heim · Messungen · Effektive Gestaltung von Fundamenten für weitgespannte Bauwerke. Geschichte und Perspektiven für die Entwicklung weitgespannter Bauwerke. Objektzustandsüberwachung

Effektive Gestaltung von Fundamenten für weitgespannte Bauwerke. Geschichte und Perspektiven für die Entwicklung weitgespannter Bauwerke. Objektzustandsüberwachung

Weitspannige Abdeckungen moderne Industriegebäude, aber auch so groß Öffentliche Gebäude, wie Turnhallen, Sportpaläste, Gebäude moderner Super- und Verbrauchermärkte, 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. Danke dafür zusammen arbeiten Die Steifigkeit und Tragfähigkeit der Struktur werden erhöht und der Materialverbrauch für ihre Konstruktion verringert.

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. Beispiel aus Holz Dachbindern können als vom Ingenieur A. A. Betancourt entworfene und gebaute Fachwerke dienen, um die 24 Meter lange Spannweite der zentralen Ausstellungshalle in der ehemaligen Manege am Maneschnaja-Platz in Moskau abzudecken, 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

Zusammen mit den ältesten Stab-Pfosten-Riegel-Systemen Rahmengebäude 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 in dieser Zeit großen Wohlstand Antikes Rom 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 Arabisches Kalifat(VII–IX Jahrhundert). In der modernen Baupraxis werden Gewölbekonstruktionen aus Stahlbeton, Stahlzement und Bogenkonstruktionen aus Stahlbeton, Stahl und Holz hergestellt. IN Strukturmechanik solche Strukturelemente heißen 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 vorhanden sind identische Zeichen, 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. Die Stabilität der Steinstruktur der Kuppel erforderte, dass ihr Hebearm etwa die Hälfte ihres Durchmessers hatte. Durch den Einsatz von Stahlbeton war es möglich, den Hubarm auf 1/5–1/6 des Durchmessers zu verkleinern und gleichzeitig eine dünnwandige Kuppel zu erreichen, die die Dünnwandigkeit biologischer Bauwerke übertrifft. 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. U Hühnerei es ist 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 architektonische Formen zu schaffen. 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 gleicher oder gleicher Art zusammengesetzt verschiedene Zeichen Krümmung. Mit solchen Kombinationen können Sie Gewinne erzielen technische Parameter(z. B. Reduzierung des Hubauslegers) und individuelle Ausdruckskraft architektonischer Strukturen mit unterschiedlichen Grundrissformen erhalten. 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. Bei den oben beschriebenen Flachsystemen erfolgt die Vorspannung häufig durch Auflegen eines Zusatzgewichts auf die Platten. 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 dünnen Metallblechen, die an einer Kontur befestigt sind. 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. werden häufig für temporäre Bauten verwendet, die eine schnelle Montage und Demontage erfordern (temporäre Lagerhallen, 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 System technische Ausrüstung Ventilatoren werden eingeschaltet und pumpen bei Bedarf Luft in den Raum. 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 Kombination aus funktionaler, technischer und künstlerisch-ästhetischer Funktion verleiht räumlichen Strukturen eine breite Perspektive, ganz zu schweigen davon, dass durch deren Verwendung enorme Baumaterialeinsparungen möglich sind – eine Reduzierung des Materialverbrauchs von Gebäuden und Bauwerken um 20–30 %.


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 Designs; 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;

Rahmenmontage kontinuierliche Konstruktion hergestellt von 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 Stufen hat danach komplette Montage statistische Stabilität und Tragfähigkeit und dient als Basis für die darüber liegende Ebene. 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 In letzter Zeit Rahmenaufhängekonstruktionen sind 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. Nachdem sie vollständig ausgelegt sind, wird die Beschichtung mit einer vorübergehenden Belastung unter Berücksichtigung der Gesamtlast belastet Bemessungslast. 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. Besonderheit verschiedene Typen Strukturstrukturen - die räumliche Verbindung der Stäbe, die maßgeblich die Komplexität der Herstellung und Montage dieser Strukturen 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 erleichtert wird Strukturelemente(oft sind ein Stabtyp und ein Knotentyp 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;
  • niedrig Werksbereitschaft Strukturen, die zur Installation eintreffen.

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.

Weitspannbeläge sind flächig, räumlich und pneumatisch. Diese Beschichtungen werden in öffentlichen und industriellen Gebäuden eingesetzt.

Flache Strukturen bestehen aus Balken, Fachwerken, Rahmen und Bögen, die aus Schichtholz, Walzstahl, monolithischem und vorgefertigtem Stahlbeton bestehen.

Stahlbetonträger werden zur Überbrückung von Spannweiten bis zu 24 m verwendet. Träger werden in T- und U-förmigen Abschnitten verwendet.

Fachwerke und Rahmen (aufklappbar und klappbar) aus Holz, Stahl und Stahlbeton decken Spannweiten bis zu 60 m ab.

Scharnierlose Rahmen werden fest im Fundament verankert. Sie reagieren sehr empfindlich auf ungleichmäßige Niederschläge. Daher werden sie auf starken und homogenen Böden eingesetzt. Scharnierrahmen sind weniger empfindlich gegenüber unebenen Bodensetzungen. Es gibt Rahmen mit einem, zwei und drei Scharnieren. Eingelenkig – das Scharnier befindet sich in der Mitte der Spannweite. Doppelscharnier – Scharniere in den Stützen.

Bögen - effiziente Designs zur Abdeckung großer Spannweiten, denn ihre Umrisse können der Druckkurve angenähert und so das Material optimal ausgenutzt werden. Bei gewölbten Bauwerken entstehen horizontale Kräfte (Schubkräfte), die mit zunehmendem Radius des Bogenumrisses abnehmen. Gleichzeitig erhöht sich der Hubausleger des Bogens und damit das Bauvolumen des Gebäudes. Dies führt zu einer Erhöhung der Heizkosten und der Tarifkosten. Bögen sind in der Eindeckung von Sportgebäuden mit großer Spannweite weit verbreitet.

Raumgebilde – Kreuzverkleidungen, Kuppeln, Muscheln, Hängeverkleidungen.

Querbeläge können gefaltet oder netzförmig sein.

Zur Abdeckung großer Spannweiten werden gefaltete Beschichtungen aus Stahlbeton (bis 50 m) und Stahlzement (bis 60 m) verwendet. Sie werden durch flache, sich über die Spannweite kreuzende Elemente gebildet. Falten sind: rechteckig und zylindrisch; Sägezahn; in Form dreieckiger Ebenen; prismatischer Typ; Trapezprofil usw.

Netzabdeckungen aus Stahlbeton sind für Spannweiten bis 50 m und aus Stahlelementen bis 100 m ausgelegt. In diesen Abdeckungen kreuzen sich Stahlbeton- und Stahldreiecke. Die Elemente wirken in zwei Richtungen, daher ist ihre Höhe geringer als die von Balken – dadurch verringert sich das Gebäudevolumen.

Kreuzkonstruktionen und Systeme mit flachen Fachwerken und Rahmen werden zum Innenraum hin geöffnet. Oftmals werden abgehängte Decken hergestellt, die bis zur Unterseite der Fachwerkträger verstärkt werden.

Die Kuppel ist das älteste Bauwerk. Es wurde verwendet, weil Es ist möglich, solche Formen zu wählen, dass keine Zugkräfte in den Elementen des Bogens auftreten. In Hallen, in denen es erwünscht ist, einen großen Luftraum zu schaffen (Märkte, Fitnessstudios) und wo keine hohen laufenden Heizkosten anfallen, Einsatz verschiedene Arten Kuppelkonstruktionen aus monolithischem oder vorgefertigtem Stahlbeton, Kuppelmembranen aus 3 mm dickem Stahlblech mit untergeklebter Isolierung. Temporäre Ausstellungshallen bestehen aus geklebten Kunststoffkonstruktionen.

Abgehängte Abdeckungen decken Spannweiten von bis zu 100 m ab. Die Hauptelemente dieser Abdeckungen arbeiten auf Zug und übertragen Lasten von der Abdeckung auf die Anker. Sie haben krummlinige Umrisse und sind flexible oder starre Fäden, Membranen oder hängende Träger. Abhängig von ihren Gestaltungsmerkmalen werden hängende Beläge unterschieden: Einzelgürtel; Zweigürtel; Hyparas (hyperbolische Paraboloide) und Schrägseilparaboloide.

Bei abgehängten Abdeckungen sind die tragenden Elemente Stahlseile. Sie werden durch eine Stützkonstruktion gespannt und mit Abspanndrähten verstärkt. Vorteile von Hängekonstruktionen – Metalleinsparung und mehr effiziente Nutzung tragende Elemente im Vergleich zu Balken- und Rahmenkonstruktionen, weil Die Kabel arbeiten unter Spannung. Nachteile: Hängende Beläge haben eine geringe Steifigkeit, daher Dacheindeckung oft deformiert; Es ist schwierig, den Abtransport der Luftfeuchtigkeit sicherzustellen.

Einzelriemenbeläge werden häufiger verwendet als andere, weil Sie sind technologisch fortschrittlich in der Herstellung und einfach zu installieren. Sie können der Struktur am meisten verleihen verschiedene Formen. Einzelgurtabdeckungen bestehen aus einem System radialer oder sich kreuzender Streben, die horizontale Kräfte auf starre Rahmen, Regalrahmen oder Zugträger mit geschlossener Schleife übertragen. An den Abspannseilen werden Platten aufgehängt und unter dieser Belastung dehnen sich die Abspannseile. Zu diesem Zeitpunkt werden die Nähte zwischen den Platten verkittet und die Verbindungen verschweißt. Durch die elastischen Verformungen der Fäden werden die Platten komprimiert und die Struktur beginnt als monolithische Hülle zu wirken. Bei zylindrischen Belägen entsteht eine leichte Krümmung des Belages in Richtung senkrecht zu den Gewindeachsen. Dies geschieht, um Regenwasser abzuleiten. Aus parabolischen Systemen in Form einer umgekehrten Kuppel fließt Wasser in die Mitte der Beschichtung und wird dort abgeführt interner Abfluss. Um den Umfang der Halle herum sind Steigleitungen angeordnet, in denen horizontale Verteilungsleitungen versteckt sind abgehängte Decke. Der einfachste Weg, Wasser abzuleiten, sind Zeltabdeckungen.

Bei Doppelgurtbespannungen werden zwei konkave Gurte verwendet, die durch gespannte Fäden verbunden sind. Am gebräuchlichsten sind vom Design her kreisförmige Modelle. Die Fäden entlang des Umfangs sind am Außenring und in der Mitte am Innenring befestigt. Abhängig von der Höhe des Zentralrings kann das System konkav oder konvex ausgeführt werden. Das konvexe System ermöglicht es Ihnen, den mittleren Teil der Abdeckung anzuheben und so das Wasser zu den Außenwänden abzuleiten, ohne auf eine horizontale Verlegung der Dachrinnen zurückgreifen zu müssen und ein gefaltetes Abdeckungssystem zu verwenden.

Hyparas (hyperbolische Paraboloide) sind sattelförmige hängende Hüllen. Sie werden durch zwei Arten von Filamenten zu Gittermembranen geformt. Einige Fäden sind tragend, andere spannen. Entlang des Umfangs sind die Fäden in einer geschlossenen Schleife eingebettet. Entlang der Fäden werden Platten oder Scheiben gelegt. Sie werden monolithisch hergestellt, indem sie zunächst mit Ballast beladen oder die Tragseile mit Wagenhebern gespannt werden. Danach erhalten die Spannfäden die größte Spannung und die Verbindungsstellen der Platten senkrecht zu diesen Fäden öffnen sich. Sie werden mit expandierendem Zementmörtel abgedichtet. Dadurch wird die Struktur in eine starre Hülle umgewandelt. Hyparas bedecken Strukturen mit kreisförmigem Grundriss.

Schrägseilabdeckungen bestehen aus gespannten Elementen – Seilen; Strukturen, die unter Druck arbeiten – Streben und Biegung – Balken, Fachwerke, Platten und Schalen. Diese Beschichtungen können nicht nur räumlich, sondern auch flächig gestaltet sein. Sie verwenden gerade Stangen – Kabel. Daher sind Schrägseilkonstruktionen steifer und die kinematischen Bewegungen ihrer Elemente sind geringer als bei anderen abgehängten Abdeckungen.

Schalen – einfache und doppelte Krümmung. Einzelne Krümmung- zylindrisch oder konische Flächen. Doppelte Krümmung – hergestellt in Form einer Kuppel oder eines Ellipsoids. Je nach Struktur der Schale gibt es: glatt, gerippt, gewellt, maschenförmig, monolithisch und vorgefertigt.

Pneumatische Decken werden auch zur Überbrückung von Spannweiten bis zu 30 m eingesetzt. Sie werden für temporäre Bauten eingesetzt. Es gibt drei Arten: luftgestützte Granaten; pneumatische Rahmen; pneumatische Linsen. Luftgestützte Schalen sind Zylinder aus gummierten oder synthetischen Stoffen. In ihnen entsteht ein übermäßiger Luftdruck. Anwendbar für Sportanlagen, Ausstellungen. Pneumatikrahmen sind längliche Zylinder in Form einzelner Bögen mit Überdruck. Die Bögen sind zu einem durchgehenden Bogen mit einer Stufe von 3-4 m verbunden. Pneumatiklinsen sind große, mit Luft aufgeblasene Kissen, die an starren Decken aufgehängt sind Rahmenkonstruktionen. Wird zur Einrichtung von Sommerzirkussen und Theatern verwendet.

Konstruktive Entscheidungen Metallbeschichtungen Langspannige Gebäude können Balken-, Bogen-, Raum-, hängende Byte-, Membrangebäude usw. sein. Da bei solchen Konstruktionen die Hauptlast das Eigengewicht ist, sollte man sich bemühen, dieses zu reduzieren, was durch die Verwendung von hochfesten Stählen und Aluminium erreicht wird Legierungen.

In die Querrahmen sind Balkensysteme (meist Fachwerke) eingebunden, was die statische Gestaltung der Arbeiten verbessert. Bei Spannweiten über 60-80 m empfiehlt sich die Verwendung von Bogenabdeckungen (Abb. 1). Bei großen Spannweiten empfiehlt es sich, solche Beschichtungen vorgespannt auszuführen. Bei der in Abb. gezeigten gewölbten Abdeckung. Gemäß Fig. 2 ist der Obergurt starr ausgeführt, der Untergurt und das Bogengitter bestehen aus Seilen. Nach der Montage des Bogens werden die Stützeinheiten zwangsweise nach außen verschoben, was zu einer Vorspannung im Untergurt und in den Streben des Bogens führt.

Bild 1. 1 - Bogen; 2 - Anziehen; 3 - feste Scharnierhalterung; 4 - bewegliche Scharnierhalterung

Figur 2.1 - Kabel; 2 - harter Gürtel

Räumliche Gitterbeschichtungsstrukturen können flach zweischichtig (doppelmaschig) und gebogen einschichtig (einmaschig) oder zweischichtig sein. Bei doppelmaschigen Strukturen werden zwei parallele Maschenflächen durch Gitterverbindungen miteinander verbunden.

Netzsysteme mit regelmäßiger Struktur werden als strukturell bezeichnet und in der Regel in Form verwendet flache Beläge. Sie repräsentieren verschiedene Systeme Querbinder (Abb. 3). Strukturelle Flachböden haben aufgrund ihrer hohen räumlichen Steifigkeit eine geringe Höhe (1/16-1/20 der Spannweite) und können große Spannweiten abdecken. Durch den Einbau von Kragüberständen hinter der Traglinie wird eine Reduzierung der Biegemomente und des Beschichtungsgewichts erreicht.

Figur 3. 1,2 - Netzgewebe im oberen und unteren Taillenbereich; 3 - Zahnspangen; 4 - Tetraeder; 5 - Oktaeder; 6 - unterstützendes Kapital

Gekrümmte Raumabdeckungen haben meist eine zylindrische oder kuppelförmige Oberfläche.

Zylindrische Beschichtungen können einmaschig oder zweimaschig (krummlinige Strukturen) sein. In Querrichtung wirken sie wie ein Gewölbe, dessen Schub durch die Wände bzw. Anker wahrgenommen wird.

Kuppelabdeckungen können in Rippen- (oder Rippenring-)Optik (Abb. 4a) oder in Netzoptik (Abb. 4b) ausgeführt sein. Bei Rippenkuppeln sind radial angeordnete Rippen durch Ringträger miteinander verbunden. Bilden diese mit den Rippen ein einziges starres Raumsystem, so wirken die Ringträger nicht nur auf lokale Biegung, sondern nehmen als Teil des Kuppelsystems auch ringförmige Druck- oder Zugkräfte auf. Bei Netzkuppeln umfasst die Struktur neben Rippen und Ringelementen auch Streben, wodurch Bedingungen geschaffen werden, unter denen die Stäbe nur auf Axialkräfte wirken.

Figur 4. a - gerippt; b - Netz

Abgehängte Abdeckungen bestehen aus einer tragenden Kontur und Haupttragelementen in Form von Seilen oder dünnen, auf Zug wirkenden Stahlblechen. Da die Hauptelemente der Abdeckung unter Spannung arbeiten, wird ihre Tragfähigkeit von der Festigkeit (und nicht von der Stabilität) bestimmt, was den effektiven Einsatz von hochfesten Seilen oder Stahlblechen ermöglicht. Derartige Beschichtungen sind zwar sehr wirtschaftlich, die erhöhte Verformbarkeit schränkt jedoch ihren Einsatz für Beschichtungen von Industriegebäuden ein. Darüber hinaus empfiehlt es sich angesichts der großen Ausdehnung solcher Anlagen, die Grundrissform rund, oval oder vieleckig zu wählen, um die Ausdehnung besser erkennen zu können. In diesem Zusammenhang werden sie hauptsächlich zur Abdeckung von Sportgebäuden, Markthallen, Ausstellungshallen, Lagerhallen, Garagen und anderen Gebäuden mit großer Spannweite eingesetzt.

Die Zusammensetzung der abgehängten Schrägseilabdeckungen umfasst flexible Kabel (Stahlseile oder Bewehrungsstäbe), die in radialer Richtung (Abb. 5a), in orthogonalen Richtungen (Abb. 5b) oder parallel zueinander in derselben Richtung (Abb. 6). Krummlinige geschlossene Stützkonturen wirken hauptsächlich bei Kompression und Zentralring- zum Dehnen. In diesen Fällen werden nur vertikale Kräfte auf die tragenden Strukturen der Beschichtung (Wände, Säulen, Rahmen) übertragen. Im Gegensatz dazu wird bei offenen Konturen der Schub auf die tragenden Strukturen des Gebäudes übertragen, was den Einbau von herausziehbaren Ankerfundamenten oder Wänden mit Strebepfeilern usw. erfordert. Platten aus leichtem Stahlbeton oder Metall mit Auf dem Kabelsystem werden Polymerisolierungen, Dreischichtisolierungen usw. verlegt. .

Abbildung 5. a - radiale Anordnung der Kabel; b - orthogonal; 1 - Leichentücher; 2 - Stützkontur; 3 - Zentralring

Abbildung 6. 1,2 - Wanten in der Mitte bzw. am Ende; 3 - Stützkontur; 4 - Stahlbetonplatten; 5 - Ankerfundament

Abgehängte Kabeldachsysteme sind sehr vielfältig. Häufig wird ein Schrägseilsystem für Zelte verwendet, bei dem der zentrale Ring auf einer Säule ruht und höher ansteigt als die tragende Kontur.

Ein Beispiel für ein solches System ist die Überdachung eines Busdepots in Kiew mit einem Durchmesser von 161 m. Bei den oben beschriebenen Systemen handelt es sich um Einbandsysteme. Darüber hinaus kommen (insbesondere bei hohen Windlasten) auch Zweibandsysteme zum Einsatz, bei denen die Stabilisierung der Beschichtung durch eine umgekehrte Krümmungskontur erfolgt. In solchen Systemen sind die Tragseile nach unten und die Stabilisierungsseile nach oben gebogen. Über den tragenden können sich Stabilisierungsseile mit darauf montiertem Deck befinden, was zu einer Kompression der Streben führt (Abb. 7a). Wenn sich Stabilisierungsseile unter den Tragseilen befinden, werden die Verbindungen zwischen ihnen gedehnt (Abb. 7b). Auch eine dritte Möglichkeit ist möglich, bei der sich die Trag- und Stabilisierungsseile kreuzen und die Gestelle im mittleren Teil der Bespannung gestaucht und im äußeren Teil gedehnt werden (Abb. 7b).

Abbildung 7. 1 - stabilisierende Wanten; 2 - Gestelle; 3 - tragende Kabel

Hängende Dünnblechsysteme – Membranbeschichtungen – haben sich auch in der in- und ausländischen Praxis durchgesetzt.

Sie sind eine räumliche Struktur aus dünnem Material Metallblech(Stahl- oder Aluminiumlegierungen) mehrere Millimeter dick, umlaufend in der Stützkontur fixiert. Ihre Vorteile liegen in der Kombination von tragender und umschließender Funktion sowie einer gesteigerten industriellen Produktion. In einigen Fällen besteht die Beschichtung anstelle einer durchgehenden Membran aus einzelnen dünnen Stahlstreifen, die nicht miteinander verbunden sind. Die in zwei zueinander senkrechten Richtungen liegenden Bänder können ineinander verschlungen werden, was deren Delaminierung verhindert.

Für ein Universalstadion an der Mira Avenue in Moskau mit Abmessungen von 183 x 224 m wurde eine durchgehende Membranabdeckung erfolgreich eingesetzt (Abb. 8).

Abbildung 8. Strukturdiagramm der Abdeckung des Universalstadions am Mira Avenue in Moskau (Stahlmembran 5 mm dick): ein Plan; b - Längsschnitt; in - quer

Teil Sportstätte Das in Bischkek erbaute Stadion umfasst eine Halle für 3.000 Zuschauer, deren Bespannung in Form eines vorgespannten Membranträger-Hängesystems ausgeführt ist (Abb. 9). Der Gebäuderahmen besteht aus einem monolithischen Stahlbetongebäude in Form von entlang des Umfangs angeordneten Strebenbindern mit Grundrissabmessungen von 42,5 x 65,15 m. Die Abdeckung besteht aus einer 2 mm dicken Membran selbst, Längsträgern und Querträger- Abstandshalter Die Dämmung in Form von Mineralwollematten wird von unten in die Membran eingehängt, die Decke besteht aus gestanzten Aluminiumelementen.

Membranbeläge werden auch in einer Reihe anderer Gebäude mit großer Spannweite eingesetzt. Also, in St. Petersburg, universell Sporthalle Mit einem Durchmesser von 160 m ist es mit einer 6 mm dicken Membranhülle bedeckt. Ähnliche Hüllen umfassen auch eine Universalsporthalle mit Grundrissmaßen von 66 x 72 m für 5.000 Zuschauer in Izmailovo (Moskau), das Schwimmbadgebäude Pioneer mit Grundrissmaßen von 30 x 63 m in Charkow usw.

Gefaltete Dachgewölbe sind eine räumliche Struktur, die aus Metall (Stahl, Aluminiumlegierungen), Stahlbeton und Kunststoffen hergestellt werden kann.

Besonders wirksam sind solche Beschichtungen aus Aluminiumlegierungen. Das Hauptstrukturelement in letzterem kann ein rautenförmiges Blech sein (Abb. 10), das entlang einer größeren Diagonale gebogen ist. Die rautenförmigen Elemente können über zylindrische Scharniere oder starre Flanschverbindungen miteinander verbunden werden. Zur Erhöhung der räumlichen Steifigkeit der Beschichtung (insbesondere bei Scharnierverbindungen) ist es erforderlich

Sorgen Sie für die Installation von Längsankern entlang der hervorstehenden Knoten des gefalteten Bogens.

Abbildung 9. 1 - Gebäuderahmen; 2 - Membranbalken-Aufhängesystem

Abbildung 10.

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), erschien und mit den Kreationen moderner Architekten endete, weitgespannte Bauwerke sind besonders beliebt.

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 war in ihrem Entwurf enthalten Holzspannweiten 30 m lang.

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 in der russischen und internationalen Architektur weit verbreitet waren.

Der nächste Baustoff, der die Möglichkeiten der Architekten deutlich erweiterte, war Stahl Stahlbetonkonstruktionen. Dank der Entstehung und Verbesserung von Stahlbetonkonstruktionen wurde die Weltarchitektur des 20. Jahrhunderts durch dünnwandige ergänzt räumliche Strukturen. 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 besonders wichtig für einen modernen Architekten, wenn der moderne Konstruktion Die Reduzierung der Masse von Bauwerken und Bauwerken wurde gefördert.

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 auf jeden Fall, unabhängig von der Definition, moderne Architektur Es ist klar, dass weitgespannte Strukturen 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.

Der wichtige Punkt ist die Wahl Baumaterial- 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

In Anbetracht der Geschichte der Weltarchitektur und des unvermeidlichen Wunsches des Menschen, den Raum zu erobern und Perfektion zu schaffen architektonische Formen, können wir sicher vorhersagen, dass die Aufmerksamkeit für Strukturen mit großer Spannweite stetig zunehmen wird. 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, angesichts des Tempos der wirtschaftlichen Entwicklung und des ungedeckten Bedarfs an Einrichtungen für verschiedene Zwecke, einschließlich der Handels- und Sportinfrastruktur, wird das Bauvolumen von weitgespannten Gebäuden und Bauwerken 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.