können auf automatisierten Produktionslinien hergestellt werden, was durch eine hohe Typisierung und Vereinheitlichung der Strukturelemente erleichtert wird (häufig sind ein Stangentyp und ein Montagetyp erforderlich);
die Montage erfordert keine hohen Qualifikationen;
Sie haben eine kompakte Verpackung und sind bequem zu transportieren.

Neben den genannten Vorteilen haben strukturelle Strukturen auch eine Reihe von Nachteilen:

Die Montage in großem Maßstab erfordert den Einsatz erheblicher Handarbeit.
begrenzte Tragfähigkeit bestimmter Bauwerkstypen;
geringe Werksbereitschaft der zur Installation erhaltenen Strukturen.

Pneumatische Bauwerke werden als Notunterkünfte oder für bestimmte Hilfszwecke verwendet, beispielsweise als Stützkonstruktionen für den Bau von Granaten und anderen Raumkonstruktionen.

Es gibt zwei Arten von pneumatischen Abdeckungen: luftunterstützend und luftführend. Im ersten Fall sorgt ein leichter Überdruck der Weichschale der Struktur dafür, dass die gewünschte Form entsteht. Und diese Form bleibt erhalten, solange die Luftzufuhr und der nötige Überdruck aufrechterhalten werden.

Im zweiten Fall besteht die tragende Struktur aus luftgefüllten Rohren aus elastischem Material, die eine Art Rahmen der Struktur bilden. Sie werden manchmal als pneumatische Hochdruckkonstruktionen bezeichnet, da der Luftdruck in den Rohren viel höher ist als der unter der Luftstützfolie.

Der Bau von Lufttragwerken beginnt mit der Vorbereitung der Baustelle, auf der Beton oder Asphalt verlegt wird. Entlang der Kontur des Bauwerks wird ein Fundament mit Verankerungs- und Verdichtungsvorrichtungen installiert. Unter dem Einfluss des Luftdrucks richtet sich die Schale auf und nimmt die gewünschte Form an.

Luftführende oder pneumatische Rahmenkonstruktionen sind ähnlich aufgebaut wie luftunterstützte, mit dem einzigen Unterschied, dass die Luft vom Kompressor über Gummirohre zugeführt und über spezielle Ventile in die geschlossenen Kanäle des sogenannten Strukturrahmens gepumpt wird. Durch den hohen Druck in den Kammern nimmt der Rahmen die vorgesehene Position ein (meistens in Form von Bögen) und hebt den dahinter liegenden Stoff an.

Das Atrium eines der amerikanischen Hotels von Gaylord Hotels

Die Zukunft kommt aus der Gegenwart
und wird durch den Weg bestimmt, den wir heute wählen

Weitgespannte transluzente Strukturen werden zu einem integralen Bestandteil der Stadtarchitektur des 21. Jahrhunderts. Die besten Architekten schaffen heute zunehmend erstaunliche Gebäudekomplexe, deren Anziehungspunkt, ein gewisser räumlicher Kern, große Atriumräume sind – voluminös, voller Licht und Komfort, gut geschützt vor negativen äußeren Einflüssen und bedeckt mit zuverlässigen transluzenten Beschichtungen.
Eine weitere aktive Entwicklung solcher Strukturen wird wahrscheinlich in naher Zukunft nicht nur den komfortablen und sicheren Raum der menschlichen Umwelt maximal erweitern, sondern es auch in Zukunft ermöglichen, das Erscheinungsbild unserer Städte zu verändern und ihren aktuellen Zustand zu verbessern .

Architektur im Zeitalter der Globalisierung

Zu allen Zeiten in ihrer Geschichte haben Menschen versucht, sich vor zahlreichen ungünstigen und gefährlichen Einflüssen aus ihrer Umwelt zu schützen und zu schützen. Hitze und Kälte, Regen und Wind, Raubtiere und wilde Menschen sind seit jeher ein bekanntes Problem für ein ruhiges menschliches Leben. Deshalb begannen unsere Vorfahren schon in der Antike, Schutzhütten für sich zu bauen, die durch die Schaffung einer künstlichen, vor äußeren Einflüssen geschützten Umgebung mehr von dem gewünschten Komfort und der Sicherheit in ihr Leben brachten. Und die aufstrebende Architektur als erstaunliches und hervorragendes Instrument dieses kreativen menschlichen Handelns versuchte von Anfang an und in allen Entwicklungsstadien, die verfügbaren technischen Fähigkeiten und vorhandenen ästhetischen Ansichten in der Gesellschaft maximal zu nutzen, um diese wichtigen menschlichen Handlungen besser zu befriedigen Bedürfnisse: sowohl an Komfort als auch an Sicherheit.

Heute ist eine Ära beispielloser technologischer Entwicklung angebrochen, die es in der Bauindustrie ermöglicht, nahezu jede noch so gewagte architektonische Idee umzusetzen. In dieser Hinsicht sind die Hauptfaktoren, die die Umsetzung aller bedeutenden Projekte moderner Architekten heute einschränken, oft nicht mehr der Mangel an technischen Möglichkeiten für den Bau eines großen und komplexen Objekts, sondern nur einige unserer subjektiven Vorstellungen davon, wie zum Beispiel: der unzureichende Nutzen des zukünftigen Bauwerks, seine geringe Nachfrage und geringe Rentabilität oder die zukünftige Bauzeit ist zu lang und der Verkaufspreis hoch. Gleichzeitig gewinnt mit dem weltweit einsetzenden Boom bei der Umsetzung der Prinzipien der „nachhaltigen Entwicklung“ und des „grünen Bauens“ auch der Faktor der ökologischen Nachhaltigkeit von Gebäuden immer mehr an Bedeutung Konstruktion.

Angesichts der großen technischen Möglichkeiten, die sich für die Entwicklung der Architektur des 21. Jahrhunderts eröffnen, sollten moderne Architekten bei ihrer Arbeit offenbar beginnen, die erheblichen Auswirkungen ihrer Projekte auf die Entwicklung der städtischen Umwelt stärker zu berücksichtigen. Es ist offensichtlich, dass moderne Megastädte, die zu Geiseln ihres bisherigen Entwicklungspfads und der fortlaufenden Herangehensweise an ihre Entwicklung geworden sind, nach und nach immer mehr zu einem multifaktoriellen Problem für den Frieden und die Sicherheit ihrer Bewohner werden.

Mit dem Eintritt in das Zeitalter der Globalisierung hat sich unsere Welt in den letzten Jahren stark verändert, und heute ist es kaum noch möglich, vernünftige Rechtfertigungen für die anhaltende Entstehung des Zusammenlebens von Menschen an getrennten Punkten im Raum zu finden. Unsere Gesellschaft beginnt, die Zerstörungskraft dieses Prozesses zu begreifen, aber die Stadtarchitektur verfolgt leider immer noch den Weg der Schaffung von Hochhausprojekten und der Verdichtung der Stadtentwicklung, was zu einer noch stärkeren Konzentration der Bevölkerung an bestimmten Punkten eines bereits bestehenden Prozesses führt übermäßig überbevölkerter Raum.

Gleichzeitig verfügt es über moderne Technologien und nutzt deren enormen Einfluss auf das Leben der Gesellschaft. Architektur XXI Jahrhundert kann nicht nur den komfortablen und sicheren Raum der menschlichen Umwelt maximieren, sondern ist auch in der Lage und sollte versuchen, das Erscheinungsbild unserer Städte Schritt für Schritt radikal zu verändern und ihren aktuellen Zustand zu verbessern. Darüber hinaus wird die Architektur als unübertroffene Meisterin von Raum, Zeit und Vorstellungskraft vieler Menschen sicherlich zunehmend zur Entstehung grundlegend neuer Öko-Städte und Öko-Dörfer beitragen.

Stadt unter der Kuppel

Der Traum von transluzenten Beschichtungen, die Straßen und Häuserblöcke vor Regen und Schnee schützen, entstand schon vor langer Zeit. Doch erst mit dem Aufkommen der industriellen Revolution, die umfassende technische und finanzielle Möglichkeiten mit sich brachte, wird die Umsetzung solcher Projekte machbar. Erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts entstanden in den meisten großen Städten Europas und Amerikas große, glasüberdachte Arkaden mit Reihen teurer Geschäfte und gemütlicher Cafés. Und eine der allerersten bemerkenswerten Perlen dieser Zeit der Entwicklung großer verglaster Atriumräume ist die berühmte Galleria Vittorio Emmanuel II in Mailand, die bereits 1877 für Besucher geöffnet wurde.

Abb.2. Galerie von Viktor Emanuel II. in Mailand.

Da der Fortschritt nicht aufzuhalten ist, ist es die Aufgabe aller großen Länder, sich aktiv daran zu beteiligen und nicht am Rande der Geschichte zu stehen. Deshalb arbeitet die Bauwissenschaft in der UdSSR, den USA und einigen anderen Ländern bereits seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts ernsthaft an der Möglichkeit, ihre Städte mit großen durchscheinenden Kuppeln vor unerwünschten Wetterphänomenen und negativen Eigenschaften zu schützen das lokale Klima, übermäßige Sonneneinstrahlung und andere für den Menschen ungünstige Einflüsse Außenumgebung. In den letzten Jahren können wir die Liste der Faktoren, die weitere Forschung in dieser Richtung anregen, ergänzen: schnelle und unvorhersehbare Klimaveränderungen auf dem Planeten, ein alarmierender Anstieg der Umweltverschmutzung, wachsende Bedrohungen durch Extremismus sowie der Wunsch der Menschen, die Umweltverschmutzung zu reduzieren extrem hohe Energiekosten ihrer Städte.

Heutzutage ist die Schaffung von durchscheinenden Schutzkonstruktionen mit großer Spannweite (im Folgenden als LSPS bezeichnet) an der Tagesordnung, von denen es viele gibt natürliches Licht und Komfort, intensiviert wie nie zuvor. Neue Ideen entstehen und eine Vielzahl einzigartiger Projekte entstehen – wie zum Beispiel der „Dome over Houston“ – und einige davon tolle Projekte werden bereits umgesetzt. So wurde in Astana mit Hilfe englischer Ingenieure und türkischer Bauherren ein 100 Meter langes (ohne die Höhe des Turms) durchscheinendes Zelt gebaut, in dem sich das größte und vorzeigbarste Einkaufs- und Unterhaltungszentrum Kasachstans befand.

In Deutschland entstand ein noch erstaunlicheres und grandioseres Bauwerk – das Wasserunterhaltungszentrum Tropical Islands mit einem Innenvolumen von etwa 5,5 Millionen Kubikmetern. m und ist nach diesem Indikator heute zu Recht das größte lichtdurchlässige Gebäude der Welt.

Abb.3-5. Wasserunterhaltungszentrum „Tropical Islands“ in Deutschland

Ein wichtiger Schritt in der Entwicklung volumetrischer transluzenter Strukturen war die wissenschaftliche Begründung der Möglichkeit ihrer spürbaren Effizienz – sowohl in der Energieeffizienz als auch in einer deutlichen Reduzierung des Wärmeverlusts bei gleichzeitiger deutlicher Erweiterung des neu geschaffenen komfortablen und gefragten öffentlichen Raums.

Der Verdienst für diese Begründung gebührt englischen und amerikanischen Architekten und Wissenschaftlern, aber zunächst können wir die Arbeit von Terry Farrell und Rolf Lebens hervorheben, die an der Grenze der 70er und 80er Jahre des 20. Jahrhunderts das Konzept „ Pufferdenken“. Das Ergebnis dieses Konzepts war die aktive Einführung des „Puffereffekts“ oder des „Doppelgehäuseprinzips“ in die weltweite Architekturpraxis.

Bei der Untersuchung der Möglichkeit, effiziente große Atriumräume zu schaffen, wurden wärmende, kühlende und umwandelbare Atrientypen identifiziert. Seitdem sind nur etwas mehr als 30 Jahre vergangen, aber selbst in dieser kurzen Zeit haben moderne Atriumräume die gesamte zivilisierte Architekturwelt erobert (die in diesem Artikel gezeigten Fotos amerikanischer Atrien sind nur ein kleiner Bruchteil der vorhandenen Vielfalt und Vielfalt). der im Laufe der Jahre gebauten Atriumräume). Leider, modernes Russland, in diesem Sinne, hat noch keine großen Erfolge erzielt.

Der Autor des Artikels stimmt mit den bestehenden Argumenten von Experten über die Zweckmäßigkeit der Nutzung großer Atriumräume in der modernen Architektur überein und ohne zu versuchen, ihre Schlussfolgerungen in Frage zu stellen , um solche Räume kostengünstiger und zuverlässiger zu schaffen (abzudecken) und auch nicht besonders durch die Größe von Atrien eingeschränkt zu werden, Einführung neue Technologie große Spannweiten abdecken. Es scheint, dass unter russischen Bedingungen bereits die Schaffung des einfachsten zweiten Zauns (Pufferraum) um Stadtblöcke eine sinnvolle Nutzung der zahlreichen Wärmeverluste überdachter Gebäude ermöglichen wird, die sich nicht unwiederbringlich im umgebenden Raum auflösen, sondern wird die entstehenden Atriumräume beheizen. Nur dank einer hochwertigen transluzenten Schutzbeschichtung wird die Temperatur in solchen Atriumräumen erhöht Winterzeit vielleicht 10-15 Grad über Straßenniveau.

Im Sommer ist es neben einer sinnvollen, einstellbaren Teilbeschattung des Innenraums vor übermäßiger Sonneneinstrahlung und Überhitzung möglich, die Öffnung von Lüftungsöffnungen in der lichtdurchlässigen Abdeckung vorzusehen sowie andere bekannte und bekannte Maßnahmen zu ergreifen wirksame Methoden zur Schaffung eines angenehmen Mikroklimas im gesamten durchscheinenden Komplex. Offensichtlich ist es viel einfacher und kostengünstiger, in einem großen geschlossenen Raum ein angenehmes und stabiles Mikroklima zu schaffen, als in Tausenden kleiner Räume gleichzeitig die gleichen komfortablen Bedingungen zu schaffen.
Die Natur volumetrischer transluzenter Strukturen ermutigt uns, einige unserer Denkstereotypen bei der Lösung solcher Probleme zu verwerfen und einen neuen Blick auf die Möglichkeit des Schaffens zu werfen angenehme Umgebung in neuen Bedingungen von großvolumigen Räumen. Gleichzeitig gibt es bereits neue wirksame technische Lösungen, die die wichtigen Vorteile großer Räume nutzen und es ermöglichen, stabile Komfortbedingungen für den gesamten Innenraum des BSZS bei deutlich geringeren Energiekosten bereitzustellen.

Mittlerweile scheinen die Einsatzmöglichkeiten von Mehrgurt-Kabelummantelungen größer zu sein. Auch der Bau von Ökostädten, der noch in den Kinderschuhen steckt und sich zaghaft ankündigt, ist ohne großflächige transluzente Strukturen nicht vorstellbar. Ich würde gerne glauben, dass das 21. Jahrhundert, nachdem es die neue lichtdurchlässige Architektur mit großer Spannweite geschätzt hat, diese aktiv weiterentwickeln und verbessern wird und auch versuchen wird, damit schnell einen Durchbruch in der Stadtplanung zu erzielen und das langweilige, energieineffiziente zu ersetzen und unsicherer Betondschungel moderner Megastädte mit bequemen, komfortablen und umweltfreundlichen Städten.

Reis. 6-11 Masdar City (Illustrationen von Foster + Partners).

Das ehrgeizigste und pompöseste Ökostadtprojekt der Gegenwart kann Masdar City genannt werden. Dies ist wahrscheinlich der erste wirklich ernsthafte Versuch integrierter Ansatz zur Gestaltung einer Stadt der Zukunft – versorgt mit Energie aus erneuerbaren Quellen (Sonne, Wind usw.) und einer nachhaltigen ökologischen Umwelt mit minimalen Emissionen Kohlendioxid in die Atmosphäre sowie ein System zur vollständigen Wiederverwertung von Abfällen aus städtischen Aktivitäten.
Leider war der für den Bau von Masdar City gewählte Standort nicht der erfolgreichste, und zukünftige Bewohner und Betreiberorganisationen werden immer noch mit einigen Unannehmlichkeiten der Lage dieses Winkels der Wüste zu kämpfen haben. Es liegt auf der Hand, dass die technischen Lösungen des Stadtprojekts der 50-Grad-Sommerhitze nicht vollständig gewachsen sein werden (Ausnahme sind geschlossene Räume, darunter alle Atrien). Auch die Regenperioden im Dezember und Januar und später die starke Nebelsaison werden für die Bewohner der neuen Stadt nicht angenehm sein. Und wenn wir uns an die relativ häufigen Sandstürme im Winter und Frühling in diesem Teil der Wüste erinnern, werden wir verstehen, dass die Stadtbewohner ohne großflächige durchscheinende Beschichtungen, die Stadtblöcke abdecken und vor diesen lokalen Naturphänomenen schützen, regelmäßig mit gewissen Unannehmlichkeiten konfrontiert werden.
Das unten vorgeschlagene Konzept für den Bau großflächiger lichtdurchlässiger Strukturen passt gut in Projekte wie Masdar City und scheint durchaus in der Lage zu sein, solchen Projekten dabei zu helfen, sowohl beim Bau als auch beim Betrieb moderner Städte Geld zu sparen. Und auch, um diese Städte sicherer und komfortabler zu machen.

Abbildung 6-11. So ist die zukünftige Masdar City in farbenfrohen Werbebroschüren und Zeitschriftenillustrationen zu sehen (Illustrationen von Foster + Partners).

Im Jahr 2012 entwickelten russische Ingenieure ein Konzept zur Abdeckung großer Spannweiten, das heute technisch zugänglich und effektiv in der Umsetzung ist und den Bau einer Vielzahl von Gebäuden und Bauwerken mit großen Spannweiten ermöglicht. Die Idee besteht darin, eine Kabelabdeckung mit mehreren Bändern über einem Gebäudekomplex zu schaffen, die große Spannweiten zwischen tragenden Gebäuden abdeckt, jede Entwurfslast tragen kann und eine einzige dauerhafte und zuverlässige lichtdurchlässige Abdeckung für den gesamten Komplex schafft. Die Beschichtung bietet die Möglichkeit, im geschlossenen Innenraum eines solchen Objekts konstante und angenehme Parameter für den Menschen aufrechtzuerhalten: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftbeweglichkeit und -reinheit, Beleuchtung, Sicherheit usw.
Die Idee der Mehrgurtseilsysteme basiert auf den bekannten Prinzipien von Hängekonstruktionen, die seit mehr als einem halben Jahrhundert weltweit für den Bau von Gebäuden und Bauwerken mit großer Spannweite eingesetzt werden. Allerdings haben Hängekonstruktionen aufgrund einiger ihrer Mängel im Weitspannbau keine größere Verbreitung gefunden. So ist bei weitgespannten Gebäuden mit abgehängten Dachkonstruktionen in der Regel keine Dachneigung zur Gebäudeaußenseite hin möglich, was die Ableitung von Niederschlägen vom Dach zusätzlich erschwert. Darüber hinaus zwingen Schrägseilkonstruktionen die Bauherren dazu, dieses Problem durch zusätzliche finanzielle Investitionen in leistungsstarke Stützpfeiler für diese Lasten zu lösen, da sie in hohen Stützen sehr erhebliche horizontale Lasten erzeugen. Der Hauptnachteil von Hängekonstruktionen ist jedoch ihre hohe Verformbarkeit unter dem Einfluss lokaler Belastungen.

Mehrgurtseilsysteme haben es geschafft, die aufgeführten Nachteile von Schrägseilabdeckungen mit großen Spannweiten zu überwinden und sogar die Möglichkeit geschaffen, viel größere Spannweiten erfolgreich abzudecken, was heute der Entwicklung des Weitspannbaus neue Impulse geben kann.

Es ist bekannt, dass die Abdeckung großer Spannweiten zu allen Zeiten in der Entwicklung unserer Zivilisation nicht nur Architekten und Bauherren, sondern auch normale Menschen interessierte und ihre Aufmerksamkeit auf sich zog. Die Schaffung majestätischer Bauwerke mit großen Spannweiten war schon immer ein Indikator für die fortgeschrittene Entwicklung des Ingenieurwesens sowie für die technische und finanzielle Leistungsfähigkeit der Länder, die in der Lage sind, solche Bauwerke zu errichten.

Was ist eine Mehrgurt-Seilbespannung und wie funktioniert sie?

Um zu verstehen, wie eine Kabelabdeckung mit mehreren Bändern funktioniert, muss man sich den Aufbau einer bekannten weitspannigen Abdeckung vorstellen, die zur Absperrung der Spannweite zwischen zwei tragenden Gebäuden verwendet wurde. (z. B. räumliche Querriegelplatte). Wenn die Spannweite groß genug ist, verbiegt sich diese Beschichtung zwangsläufig unter ihrem Eigengewicht und kann bei zusätzlichen äußeren Belastungen (durch Schnee, Wind usw.) zusammenbrechen. Damit das aber nicht passiert und die weitgespannte Abdeckung nicht einstürzt, spannen wir darunter in mehreren Reihen (Bänder) hochfeste Stahlseile von einem Tragwerk zum anderen, spannen sie und verlegen sie (in bestimmten Abständen über die Länge). der Kabel) zwischen den Gurten der resultierenden Kabelsysteme, Distanzpfosten und zwischen benachbarten Kabeln in allen Gurten des Kabelsystems - Abstandshalter und/oder Abspanndrähte. Durch Multibanding wird sichergestellt, dass das Seilsystem bei jeder Spannweite bikonvex ist und die durchhängende Bespannung von unten stützt.

Gleichzeitig verschwindet in der Beschichtung aufgrund der Spannung der Kabel und der Arbeit der Distanzpfosten nicht nur die resultierende Durchbiegung, sondern es entsteht auch eine Durchbiegung mit umgekehrtem Vorzeichen – nach oben. Dies verhindert nicht nur, dass die Beschichtung unter dem Einfluss extremer Belastungen zusammenbricht, sondern trägt im Gegenteil dazu bei, dass sie entsprechend den Konstruktionsmerkmalen des zugewiesenen Kabelsystems erhebliche zusätzliche Belastungen aufnehmen kann dazu durch das Projekt.
Experten sind sich darüber im Klaren, dass ein System vorgespannter Kabelstrukturen, die eine starre, dauerhafte und stabile Beschichtung tragen, ohne leistungsstarke Stützelemente (die horizontale Komponenten aus der Schubkraft des Kabelsystems aufnehmen) sowie ein Stabilisierungssystem, das alle vorübergehenden Belastungen der Beschichtung aufnimmt, nicht möglich ist , einschließlich negativem Winddruck . Daher berücksichtigt das vorgeschlagene Konzept für den Bau von BSZS alle für diese Bauwerke notwendigen Bedingungen.
Um die Ummantelung des Mehrgurtkabels unter dem Einfluss temporärer Belastungen unveränderlich zu machen, ist es zusätzlich vorgesehen, mit Hilfe von Abspannseilen die Ummantelung um den berechneten Wert zusätzlich zu belasten. Gleichzeitig werden die Abspannseile an den Fundamenten der tragenden Gebäude befestigt, wodurch vermieden wird, dass die Belastung dieser Fundamente durch das zusätzliche Gewicht der weitgespannten Abspannung durch die Spannung der Abspannseile erhöht wird.

Durch die gemeinsame Arbeit des Mehrgurtkabelsystems und der darauf befindlichen verglasten Rahmenabdeckung entstand eine einzige, leichte und zuverlässige lichtdurchlässige Kabelabdeckung mit großer Spannweite, die heute Spannweiten von 200 bis 350 Metern abdecken kann oder mehr.
Es ist klar, dass die Dacheindeckung, deren Grundlage langspannige Mehrgurtkabelsysteme sind, auf Wunsch aus jedem hydrothermischen Isoliermaterial, auch aus lichtdurchlässigem Material, hergestellt werden kann. Beispielsweise sind bei niedrigen Umgebungstemperaturen heute Mehrkammer-Doppelverglasungsfenster das beste lichtdurchlässige Material.

Die Vorteile von Mehrgurtseilsystemen gegenüber den derzeit bekannten technischen Lösungen zur Überbrückung großer Spannweiten liegen auf der Hand. Dies ist eine sehr bedeutende Stärke und Zuverlässigkeit solcher Systeme, eine hervorragende Tragfähigkeit, Leichtigkeit der Konstruktionen, die Fähigkeit, deutlich größere Spannweiten abzudecken, eine bessere Lichtdurchlässigkeit der Beschichtung, ein um ein Vielfaches geringerer Metallverbrauch der Konstruktionen und infolgedessen verhältnismäßig hoher Preis Gesamtabdeckung.

Anwendung von Mehrgurt-Kabelsystemen.

Es ist zu beachten, dass die Technologie der Abdeckung großer und übergroßer Spannweiten mithilfe von Mehrgurtseilsystemen den Bau von Bauwerken unterschiedlichster Volumina, Formen und Zwecke ermöglichen wird. Dies können sein: die größten Hangars und Produktionshallen, Indoor-Leichtathletik- und Fußballstadien, weitläufige öffentliche Räume, Unterhaltungs- und Einkaufszentren, Wohngebiete unter einer lichtdurchlässigen Hülle, große Glaspyramiden und Kuppeln (in denen eine Vielzahl multifunktionaler Immobilien untergebracht sind). Komplexe können platziert werden oder Unternehmenszentren). Mehrspurige Kabelsysteme können auch beim Bau neuartiger Hängebrücken mit großer Spannweite nützlich sein, insbesondere an Orten, an denen der Bau anderer Brückentypen unmöglich oder zu teuer ist.

Abb. 12. Eine lichtdurchlässige Struktur in Form einer PYRAMIDE mit einer Höhe von 200 m.

Es scheint, dass der Bau weitgespannter, durchscheinender Komplexe als Blockbebauung entwickelt werden sollte. Und eine der spektakulärsten und optimalsten Ausgangsmöglichkeiten für eine solche Funktionsentwicklung kann beispielsweise die Form eines durchscheinenden Blocks in Form einer regelmäßigen viereckigen PYRAMIDE (Abb. 11) mit folgenden Parametern sein:

Höhe der Pyramide – 200 m;
Grundabmessungen - 300x300 m;
Grundfläche (durch lichtdurchlässige Beschichtungen geschütztes Gebiet) – 9,0 ha;
Fläche der umschließenden Bauwerke - 150.000 m2;
das geometrische Volumen der Pyramide (P200) beträgt 6,0 Millionen Kubikmeter.

Um den Innenraum des Komplexes nicht zu überfüllen, ist es in einem solchen verglasten Viertel sinnvoll, nur 320.000 bis 450.000 Quadratmeter Nutzfläche (oberirdisch) zu haben, die hauptsächlich von Gewerbe- und/oder Wohnimmobilien genutzt wird in den tragenden Gebäuden dieses durchscheinenden Komplexes. Das verbleibende Volumen des Bauwerks (mehr als 4,0 Millionen Kubikmeter) besteht aus multifunktionalen Atrien.

Zum Vergleich: Bei einer Erhöhung der Höhe einer solchen Pyramide P200 (eine geometrisch ideale Pyramide hat ein Verhältnis von 3:4:5) um nur 50 Meter, betragen die Parameter von P250: Grundfläche – 375 x 375 m; Sbas = 14,1 Hektar, Sglass = 235,0 Tausend Quadratmeter. Das Innenvolumen der lichtdurchlässigen Struktur, das in diesem Fall 11,7 Millionen Kubikmeter beträgt, wird sich fast verdoppeln, und die Fläche, die Gewerbeimmobilien einnehmen, kann auf 0,8 bis 1,0 Millionen Quadratmeter anwachsen. Besonders attraktiv ist außerdem, dass sich die Fläche der umschließenden Strukturen der P250-Pyramide nahezu verdoppeln wird! weniger als die Gesamtfläche der umschließenden Strukturen interner Stützgebäude. Fachleute sollten die Bedeutung dieses Verhältnisses verstehen.
Mit einer weiteren Vergrößerung des Innenvolumens des BSZS und einer kuppelförmigen Form nimmt das Verhältnis der Fläche der umschließenden Strukturen des durchscheinenden Komplexes zur Summe aller Nutzflächen ab Innenräume(sowie auf die Summe der Flächen der umschließenden Strukturen interner Gebäude) wird sich in einem sehr erfreulichen Verlauf ändern, d. h. Der Prozess eines solchen Baus wird wirtschaftlich immer attraktiver!

Sportzentren mit transluzenter Beschichtung.
Ein weiterer vielversprechender Bereich für den Einsatz lichtdurchlässiger Kabelabdeckungen mit mehreren Bändern scheint heute der Bau von Hallenfußballstadien und anderen Gebäuden mit großer Spannweite zu sein. Sportanlagen. Jedes Jahr steigt die Nachfrage nach Indoor-Sportstadien weltweit (zum Beispiel bauen nicht nur Europäer und Nordamerikaner große Indoor-Stadien, sondern auch weniger wohlhabende Länder wie Argentinien und Kasachstan sowie die Philippinen haben kürzlich solche Strukturen gebaut baut derzeit, wie man sagt, das größte Hallenstadion der Welt). Im Vorfeld der Vorbereitungen für die Fußballmeisterschaft 2018 könnte auch in Russland eine Nachfrage nach solchen Einrichtungen entstehen.

Die Einzigartigkeit und die hohen Kosten der derzeit existierenden Sportbauwerke mit großer Spannweite (mit einer Spannweite von 120–150 m oder mehr) liegen darin, dass jedes dieser Bauwerke nach den maximalen Möglichkeiten der Bauindustrie am Ort seiner Errichtung ausgeführt wird , ist mit zahlreichen komplexen und genauen Berechnungen tragender Strukturen, erhöhter Verantwortung und erheblicher Materialintensität der umgesetzten Lösungen verbunden. Die Nachteile der Decken all dieser weitgespannten Konstruktionen sind die gleichen: Sie sind komplex, sperrig, metallintensiv und daher irrational und extrem teuer. Aufgrund der leistungsstarken, tragenden Metallstrukturen der Beschichtung ist die Sonneneinstrahlung heutzutage in allen Hallenstadien äußerst gering, was die Pflege moderner Naturrasenoberflächen sehr erschwert Sportarenen in guter Kondition.

Abb. 13. Fußballstadion in Polen. Bei der EURO 2012.
Abb. 14. Das Wembley-Stadion ist das berühmteste Stadion Englands

Es scheint, dass die Verwendung von transluzenten Mehrgurt-Kabelabdeckungen diesen ungünstigen Zustand beim Bau von Sportanlagen mit großer Spannweite radikal ändern sollte (die Skizzen in Abb. 15-19 zeigen eine der möglichen Optionen für den Bau einer relativ großen Sportanlage). preiswerter Indoor-Multifunktionssportkomplex).

Reis. 15-18 Skizzen eines großen Hallenstadions.
.
1 und 2 – Gebäude, die als tragende Strukturen für die transluzente Beschichtung dienen;
4 – Mehrgurt-Kabelsysteme;
10 – Abspannseile;
11 – lichtdurchlässige 3-Band-Kabelabdeckung;
18 und 19 – Zuschauerränge;
21 – selbsttragende transluzente Strukturen

Reis. 19. Abschnitt einer lichtdurchlässigen 3-Band-Kabelabdeckung (siehe Bezeichnung 4 und 11 in Abb. 17)

5 - hochfestes Metallkabel;
6 - Kabelabdeckungsgürtel;
7 - Abstandshalter;
8 - horizontale Abstandsdehnung:
12 – durchscheinende Beschichtungselemente;
13 - Rahmenstruktur der durchscheinenden Beschichtung.

Mehrgurtige Seilsysteme (4) (die die Spannweite zwischen den Stützen (1 und 2) überlappen) sind aufgrund des Höhenunterschieds der tragenden Gebäude nach außen geneigt und bilden die Grundlage für die Platzierung einer verschiebbaren, lichtdurchlässigen Abdeckung darüber (11), bestehend aus Rahmenkonstruktionen (13) und lichtdurchlässigen Elementen (12).
Das Mehrgurt-Seilsystem, Abspannseile (10) und weitere technische Sonderlösungen verleihen der Kabelummantelung die nötige Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber der Wahrnehmung aller Bemessungslasten.
Zwischen den tragenden Gebäuden (1 und 2) sind entlang der Kontur der Außenwände des Stadions selbsttragende lichtdurchlässige Strukturen (21) vorgesehen, die die Kontur der Außenwände geschlossen machen.
Durch den Einsatz von Mehrgurt-Kabelabdeckungen können alle neuen Stadien mit dem einfachsten, zuverlässigsten und relativ kostengünstigen Design einer lichtdurchlässigen Abdeckung ausgestattet werden und gleichzeitig eine bessere Isolierung der Arena als in allen bisher gebauten Hallenstadien gewährleisten.

Der Bau von lichtdurchlässigen Mehrgurt-Kabelabdeckungen mit großer Spannweite ist heute keine allzu schwierige Aufgabe, da in der Baupraxis langjährige Erfahrungen mit der Verwendung von Schrägseilabdeckungen mit großer Spannweite vorliegen, bei denen grundsätzlich die gleichen Techniken zum Einsatz kommen Lösungen, Materialien, Produkte und Geräte sowie die gleichen technischen Spezialisten.

Ein großes und schönes, überdachtes und komfortables modernes Sportzentrum ist für jede sich entwickelnde Stadt notwendig, nicht nur um das ganze Jahr über Sportwettkämpfe unter angemessenen Bedingungen abzuhalten, sondern auch um die Stadtbevölkerung umfassend in den aktiven Sport und ihre persönliche Gesundheit einzubeziehen. Zu diesem Zweck kann ein multifunktionaler Sportkomplex nicht nur einen hochwertigen Fußballplatz, zahlreiche Turnhallen, Schwimmbäder und Fitnesszentren, sondern auch beliebige Einrichtungen für Freizeit- und Bildungstraining in verschiedenen Sportarten sowie den Hochhausteil umfassen Der Sportkomplex kann auf Wunsch Hotel- und Bürozentren in der Nähe des Objektprofils aufnehmen.

Mit Hilfe der besten Spezialisten Baufirmen(zum Beispiel Französisch „ Freyssinet International & Cie" oder Japanisch „TOKYO ROPE MFG.CO, LTD.“, die weltweit führend in der Entwicklung und Herstellung von Schrägseilkonstruktionen sind), ist es möglich, heute mit dem Bau der vorgeschlagenen lichtdurchlässigen Objekte mit großer Spannweite zu beginnen.

Abb. 20. Kuppelförmige Schutzstruktur mit transluzenter Beschichtung.

Perspektiven für die Architektur weitgespannter transluzenter Komplexe.

Die riesigen Atriumräume des BSZS können viele Aufgaben vereinen. So können Atrien mit einem Volumen von Millionen Kubikmetern gleichzeitig den größten Luxus-Wasserpark, ein vollwertiges Sportstadion und vieles mehr beherbergen. Aber es scheint, dass die meisten BSZS in Zukunft lieber die Möglichkeit bevorzugen werden, in ihren Atriumräumen weitläufige und gemütliche Landschaftsgärten mit Sport- und Kinderspielplätzen, Springbrunnen und Wasserfällen, Gehegen mit exotischen Tieren und malerischen Teichen, Freibädern und Cafés zu errichten die Rasenflächen. Schließlich bietet jeder dieser immergrünen Blumengärten den Bewohnern und Gästen des BSZS die Möglichkeit, täglich mit der Tierwelt zu kommunizieren – sowohl in den heißesten Sommermonaten als auch an den langen Regentagen des Herbstes und in den schneereichen, kalten Wintermonaten.

Kämpfern für den Naturschutz dürfte es gefallen, dass beim Bau des BSZS der Prozess des Eindringens der belebten Natur in die riesigen, von Menschenhand geschaffenen, durchscheinenden Strukturen intensiviert wird. Durch die Besetzung speziell dafür vorbereiteter Räume im BSZS und die Bildung nachhaltiger Ökosysteme in diesen (mit aktiver Hilfe des Menschen) kann die Natur die architektonischen Objekte der Zukunft qualitativ füllen und sie funktionaler und für den Menschen attraktiver machen. Gleichzeitig wird es in den von Menschen organisierten Atriumräumen, den besten BSZS, zweifellos zu Mutualismus (für beide Seiten vorteilhaftes Zusammenleben) von Natur und Mensch kommen.

Abb.21-22. Atrien amerikanischer Hotels, die den berühmten Gaylord Hotels gehören.

Die positiven Ergebnisse, die beim Bau des BSZS erzielt werden, entsprechen voll und ganz den Anforderungen der modernen Stadtplanung. Dies ist die wirtschaftliche und ökologische Attraktivität der Bauwerke; Intensive Entwicklung des künstlichen menschlichen Lebensraums, eng verbunden mit der natürlichen Umwelt und Bereitstellung von Gute Qualität Das Leben der Menschen; die Bildung eines neuen Typs von Ökostädten und Verbesserung der Umweltsituation in bestehenden Megastädten; die Entstehung neuer beliebter Gebiete für die Entwicklung des technischen Fortschritts und erhebliche Einsparungen bei den natürlichen Ressourcen.

BSZS entsprechen in vielerlei Hinsicht den Grundsätzen des Green Buildings am besten und tragen nicht nur zur Verbesserung der Qualität von Bauprojekten, sondern auch zum Schutz der Umwelt bei.

Der Bau des BSZS wird helfenentscheiden die folgenden wichtigen Aufgaben der „nachhaltigen Entwicklung“ und die Anforderungen der „grünen“ Standards LEED, BREEAM, DGWB:
- Reduzierung des Verbrauchs von Energie- und Materialressourcen durch Gebäude;
- Reduzierung nachteiliger Auswirkungen auf natürliche Ökosysteme;
- Gewährleistung eines garantierten Komfortniveaus in der menschlichen Umgebung;
- Schaffung neuer energieeffizienter und energiesparender Produkte, neue Arbeitsplätze im Produktions- und Wartungsbereich;
- Bildung der öffentlichen Nachfrage nach neuen Erkenntnissen und Technologien im Bereich der erneuerbaren Energien.

Atrien aus durchscheinenden Strukturen werden unseren Innenhöfen sicherlich ihre frühere Relevanz und Bedeutung zurückgeben, als neu geschaffener öffentlicher Raum, der in vielerlei Hinsicht charmant, frei von Autos und voller Leben ist Sonnenlicht, Gemütlichkeit, Komfort.

Die Konstruktionsmerkmale der BSZS und ihre sinnvolle Nutzung werden es in Zukunft ermöglichen, den Bau solcher Bauwerke so zu optimieren, dass der Bau eines Gebäudekomplexes mit einer durchscheinenden Kuppel deutlich kostengünstiger ist als der Bau desselben Gebäudekomplexes unter identischen Bedingungen, jedoch ohne Schutzkuppel.
Es ist also offensichtlich, dass die Kosten einer transluzenten Beschichtung und die Betriebskosten (bei korrekter und gezielter Bewegung in diese Richtung) mit zunehmendem Volumen der Struktur (nicht in) sinken absolute Messung, aber relativ zu den Kosten pro 1 Quadratmeter Nutzfläche). Diese natürliche Schlussfolgerung wird durch gewöhnliche Logik, gesunden Menschenverstand und Mathematik bestätigt.
Und eine mehrfache Reduzierung der Fläche der umschließenden Bauwerke des BSZS im Verhältnis zur Summe der Flächen der umschließenden Bauwerke der Innengebäude führt zwangsläufig zu einer Verringerung des Energieverbrauchs für die Beheizung des BSZS-Komplexes und für seine Klimatisierung, im Vergleich zum gleichen Volumen gewöhnlicher Gebäude, die nicht durch eine durchscheinende Hülle geschützt sind.
Gleichzeitig werden alle Innengebäude des BSZS über eine vereinfachte Fertigstellung der Außenwände verfügen (ohne teure Beschichtungen und fehlende Isolierung) und Fensteröffnungen werden nicht unbedingt mit doppelt verglasten Fenstern verglast, was sich zwangsläufig auf die Kosten auswirkt die Fundamente. Die wichtigsten Heizungs- und Klimaanlagen interner Gebäude können in Atriumräume verlegt werden, wodurch das Wohnen und Wohnen im Inneren erleichtert wird Büroräume einfacher, effizienter usw.

Es scheint, dass neue Ökostädte in der Zukunft hauptsächlich aus nahe beieinander liegenden und möglichst autonomen BSZS bestehen werden. Solche durchscheinenden Strukturen werden inmitten der Tierwelt errichtet und in die natürliche Landschaft integriert. Darüber hinaus werden sie durch modernste Hochgescmiteinander und mit anderen Städten verbunden. Dies wird vermutlich nicht nur dazu führen, dass viele Bewohner der Öko-Städte der Zukunft das Persönliche völlig ablehnen Fahrzeug, aufgrund ihrer Nutzlosigkeit, werden aber auch in der Lage sein, Orte mit gefährlichen Kreuzungen von Menschenströmen und Autoströmen dauerhaft zu beseitigen.

Das wichtigste Ergebnis des Baus ökologisch nachhaltiger, lichtdurchlässiger Bauwerke mit großer Spannweite ist jedoch die Erweiterung und Verbesserung einer komfortablen menschlichen Umgebung ohne negative Folgen für die Natur.

Sankt Petersburg
09.06.2013

Anmerkungen :
. Kuppel über Houston“ – http://youtu.be/vJxJWSmRHyE ;
. Das größte Zelt der Welt
- http://yo www.youtube.com/watch utu.be/W3PfL2WY5LM ;
. „Tropische Inseln“ – www.youtube.com/watch ;
. Stadt Masdar - www.youtube.com/watch;
. Hängebrücke mit großer Spannweite -
.

Literaturverzeichnis :
1. Marcus Vitruv Pollio, de Architectura – das Werk von Vitruv in englische Übersetzung Gwilta (1826);
2. L. G. Dmitriev, A. V. Kasilov. „Schrägseilabdeckungen“. Kiew. 1974;
3. Zverev A.N. Weitspannige Dachkonstruktionen für öffentliche und industrielle Gebäude. Staatliche Universität für Bauingenieurwesen St. Petersburg – 1998;
4. Kirsanov N.M. Hänge- und Schrägseilkonstruktionen. Stroyizdat - 1981;
5. Smirnov V.A. Hängebrücken mit großer Spannweite. Höhere Schule. 1970;
6. Eurasisches Patent Nr. 016435 – Schutzstruktur mit einer langspannigen durchscheinenden Beschichtung – 2012;
7.

Abb.23-28. Atrien der amerikanischen Hotelkette der gehobenen Klasse „Gaylord Hotels“.

Von funktionaler Zweck Langspannige Gebäude können unterteilt werden in:

1) öffentliche Gebäude (Theater, Ausstellungspavillons, Kinos, Konzert- und Sporthallen, Hallenstadien, Märkte, Bahnhöfe);

2) Sondergebäude (Hangars, Garagen);

3) Industriegebäude (Luftfahrt-, Schiffbau- und Maschinenbauanlagen, Laborgebäude verschiedener Branchen).

Tragende Konstruktionen gemäß Konstruktionsdiagramm sind geteilt in:

Block,

Gewölbt,

Strukturell,

Kuppel,

Hängend,

Mesh-Schalen.

Die Wahl des einen oder anderen Schemas der tragenden Strukturen eines Gebäudes hängt von einer Reihe von Faktoren ab: der Spannweite des Gebäudes, der architektonischen und planerischen Lösung und der Form des Gebäudes, dem Vorhandensein und der Art des schwebenden Transports sowie den Anforderungen an die Steifigkeit der Beschichtung, Art des Daches, Belüftung und Beleuchtung, Basis für Fundamente usw. .

Bauwerke mit großen Spannweiten sind Objekte individueller Konstruktion; ihre architektonischen und strukturellen Lösungen sind sehr individuell, was die Möglichkeiten der Typisierung und Vereinheitlichung ihrer Bauwerke einschränkt.

Die Tragwerke solcher Gebäude werden hauptsächlich durch ihr Eigengewicht und atmosphärische Einflüsse belastet.

1.1 Balkenkonstruktionen

Balken-Weitspanndachkonstruktionen bestehen aus tragenden Hauptquerkonstruktionen in Form von Flach- oder Raumfachwerken (Fachwerkspannweite von 40 bis 100 m) und Zwischenkonstruktionen in Form von Ankern, Pfetten und Dacheindeckungen.

Laut Umriss des Hofes gibt es solche: mit parallelen Bändern, trapezförmig, vieleckig, dreieckig, segmental (siehe Diagramme in Abb. 1).

Fachwerkhöhe hf=1/8 ÷ 1/14L; Steigung i=1/ 2 ÷ 1/15.

Dreiecksbinder hf= 1/12 ÷ 1/20L; Neigung der Riemen i=1/5 ÷ 1/7.

Abb. 1 – Schemata von Baufachwerken

Fachwerkquerschnitte:

Bei L > 36m wird einer der Träger des Balkenbinders beweglich eingebaut.

Abdeckungslayout- Vertikale und horizontale Verbindungen entlang der Beschichtung werden ähnlich wie bei Industriegebäuden mit Dachstühlen gelöst.

A) normales Layout

Wand

b) komplizierter Aufbau – mit Sparrenbindern:

Strahlbeschichtungsschemata werden verwendet:

Für alle Arten von Tragkonstruktionen – Ziegel- oder Betonwände, Säulen (Metall oder Stahlbeton);

Wenn Stützkonstruktionen Schubkräfte nicht aufnehmen können;

Beim Bau von Gebäuden auf Setzungs- oder Karstböden und untergrabenen Flächen.

Es ist zu beachten, dass Balkendachsysteme schwerer sind als Rahmen- und Bogendachsysteme, aber einfach herzustellen und zu installieren sind.

Die Berechnung von Fachwerken erfolgt mit Methoden der Strukturmechanik (ähnlich der Berechnung von Fachwerken von Industriebauten).

1.2 Rahmenkonstruktionen

Für Spannweiten werden Rahmenkonstruktionen für Gebäudedächer verwendet

L=40 - 150m, bei einer Spannweite L > 150m werden sie unwirtschaftlich.

Vorteile von Rahmenkonstruktionen Im Vergleich zu Balken bedeutet dies weniger Gewicht, höhere Steifigkeit und geringere Höhe der Querträger.

Mängel- große Stützenbreite, Empfindlichkeit gegenüber ungleichmäßigen Setzungen der Stützen und Änderungen in T o.

Rahmenkonstruktionen sind wirksam, wenn die lineare Steifigkeit der Säulen nahe an der linearen Steifigkeit der Querträger liegt, was eine Umverteilung der Kräfte aus vertikalen Lasten und eine deutliche Gewichtsreduzierung der Querträger ermöglicht.

Bei der Abdeckung großer Spannweiten werden in der Regel Doppelgelenk- und Scharnierrahmen unterschiedlichster Form verwendet (siehe Abb. 2).

Reis. 2 - Schemata von Durchgangsrahmen

Scharnierlose Rahmen sind steifer und sparsamer im Materialverbrauch, erfordern jedoch den Bau leistungsfähiger Fundamente und reagieren empfindlich auf Temperaturschwankungen.

Bei großen Spannweiten und Belastungen werden die Rahmentraversen als schwere Fachwerkträger ausgeführt, bei relativ kleinen Spannweiten (40-50 m) haben sie die gleichen Querschnitte und Bauteile wie leichte Fachwerkträger.

Die Querschnitte der Rahmen ähneln Balkenbindern.

Rahmen- und Deckellayout aus Rahmenkonstruktionen ähnelt der Lösung von Rahmen von Industriegebäuden und Balkenverkleidungen.

Statische Berechnungen von Rahmenkonstruktionen werden mit strukturmechanischen Methoden und speziell entwickelten Computerprogrammen durchgeführt.

Schwere Durchgangsrahmen werden unter Berücksichtigung der Verformung aller Gitterstäbe als Gittersysteme konzipiert.

1.3 Gewölbte Strukturen

Gewölbte Dachkonstruktionen für weitgespannte Gebäude erweisen sich hinsichtlich des Materialverbrauchs als kostengünstiger als Balken- und Rahmensysteme. Allerdings entsteht in ihnen eine erhebliche Schubkraft, die über die Fundamente auf den Boden übertragen wird oder durch eine Straffung aufgefangen (d. h. die Schubkraft innerhalb des Systems gelöscht) wird.

Die Muster und Umrisse von Bögen sind sehr vielfältig: zweigelenkig, dreigelenkig, gelenklos (siehe Abb. 3).

Die günstigste Höhe der Bögen: f=1/4 ÷ 1/6 Spanne L.

Höhe des Bogenabschnitts:

Massive Wand 1/50 ÷ 1/80 L,

Gitter 1/30 ÷ 1/60 L.

Reis. 3 - Bögenschemata. Die häufigsten sind Doppelgelenkbögen- Sie sind wirtschaftlich im Materialverbrauch, einfach herzustellen und zu installieren, verformen sich aufgrund der freien Drehung in den Scharnieren leicht und es treten keine nennenswerten zusätzlichen Spannungen durch To und Setzung der Stützen auf. In dreigelenkigen Bögen- Alles ist ähnlich wie bei Doppelscharnieren, jedoch erschwert das Schlüsselscharnier die Gestaltung der Bögen selbst und der Abdeckung. Scharnierlose Bögen -Je leichter die Verteilung der Biegemomente ist, desto günstiger ist sie. Sie erfordern jedoch den Bau leistungsfähiger Fundamente. Sie müssen anhand des Einflusses von T o berechnet werden. Durchgangsbögen sind ähnlich wie Balkendachbinder konstruiert. Anordnung von Rahmen und Bespannung aus Bogenkonstruktionen ähnelt der Lösung von Rahmen aus Rahmenkonstruktionen. Statische Berechnungen von Bogenkonstruktionen werden mit strukturmechanischen Methoden und speziell entwickelten Computerprogrammen durchgeführt. Streben in Durchgangsbögen sind wie bei Fachwerken ausgeführt. Am komplexesten sind strukturell die Stütz- und Schlüsselscharniere (siehe Abb. 4 und 5)

Abb.4- Schemata der Stützscharniere von Bögen und Rahmen (a - gefliest,

b – Sattelkupplung, c – Balancer:

1 - Platte, 2 - Achse, 3 - Balancer).

Reis. 5- Wichtige Scharniere und Bögen

(a – Fliese; b – ausbalanciert; c – Blech; d – verschraubt)

Nach der Bestimmung von M, N, Q werden die Abschnitte der Bogenstäbe auf die gleiche Weise ausgewählt wie die Abschnitte der Stoppelbinder:

1.4 Raumstrukturen von Eindeckungen weitgespannter Gebäude

Bei Balken-, Rahmen- und Bogendachsystemen, die aus einzelnen tragenden Elementen bestehen, wird die Last nur in eine Richtung übertragen – entlang des tragenden Elements. Bei diesen Beschichtungssystemen werden die tragenden Elemente durch leichte Verbindungen miteinander verbunden, die nicht dazu dienen, Lasten zwischen den tragenden Elementen umzuverteilen, sondern lediglich deren räumliche Stabilität sicherzustellen, d.h. Mit ihrer Hilfe wird eine Festplattenabdeckung gewährleistet.

In räumlichen Systemen werden Verbindungen gestärkt und an der Verteilung von Lasten und deren Übertragung auf Stützen beteiligt. Die auf die Raumstruktur wirkende Last wird in zwei Richtungen übertragen. Dieses Design ist normalerweise leichter als ein flaches.

Raumstrukturen können flach (Platten) und gebogen (Schalen) sein.

Um die erforderliche Steifigkeit zu gewährleisten, müssen flache Raumsysteme (ausgenommen hängende) doppelt gegurtet werden, sodass entlang der Oberfläche ein Maschensystem entsteht. Doppelgürtelstrukturen bestehen aus zwei parallelen Maschenflächen, die durch starre Verbindungen miteinander verbunden sind.

Einschichtige Strukturen mit einem gekrümmten Oberflächensystem werden als Single-Mesh bezeichnet.

In solchen Konstruktionen wird das Prinzip der Materialkonzentration durch das Prinzip mehrfach verknüpfter Systeme ersetzt. Die Herstellung und Installation solcher Strukturen ist sehr arbeitsintensiv und erfordert spezielle Herstellungs- und Installationstechniken, was einer der Gründe für ihre begrenzte Verwendung ist.

1.5 Räumliche Gittersysteme flache Beläge

Im Bauwesen werden Netzsysteme mit regelmäßiger Struktur, die sogenannten Baukonstruktionen oder einfach Strukturen, die in Form von flächigen Abdeckungen von weitläufigen öffentlichen und industriellen Gebäuden eingesetzt werden.

Flache Tragwerke sind Tragwerke, die aus verschiedenen Querträgersystemen gebildet werden (siehe Abb. 6):

1) Tragwerke aus in drei Richtungen verlaufenden Querträgern. Daher sind sie am steifsten, aber schwieriger herzustellen. Dabei handelt es sich um Strukturen mit Gürtelmaschen aus ungleichseitigen Dreiecken.

2) Strukturen, die aus in zwei Richtungen verlaufenden Fachwerken bestehen. Dabei handelt es sich um Strukturen mit Gürtelnetzen aus quadratischen Zellen.

3) Konstruktionen aus Fachwerkträgern, ebenfalls in zwei Richtungen verlaufend, jedoch in den Eckbereichen durch Diagonalen verstärkt. Deshalb sind sie härter.

Vorteile von Strukturen:

Höhere räumliche Steifigkeit: Große Spannweiten können mit unterschiedlichen Stützkonturen oder Stützenrastern abgedeckt werden; Erhalten Sie ausdrucksstarke architektonische Lösungen auf der Höhe der Struktur.

HStrukturen=1/12 - 1/20 L

Wiederholbarkeit der Stangen – aus Standardstangen und Stangen desselben Typs ist es möglich, Abdeckungen mit unterschiedlichen Spannweiten und Grundrisskonfigurationen (rechteckig, quadratisch, dreieckig und gebogen) zu montieren.

Ermöglicht das Anbringen eines hängenden Transportmittels und das Ändern der Bewegungsrichtung bei Bedarf.

Strukturelle Dachsysteme können entweder ein- oder mehrfeldrig sein und sowohl von Wänden als auch von Säulen getragen werden.

Der Einbau von Kragüberständen hinter der Stützenlinie reduziert das berechnete Spannweitenbiegemoment und erleichtert den Aufbau der Beschichtung erheblich.

Reis. 6- Diagramme von strukturellen Abdeckgittern (a – mit Gürtelmaschen aus gleichseitigen dreieckigen Zellen; b – mit Gürtelmaschen aus quadratischen Zellen; c – das gleiche, verstärkt mit Diagonalen in bedingten Zonen: 1 – Obergurte,

2 - Untergurte, 3 - Schrägstreben, 4 - Oberdiagonalen, 5 - Unterdiagonalen, 6 - Stützkontur).

Nachteile von Strukturen- erhöhte Komplexität der Herstellung und Installation. Räumliche Verbindungen von Stäben (siehe Abb. 7) sind die komplexesten Elemente in Bauwerken:

Kugeleinsatz (a);

An Schrauben (b);

Ein zylindrischer Kern mit Schlitzen, festgezogen mit einer Schraube und Unterlegscheiben (c, d);

Geschweißte Verbindung abgeflachter Stangenenden (e).

Reis. 7 – Schnittstellenknoten für Strukturstäbe

Tragwerke sind immer wieder statisch unbestimmte Systeme. Genaue Berechnung Sie sind komplex und werden auf einem Computer ausgeführt.

In einem vereinfachten Ansatz werden Tragwerke mit strukturmechanischen Methoden berechnet – als isotrope Platten oder als Systeme von Querfachwerken ohne Berücksichtigung von Drehmomenten.

Die Beträge der Momente und Querkräfte werden anhand der Plattenberechnungstabellen ermittelt: M-Platten; Qplates – fahren Sie dann mit der Berechnung der Stäbe fort.

1.6 Schalenbeschichtungen

Für Gebäudehüllen werden einmaschige, zweimaschige Zylinderschalen und Doppelkrümmungsschalen verwendet.

Zylindrische Schalen (siehe Abb. 8) werden in Form von Bögen mit Unterstützung hergestellt:

a) geradlinige Erzeugende der Kontur

b) an den Endmembranen

c) auf Endmembranen mit Zwischenstützen

Abb.8- Schemata zur Unterstützung zylindrischer Schalen (1 - Schale;

2 - Endmembran; 3 - Verbindungen; 4 - Spalten).

Bei Spannweiten B von maximal 30 m kommen einmaschige Schalen zum Einsatz.

Doppelmasche – für große Spannweiten B>30m.

Auf der zylindrischen Oberfläche befinden sich Stäbe, die Maschen verschiedener Systeme bilden (siehe Abb. 9):

Diamantnetz (a);

Rhombisches Netz mit Längsrippen (b);

Rhombisches Netz mit Querrippen (c);

Rhombisches Netz mit Quer- und Längsrippen (d).

Das einfachste Netz eines Rautenmusters, das aus leichten Standardstäben (∟, ○, □) von Walzprofilen gewonnen wird. Dieses Schema sorgt jedoch nicht für die erforderliche Steifigkeit in Längsrichtung bei der Lastübertragung auf die Längswände.

Reis. 9 - Mesh-System aus einzelnen Mesh-Schalen

Die Steifigkeit der Struktur nimmt bei Vorhandensein von Längsstäben erheblich zu (Diagramm „b“) – die Struktur kann als Schale mit der Spannweite L funktionieren. In diesem Fall können die Stützen Endwände oder vier Säulen mit Endmembranen sein.

Am steifsten und vorteilhaftesten sind die Maschen (Muster „c“), die sowohl Längs- als auch Querrippen (Stäbe) haben und deren Maschengitter in einem Winkel von 45 ausgerichtet ist.

Die Berechnung von Schalen erfolgt mit Methoden der Elastizitätstheorie und Methoden der Schalentheorie. Schalen ohne Querrippen berechnet als momentlose Falten (Ellers-Methode). Wenn Querrippen vorhanden sind, um die Steifigkeit der Kontur sicherzustellen - gemäß der Momententheorie von Wlassow (es kommt darauf an, Gleichungen mit acht Termen zu lösen).

Bei der Berechnung durch Netzschalen werden Durchgangsflächen von Strukturen durch massive Platten gleicher Dicke ersetzt, wenn unter Scherung, axialer Spannung und Druck gearbeitet wird.

Genauere Berechnungen von Netzschalen werden am Computer mit speziell entwickelten Programmen durchgeführt.

Doppelte Mesh-Schalen Wird bei der Abdeckung von Spannweiten mit einer Breite von mehr als B>30 m verwendet.

Ihre Designdiagramme ähneln denen von Doppelnetzen flache Platten- Strukturen. Wie bei Bauwerken bestehen sie aus Querträgersystemen, die entlang der Ober- und Untergurte durch spezielle Verbindungen – ein Gitter – verbunden sind. Gleichzeitig kommt aber bei Schalen die Hauptrolle bei der Wahrnehmung von Kräften den gekrümmten Netzebenen zu; das sie verbindende Gitter ist weniger an der Kraftübertragung beteiligt, verleiht der Struktur aber eine größere Steifigkeit.

Im Vergleich zu Einzelnetzschalen weisen Doppelnetzschalen eine höhere Steifigkeit und Tragfähigkeit auf. Sie können Gebäudespannweiten von 30 bis 700 m abdecken.

Sie sind in Form einer zylindrischen Fläche gestaltet und ruhen auf Längswänden oder auf Metallsäulen. An den Enden der Schale ruhen sie auf starren Membranen (Wände, Fachwerke, Bögen mit Zuganker etc.).

Die beste Kräfteverteilung in der Schale liegt bei B=L.

Der Abstand zwischen den Netzflächen beträgt h=1/20÷1/100R bei f/B=1/6÷1/10.

Wie bei Konstruktionen ist die Verbindung der Stäbe die komplexeste.

Die Berechnung von Zweinetzschalen erfolgt am Computer mit speziell entwickelten Programmen.

Für eine näherungsweise Berechnung der Schale ist es erforderlich, das Stabsystem auf eine äquivalente feste Schale zu reduzieren und den Schubmodul der Mittelschicht zu ermitteln, der in seiner Steifigkeit dem Verbindungsgitter entspricht.

1.7 Kuppelabdeckungen

Es gibt vier Arten von Kuppelstrukturen (siehe Abb. 6): gerippt (a), gerippt-ringförmig (b), Netz (c), radial gebündelt (d).

Reis. 10- Kuppelpläne

Gerippte Kuppeln

Die Strukturen von Rippenkuppeln bestehen aus einzelnen flachen oder räumlichen Rippen in Form von Balken, Fachwerken oder Halbbögen, die in radialer Richtung angeordnet und durch Träger miteinander verbunden sind.

Die oberen Rippengürtel bilden die Oberfläche der Kuppel (meist kugelförmig). Das Dach wird entlang der Pfetten verlegt.

Um die Rippen wieder zu verbinden, wird am Scheitelpunkt ein starrer Ring installiert, der eine Kompression bewirkt. Die Rippen können klappbar oder starr am Zentralring befestigt sein. Ein Paar Kuppelrippen, die in derselben diametralen Ebene liegen und durch einen zentralen Ring unterbrochen werden, wird als eine einzelne, beispielsweise gewölbte Struktur (zweigelenkig, dreigelenkig oder scharnierlos) betrachtet.

Rippenkuppeln sind Abstandhaltersysteme. Die Ausdehnung wird durch Wände oder einen speziellen Abstandsring in Kreis- oder Polyederform mit starren oder gelenkigen Verbindungen in den Ecken wahrgenommen.

Zwischen den Rippen werden in einem bestimmten Abstand Ringpfetten verlegt, auf denen die Dacheindeckung aufliegt. Schultergurte sorgen zusätzlich zu ihrem Hauptzweck für die allgemeine Stabilität des oberen Rippengürtels außerhalb der Ebene und reduzieren so ihre Konstruktionslänge.

Um die Gesamtsteifigkeit der Kuppel in der Pfettenebene zu gewährleisten, sind in einem bestimmten Abstand Schrägverbindungen zwischen den Rippen sowie Vertikalverbindungen zur Entkopplung des Innengürtels des Bogens angeordnet – zwischen den Vertikalverbindungen sind Abstandshalter angeordnet.

Bemessungslasten- Eigengewicht der Struktur, Gewicht der Ausrüstung und atmosphärische Einflüsse.

Die Gestaltungselemente der Kuppelabdeckung sind: Rippen, Stütz- und Mittelringe, Pfetten, Schräg- und Vertikalverbindungen.

Wenn die Ausdehnung der Kuppel durch einen Distanzring wahrgenommen wird, kann der Ring bei der Berechnung des Bogens durch einen bedingten Spannring ersetzt werden, der sich in der Ebene jedes Halbbogenpaares befindet (einen flachen Bogen bilden).

Bei der Berechnung des Stützrings kann bei häufiger Anordnung der Bögen (Rippen) der Kuppel die Wirkung ihrer Stöße durch eine äquivalente gleichmäßig verteilte Last ersetzt werden:

Gerippte Ringkuppeln

Bei ihnen bilden Schultergurte mit Rippen ein starres Raumsystem. In diesem Fall arbeiten die Ringträger nicht nur beim Biegen durch die Belastung der Beschichtung, sondern auch durch die Reaktionen der Zwischenrippen und nehmen Zug- oder Druckringkräfte wahr, die durch Stöße am Stützpunkt des mehrfeldrigen Halbbalkens entstehen. Bögen.

Das Gewicht der Rippen (Bögen) einer solchen Kuppel wird durch die Einbeziehung von Ringträgern als Zwischenstützringe reduziert. Die ringförmigen Rippen in einer solchen Kuppel funktionieren auf die gleiche Weise wie der Stützring in einer gerippten Kuppel und können bei der Berechnung von Bögen durch bedingtes Anziehen ersetzt werden.

Bei symmetrische Belastung Die Berechnung der Kuppel kann durch die Unterteilung in Flachbögen mit Ankern auf Höhe der Ringrippen (Pfetten) erfolgen.

Mesh-Kuppeln

Wenn Sie die Konnektivität des Systems in einer gerippten oder gerippten Ringkuppel erhöhen, können Sie Netzkuppeln mit gelenkigen Verbindungen der Stäbe an den Knoten erhalten.

Bei Gitterkuppeln befinden sich zwischen den Rippen (Bögen) und Ringen (Ringpfetten) Streben, dank derer die Kräfte über die Kuppeloberfläche verteilt werden. In diesem Fall wirken die Stäbe hauptsächlich nur auf Axialkräfte, was das Gewicht der Rippen (Bögen) und Ringe reduziert.

Die Stäbe der Gitterkuppeln bestehen aus geschlossenen Profilen (runder, quadratischer oder rechteckiger Querschnitt). Verbindungen von Stäben wie in Strukturen oder Netzschalen.

Netzkuppeln werden mit speziell entwickelten Programmen am Computer berechnet.

Sie werden näherungsweise nach der momentlosen Schalentheorie berechnet – als kontinuierliche rotationssymmetrische Schale unter Verwendung von Formeln aus den entsprechenden theoretischen Nachschlagewerken.

Radialstrahlkuppeln

Es handelt sich um gerippte Kuppeln, die aus segmentierten, radial angeordneten Halbbindern bestehen. In der Mitte sind segmentierte Halbbinder zu einem starren Ring (Gitter oder Vollwand mit versteifenden Membranen) verbunden.

1.8 Hängende Beläge

Hängende Beschichtungen sind solche, bei denen die Haupttragelemente unter Spannung arbeiten.

Bei diesen Elementen kommen ausschließlich hochfeste Stähle zum Einsatz, da ihre Tragfähigkeit eher von der Festigkeit als von der Stabilität bestimmt wird.

Tragende gespannte Stäbe – Seile – können flexibel oder starr ausgeführt werden.

Hart- hergestellt aus gebogenen I-Trägern.

Flexibel- hergestellt aus Stahlseilen (Kabeln), verdrillt aus hochfestem Draht mit R = 120 kN/cm2 ÷ 240 kN/cm2.

Hängende Dachkonstruktionen sind eine der vielversprechendsten Konstruktionsformen für den Einsatz hochfester Materialien. Die Strukturelemente von Hängedächern sind leicht zu transportieren und relativ einfach zu installieren. Die Konstruktion von abgehängten Abdeckungen weist jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten auf, deren erfolgreiche technische Lösung die Wirksamkeit der gesamten Abdeckung bestimmt:

Erster Nachteil- Hängende Abdeckungen sind Dehnungssysteme und zur Aufnahme der Schubkraft ist eine Stützkonstruktion erforderlich, deren Kosten einen erheblichen Teil der Kosten der gesamten Abdeckung ausmachen können. Eine Reduzierung der Kosten für Stützkonstruktionen kann durch eine Steigerung der Effizienz ihrer Arbeit erreicht werden – durch die Schaffung von Abdeckungen mit runden, ovalen und anderen nicht geradlinigen Grundrissformen;

zweiter Nachteil- erhöhte Verformbarkeit von Aufhängesystemen. Dies liegt daran, dass der Elastizitätsmodul von verdrillten Kabeln geringer ist als der von Walzstahl (Etrosa = 1,5 ÷ 1,8 × 10 5 MPa; E von Walzstäben = 2,06 × 10 5 MPa) und der elastische Arbeitsbereich von Hochfester Stahl ist viel größer als gewöhnlicher Stahl. Somit ist die relative Verformung des Kabels im elastischen Arbeitsstadium, ε = G/E, um ein Vielfaches größer als bei Elementen aus gewöhnlichem Stahl.

Bei den meisten abgehängten Abdecksystemen handelt es sich um Sofortversteifungssysteme, d. h. Systeme, die nur unter Gleichgewichtslasten elastisch arbeiten, und unter Einwirkung ungleichmäßiger Lasten in ihnen treten neben elastischen Verformungen auch kinematische Verschiebungen des Systems auf, die zu einer Veränderung der Integrität des geometrischen Beschichtungssystems führen.

Um kinematische Bewegungen zu reduzieren, werden hängende Beschichtungssysteme häufig mit speziellen Stabilisierungsvorrichtungen ausgestattet und vorgespannt.

Arten von Hängesystemen

1. Einbandsysteme mit flexiblen Kabeln

Solche Beschichtungssysteme sind im Grundriss rechteckig oder gekrümmt, beispielsweise rund, ausgebildet (siehe Abb. 11).

Es handelt sich um vorgespannte Stahlbetonschalen, die auf Zug arbeiten. Die darin gespannte Bewehrung ist ein System aus flexiblen Kabeln, auf die beim Einbau vorgefertigte Stahlbetonplatten gelegt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird ein zusätzliches Gewicht auf die Kabel gelegt, das nach dem Verlegen aller Stahlbetonplatten und dem Abdichten der Nähte entfernt wird. Die Seile komprimieren die Stahlbetonplatten und die resultierende Stahlbetonschale erhält eine Vordruckspannung, die es ihr ermöglicht, Zugspannungen von äußeren Lasten aufzunehmen und die Gesamtstabilität des Bauwerks sicherzustellen. Die Tragfähigkeit der Beschichtung wird durch die Spannung der Seile gewährleistet.

Bei rechteckigen Dächern wird die Zugkraft der Seile durch eine im Boden befestigte Tragkonstruktion aus Abspannseilen und Ankern aufgenommen.

Reis. elf- Einzelbandabdeckungen mit flexiblen Kabeln

(a – rechteckig im Grundriss; b – rund im Grundriss)

Bei Abdeckungen mit rundem (ovalem) Grundriss wird der Schub auf den äußeren, auf den Säulen liegenden komprimierten Ring und den inneren (gestreckten) Metallring übertragen.

Der Durchhang der Kabel solcher Ummantelungen beträgt üblicherweise f=1/10÷1/20 L. Solche Ummantelungen sind flach.

Der Querschnitt der Dachkabel wird durch die Montagelast bestimmt. In diesem Fall funktionieren die Kabel als separate Fäden, und die Ausdehnung in ihnen kann ohne Berücksichtigung ihrer Verformungen H=M/f bestimmt werden, wobei M das Balkenmoment aus der Bemessungslast und f der Durchhang des Fadens ist.

Die größte Kraft im Kabel wirkt auf die Halterung

wobei V die Strahlreaktion ist.

2. Eingurtsysteme mit starren Kabeln

Reis. 12- 1 - biegesteife Längsrippen; 2 - Querrippen;

3 - Aluminiummembran, t = 1,5 mm

Bei solchen Abdeckungen wirken gebogene starre Kabel, die am Traggurt befestigt sind, unter Einwirkung einer Zugbelastung mit Biegung. Darüber hinaus ist der Anteil der Biegung an den Spannungen unter Einwirkung einer gleichmäßigen Belastung gering. Unter Einwirkung einer ungleichmäßigen Belastung beginnen starre Kabel, einer lokalen Biegung stark zu widerstehen, was die Verformbarkeit der gesamten Beschichtung erheblich verringert.

Der Durchhang der Kabel solcher Abdeckungen beträgt in der Regel 1/20 ÷ 1/30 L. Die Verwendung starrer Fäden ist jedoch nur bei kleinen Spannweiten möglich, weil Mit zunehmender Spannweite wird die Montage deutlich komplizierter und ihr Gewicht steigt. Mit solchen starren Kabeln kann ein Leichtdach verlegt werden, eine Vorspannung ist nicht erforderlich (ihre Rolle spielt die Biegesteifigkeit des Kabels).

Bei gleichmäßiger Belastung wird die Schubkraft im Schrägseil durch die Formel bestimmt

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

wobei ∆f=f–fо,

f - Durchbiegung unter Last,

fo – anfänglicher Durchhang;

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

Das Biegemoment in der Mitte des Kabels ergibt sich aus der Formel

M= q I 2 /8–Hf.

3. Eingurtige abgehängte Dächer, gespannt mit Querträgern oder Fachwerken

Reis. 13

Die Stabilisierung solcher Seil-Träger-Systeme wird entweder durch eine erhöhte Masse an quer- und biegesteifen Elementen oder durch Vorspannung von Abspannseilen erreicht, die Querträger oder Fachwerke mit Fundamenten oder Stützen verbinden. Leichte Dacheindeckungen werden auf diese Weise gespannt.

Durch die Biegesteifigkeit der Querträger bzw. Fachwerke erhält die Beschichtung eine räumliche Steifigkeit, die sich insbesondere dann zeigt, wenn die Spannkonstruktion lokal belastet wird.

4. Zwei-Band-Systeme

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Beschichtungen dieser Art haben zwei Kabelsysteme:

- Träger- eine Abwärtsbeuge haben;

- Stabilisierend- eine Aufwärtskurve haben.

Dadurch wird ein solches System sofort steif und kann Lasten aufnehmen, die in zwei verschiedene Richtungen wirken. Durch die vertikale Belastung entsteht das Stützgewinde Dehnung, und für das Stabilisierende - Kompression. Durch den Windsog entstehen in den Kabeln Kräfte mit umgekehrtem Vorzeichen.

Bei dieser Art der Beschichtung können Leichtdächer zum Einsatz kommen.

5. Sattelförmig gespannte Maschen

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Beschichtungen dieser Art werden für dauerhafte Gebäude und temporäre Bauten eingesetzt.

Abdecknetz: Die tragenden (Längs-)Seile sind nach unten gebogen, die stabilisierenden (Quer-)Seile sind nach oben gebogen.

Diese Form der Beschichtung ermöglicht eine Vorspannung des Gewebes. Die Beschichtungsoberfläche ist hell Verschiedene Materialien: vom Stahlblech über die Folie bis zur Markise.

Der Rasterabstand beträgt etwa einen Meter. Eine genaue Berechnung der Maschen solcher Beschichtungen ist nur am Computer möglich.

6. Membranen mit Metallhülle

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Die Grundrissform ist eine Ellipse oder ein Kreis, und die Form der Schalen ist sehr unterschiedlich: zylindrisch, konisch, schalenförmig, sattelförmig und zeltförmig. Die meisten von ihnen arbeiten nach einem räumlichen Schema, was sie sehr wirtschaftlich macht und den Einsatz von Blechen mit einer Dicke von 2 – 5 mm ermöglicht.

Die Berechnung solcher Systeme erfolgt am Computer.

Hauptsächlich Vorteil Bei solchen Beschichtungssystemen handelt es sich um eine Kombination aus tragender und umschließender Funktion.

Die Dämmung und Abdichtung erfolgt ohne Verwendung von Dachplatten auf der Tragschale.

Rohbauplatten werden im Herstellerwerk produziert und in Rollenform zur Montage geliefert, aus denen auf der Baustelle ohne Einsatz von Gerüsten der gesamte Rohbau zusammengesetzt wird.

Abschnitt 2. Blattstrukturen

Blechkonstruktionen sind Konstruktionen, die überwiegend aus Blechen bestehen und für die Lagerung und den Transport von Flüssigkeiten, Gasen und Schüttgütern bestimmt sind.

Zu diesen Designs gehören:

Tanks zur Lagerung von Erdölprodukten, Wasser und anderen Flüssigkeiten.

Gastanks zur Lagerung und Verteilung von Gasen.

Bunker und Silos zur Lagerung und Handhabung von Schüttgütern.

Rohrleitungen mit großem Durchmesser zum Transport von Flüssigkeiten, Gasen und zerkleinerten oder verflüssigten Feststoffen.

Sonderanfertigungen für metallurgische, chemische und andere Industrien:

Hochofenverkleidungen

Lufterhitzer

Staubsammler – Wäscher, Gehäuse für Elektrofilter und Beutelfilter

Rauchrohre

Massive Mauertürme

Kühltürme usw.

Solche Blechkonstruktionen machen 30 % aller Metallkonstruktionen aus.

Betriebsbedingungen für Blechkonstruktionen Recht unterschiedlich:

Sie können oberirdisch, oberirdisch, halb vergraben, unter der Erde oder unter Wasser sein;

Hält statischen und dynamischen Belastungen stand;

Arbeiten unter niedrigem, mittlerem und hohem Druck;

Unter dem Einfluss niedriger und hoher Temperaturen, neutraler und aggressiver Umgebungen.

Sie zeichnen sich durch einen zweigrundigen Spannungszustand aus, und an Stellen, an denen sie mit den Boden- und Versteifungsrippen gekoppelt sind, an Stellen, an denen Schalen unterschiedlicher Krümmung gekoppelt sind (d. h. an der Grenze einer Änderung des Krümmungsradius), lokal Es entstehen hohe Spannungen, die mit zunehmender Entfernung von diesen Bereichen schnell abklingen – man spricht vom Randeffekt-Phänomen.

Plattenkonstruktionen vereinen stets tragende und umschließende Funktionen.

Schweißverbindungen von Elementen von Blechkonstruktionen werden durchgehend, überlappend und durchgehend ausgeführt. Die Verbindungen werden durch automatisches und halbautomatisches Lichtbogenschweißen hergestellt.

Die meisten Blattstrukturen sind dünnwandige Rotationsschalen.

Die Berechnung von Schalen erfolgt mit den Methoden der Elastizitätstheorie und der Schalentheorie.

Plattenstrukturen sind auf Stärke, Stabilität und Ausdauer ausgelegt.

1.1 Stauseen

Je nach Lage im Raum und geometrischer Form werden sie in zylindrisch (vertikal und horizontal), kugelförmig und tropfenförmig unterteilt.

Aufgrund ihrer Lage relativ zur Planungsebene der Erde werden sie unterschieden: oberirdisch (auf Stützen), oberirdisch, halb vergraben, unterirdisch und unter Wasser.

Sie können konstante und variable Volumina haben.

Die Auswahl des Tanktyps richtet sich nach den Eigenschaften der gelagerten Flüssigkeit, der Betriebsart, Klimatische Merkmale Baustelle.

Am weitesten verbreitet erhielt vertikale und horizontale zylindrische Tanks als am einfachsten herzustellen und zu installieren.

Vertikale Tanks mit festem Dach sind Niederdruckbehälter, in denen Erdölprodukte mit geringem Umschlag (10 – 12 Mal pro Jahr) gelagert werden. Sie erzeugen in der Dampf-Luft-Zone einen Überdruck von bis zu 2 kPa und beim Entleeren ein Vakuum (bis zu 0,25 kPa).

Vertikale Tanks mit Schwimmdach und Ponton Wird zur Lagerung von Erdölprodukten mit hohem Umschlag verwendet. In ihnen herrscht praktisch kein Überdruck und Vakuum.

Hochdrucktanks (bis zu 30 kPa) werden für die Langzeitlagerung von Erdölprodukten verwendet, wobei ihr Umschlag nicht mehr als 10 – 12 Mal im Jahr erfolgt.

Kugelförmige Tanks- zur Lagerung großer Mengen verflüssigter Gase.

Tropfenförmige Tanks- zur Lagerung von Benzin mit hohem Dampfdruck.

Vertikale Tanks

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Wesentliche Elemente:

Wand (Körper);

Dach (Bedeckungen).

Alle Strukturelemente bestehen aus Stahlblech. Sie sind einfach herzustellen und zu installieren und hinsichtlich des Stahlverbrauchs recht sparsam.

Es wurden die optimalen Abmessungen eines vertikalen zylindrischen Tanks mit konstantem Volumen ermittelt, bei denen der Metallverbrauch am geringsten ist. Somit hat ein Tank mit einer Wand konstanter Dicke eine Mindestmasse, wenn

[(mdn + mpok) / mst] = 2, und der Wert der optimalen Tankhöhe wird durch die Formel bestimmt

wobei V das Volumen des Tanks ist,

∆= t Tag+t add. Abdeckung - die Summe der reduzierten Dicke des Bodens und der Beschichtung,

tst. - Dicke der Gehäusewand.

Bei großvolumigen Tanks variiert die Wandstärke in der Höhe. Die Masse eines solchen Tanks ist minimal, wenn die Gesamtmasse von Boden und Deckel gleich der Masse der Wand ist, d. h. mday + mcover = mst.

In diesem Fall

wobei ∆= tday. + tpriv. Abdeckung,

n - Überlastfaktor,

γ f. - spezifisches Gewicht der Flüssigkeit.

Tankboden

Da der Tankboden vollflächig auf einem sandigen Untergrund aufliegt, erfährt er geringe Belastungen durch den Flüssigkeitsdruck. Daher wird die Dicke des Bodenblechs nicht berechnet, sondern strukturell berücksichtigt, wobei die einfache Installation und die Korrosionsbeständigkeit berücksichtigt werden.

Bei V≤1000m und D<15м → tдн = 4мм; при V>1000m und D=18-25m → tdn = 5mm; bei D > 25m → tdn = 6mm. Reis. 18

Die Bleche der Bodenplatten werden entlang der Längskanten überlappend mit einer Überlappung von 30 - 60 mm am Tag miteinander verbunden. = 4 - 5 mm, und wenn tday = 6 mm - werden sie durchgehend durchgeführt. Die äußeren Bleche – „Ränder“ – sind 1-2 mm dicker als die Bleche im mittleren Teil des Bodens. Alles wird vom Hersteller in Rollen geliefert (Q ≤ 60t).

Wandaufbau:

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Die Tankwand besteht aus einer Reihe von Bändern, deren Höhe der Breite des Blechs entspricht. Die Bänder sind durchgehend miteinander verbunden oder überlappend teleskopartig oder stufenweise. Die Stoßverbindung erfolgt hauptsächlich im Werk des Herstellers (seltener während der Installation), während die Überlappungsverbindung sowohl im Werk als auch während der Installation durchgeführt wird.

Eine gängige Methode zum Bau von Panzern ist das Rollen.

Festigkeitsberechnung- Die Gehäusewand ist ein tragendes Element und wird nach der Grenzzustandsmethode gemäß den Anforderungen von SNiP 11-23-81 berechnet