Weitspannige Dachkonstruktionen für Zivil- und Industriebauten

Sankt Petersburg

Gebäude, das eine Balkenkuppel abdeckt

Einführung

Historische Referenz

Einstufung

Planare Beschichtungsstrukturen mit großer Spannweite

Räumliche weiträumige Beschichtungsstrukturen

1 Falten

3 Muscheln

Hängende (Schrägseil-)Konstruktionen

1 Hängebezüge

4 Kombinierte Systeme

Transformierbare und pneumatische Abdeckungen

1 Wandelbare Beläge

Gebrauchte Bücher

Einführung

Bei der Planung und Errichtung von Gebäuden mit Innenräumen ergeben sich komplexe architektonische und ingenieurtechnische Probleme. Um in der Halle behagliche Bedingungen zu schaffen, den Anforderungen an Technik und Akustik gerecht zu werden und sie von anderen Räumen und der Umgebung zu isolieren, ist die Gestaltung der Hallenverkleidung von entscheidender Bedeutung. Die Kenntnis der mathematischen Gesetze der Formbildung ermöglichte die Erstellung komplexer geometrischer Konstruktionen (Parabeln, Hyperbeln usw.) nach dem Prinzip eines willkürlichen Plans.

In der modernen Architektur ist die Gestaltung eines Plans das Ergebnis der Entwicklung zweier Trends: eines freien Plans, der zu einem strukturellen Rahmensystem führt, und eines freien Plans, der ein strukturelles System erfordert, das die Organisation des gesamten Gebäudevolumens ermöglicht, und nicht nur die Planungsstruktur.

Der Saal ist der wichtigste kompositorische Kern der Mehrheit Öffentliche Gebäude. Die häufigsten Grundrisskonfigurationen sind rechteckige, kreisförmige, quadratische, ellipsoide und hufeisenförmige Grundrisse, seltener trapezförmige Grundrisse. Bei der Wahl der Gestaltung der Hallenverkleidung ist die Notwendigkeit, die Halle durch offene Glasflächen mit der Außenwelt zu verbinden oder umgekehrt vollständig zu isolieren, von entscheidender Bedeutung.

Der von Stützen befreite und mit einer weitgespannten Struktur überdeckte Raum verleiht dem Gebäude emotionale und plastische Ausdruckskraft.

1. Historischer Hintergrund

Weitspannige Dachkonstruktionen tauchten bereits in der Antike auf. Dies waren Steinkuppeln und Gewölbe, Holzsparren. Beispielsweise hatte die Steinkuppel des Pantheons in Rom (1125) einen Durchmesser von etwa 44 m, die Kuppel der Hagia Sophia-Moschee in Istanbul (537) – 32 m, die Kuppel der Kathedrale von Florenz (1436) – 42 m , die Kuppel des Oberen Rates im Kreml (1787) - 22,5 m.

Die damalige Bautechnik erlaubte den Bau leichter Bauwerke aus Stein nicht. Daher waren Steinkonstruktionen mit großer Spannweite sehr massiv und die Bauwerke selbst wurden über viele Jahrzehnte hinweg errichtet.

Baukonstruktionen aus Holz waren kostengünstiger und einfacher zu errichten als Baukonstruktionen aus Stein und ermöglichten zudem die Überbrückung großer Spannweiten. Ein Beispiel sind die hölzernen Dachkonstruktionen des ehemaligen Manege-Gebäudes in Moskau (1812) mit einer Spannweite von 30 m.

Entwicklung der Eisenmetallurgie im 18.-19. Jahrhundert. gab den Bauherren stärkere Materialien als Stein und Holz – Gusseisen und Stahl.

In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Weitgespannte Metallkonstruktionen sind weit verbreitet.

Ende des 18. Jahrhunderts. Für weitgespannte Gebäude ist ein neues Material aufgetaucht – Stahlbeton. Verbesserung von Stahlbetonkonstruktionen im 20. Jahrhundert. führte zur Entstehung dünnwandiger Raumstrukturen: Schalen, Falten, Kuppeln. Es entstand eine Theorie zur Berechnung und Gestaltung dünnwandiger Beschichtungen, an der auch einheimische Wissenschaftler beteiligt waren.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Weit verbreitet sind abgehängte Abdeckungen sowie Pneumatik- und Stangensysteme.

Durch den Einsatz weitspanniger Konstruktionen ist es möglich, die Tragfähigkeit des Materials optimal auszunutzen und dadurch leichte und wirtschaftliche Beschichtungen zu erhalten. Die Reduzierung des Gewichts von Bauwerken und Bauwerken ist einer der Haupttrends im Bauwesen. Die Reduzierung der Masse bedeutet eine Reduzierung des Materialvolumens, seiner Gewinnung, Verarbeitung, seines Transports und seiner Installation. Daher ist es selbstverständlich, dass Bauherren und Architekten an neuen Formen von Bauwerken interessiert sind, die bei Beschichtungen besonders große Wirkung erzielen.

2. Klassifizierung

Weitspannige Straßenbauwerke lassen sich entsprechend ihrer statischen Funktionsweise in zwei Hauptgruppen von weitgespannten Straßenbauwerken einteilen:

· planar (Balken, Fachwerke, Rahmen, Bögen);

· räumlich (Schalen, Falten, Hängesysteme, Kreuzstabsysteme etc.).

Balken-, Rahmen- und gewölbte, flache Systeme von weitgespannten Abdeckungen werden in der Regel ohne Berücksichtigung der Gelenkarbeit aller tragenden Elemente entworfen, da einzelne flache Scheiben durch relativ schwache Verbindungen miteinander verbunden sind, die keine nennenswerte Verteilung ermöglichen die Lasten. Dieser Umstand führt natürlich zu einer Zunahme der Masse der Bauwerke.

Um Lasten umzuverteilen und die Masse räumlicher Strukturen zu reduzieren, sind Verbindungen erforderlich.

Je nach Material, das zur Herstellung von weitgespannten Bauwerken verwendet wird, werden diese unterteilt in:

hölzern

Metall

·verstärkter Beton

Ø Das Holz hat gute Trageigenschaften (die berechnete Druck- und Biegefestigkeit von Kiefer beträgt 130-150 kg/m). 2) und geringe Raummasse (für luftgetrocknetes Kiefernholz 500 kg/m3). ).

Es gibt die Meinung, dass Holzkonstruktionen nur von kurzer Dauer sind. Gultig am schlechte Pflege Holzkonstruktionen können aufgrund von Schäden am Holz durch verschiedene Pilze und Insekten sehr schnell versagen. Die Grundregel für die Konservierung von Holzkonstruktionen besteht darin, Bedingungen für deren Belüftung bzw. Belüftung zu schaffen. Es ist auch wichtig, sicherzustellen, dass das Holz getrocknet ist, bevor es im Bauwesen verwendet wird. Derzeit kann die holzverarbeitende Industrie mit modernen Methoden, einschließlich Hochfrequenzströmen usw., eine effektive Trocknung gewährleisten.

Die Verbesserung der biologischen Widerstandsfähigkeit von Holz lässt sich leicht durch seit langem entwickelte und beherrschte Methoden der Imprägnierung mit verschiedenen wirksamen Antiseptika erreichen.

Noch häufiger gibt es aus Gründen des Brandschutzes Einwände gegen die Verwendung von Holz.

Die Einhaltung grundlegender Brandschutzvorschriften und die Überwachung von Bauwerken sowie die Verwendung von Flammschutzmitteln, die die Feuerbeständigkeit von Holz erhöhen, können jedoch die Brandbekämpfungseigenschaften von Holz erheblich verbessern.

Als Beispiel für die Haltbarkeit von Holzkonstruktionen kann man den bereits erwähnten Manezh in Moskau nennen, der mehr als 180 Jahre alt ist, der Turm der Admiralität in Leningrad mit einer Höhe von etwa 72 m, erbaut 1738, der Wachturm in Jakutsk wurde vor etwa 300 Jahren erbaut. Viele Holzkirchen in Wladimir, Susdal, Kischi und anderen Städten und Dörfern Nordrusslands stammen aus mehreren Jahrhunderten.

Ø Metallkonstruktionen, hauptsächlich Stahl, sind weit verbreitet.

Ihre Vorteile: hohe Festigkeit, relativ geringes Gewicht. Der Nachteil von Stahlkonstruktionen ist die Korrosionsanfälligkeit und die geringe Feuerbeständigkeit (Verlust der Tragfähigkeit bei hohen Temperaturen). Es gibt viele Mittel, um der Korrosion von Stahlkonstruktionen entgegenzuwirken: Lackieren, Beschichten mit Polymerfilmen usw. Aus Gründen des Brandschutzes können kritische Stahlkonstruktionen betoniert oder hitzebeständige Betonmischungen (Vermiculit usw.) auf die Oberfläche von Stahlkonstruktionen aufgesprüht werden.

Ø Stahlbetonkonstruktionen verrotten und rosten nicht und weisen eine hohe Feuerbeständigkeit auf, sind jedoch schwer.

Daher ist es bei der Materialauswahl für weitgespannte Tragwerke notwendig, dem Material den Vorzug zu geben, das unter bestimmten Baubedingungen die Aufgabe am besten erfüllt.

3. Planare Beschichtungsstrukturen mit großer Spannweite

In öffentlichen Gebäuden in Massenbauweise werden überwiegend traditionelle Flachkonstruktionen zur Abdeckung von Innenräumen verwendet: Decks, Balken, Fachwerk, Rahmen, Bögen. Der Betrieb dieser Strukturen basiert auf der Nutzung interner physikalische und mechanische Eigenschaften Material und Kraftübertragung im Bauwerkskörper direkt auf die Stützen. Im Bauwesen ist der flächige Beschichtungstyp gut untersucht und in der Produktion beherrscht. Viele davon mit einer Spannweite von bis zu 36 m sind als vorgefertigte Standardkonstruktionen konzipiert. Es wird ständig daran gearbeitet, sie zu verbessern, Gewicht und Materialverbrauch zu reduzieren.

Die flache Struktur der Hallenverkleidung in Innenräumen öffentlicher Gebäude wird aufgrund ihrer geringen ästhetischen Qualität fast immer mit einer teuren abgehängten Decke abgedeckt. Dadurch entstehen im Gebäude im Bereich der Dachkonstruktion überschüssige Räume und Volumina, die in seltenen Fällen für die technische Ausstattung genutzt werden. Im Außenbereich eines Gebäudes sind solche Bauwerke aufgrund ihrer Aussagelosigkeit meist hinter hohen Brüstungswänden verborgen.

Träger bestehen aus Stahlprofilen, Stahlbeton (vorgefertigt und monolithisch) und Holz (geklebt oder genagelt).

Stahlträger mit T-Profil oder Kastenprofil (Abb. 1, a, b) erfordern einen hohen Metallverbrauch und haben eine große Durchbiegung, die normalerweise durch den Bauhub (1/40-1/50 der Spannweite) ausgeglichen wird. .

Ein Beispiel ist die 1958 erbaute Indoor-Kunsteisbahn in Genf (Abb. 1, c). Hallenbelagsmaß 80,4 × 93,6 m besteht aus zehn integral verschweißten massiven Stahlträgern mit variablem Querschnitt, die alle 10,4 m installiert werden. Durch die Installation einer Konsole mit einer Abspannung an einem Ende des Trägers wird eine Vorspannung erzeugt, die zur Reduzierung des Querschnitts beiträgt der Balken.

Stahlbetonträger haben ein großes Biegemoment und ein großes Eigengewicht, sind aber einfach herzustellen. Sie können monolithisch, vorgefertigt, monolithisch und vorgefertigt (aus einzelnen Blöcken und massiv) hergestellt werden. Sie bestehen aus Stahlbeton mit Vorspannbewehrung. Das Verhältnis von Balkenhöhe zu Spannweite liegt zwischen 1/8 und 1/20. In der Baupraxis gibt es Träger mit einer Spannweite von bis zu 60 m und mit Konsolen bis zu 100 m. Der Querschnitt der Träger hat die Form eines T-Trägers, I-Trägers oder einer Kastenform ( Abb. 2, a, b, c, d, e, g).

a - Stahlträger mit I-Profil (Verbundwerkstoff);

b - Stahlträger mit Kastenprofil (Verbundwerkstoff);

c – Kunsteisbahn in Genf (1958). Die Bespannung misst 80,4 × 93,6 M.

Die Hauptträger des I-Profils sind alle 10,4 m angeordnet.

Entlang der Hauptträger werden Aluminiumpfetten verlegt.

Reis. 1 (Fortsetzung)

d - Diagramme einheitlicher horizontaler Fachwerke

mit Parallelriemen. Entwickelt von TsNIIEP spektakulär und

Sportanlagen;

d - Diagramme von Giebelstahlbindern: vieleckig und dreieckig

g - Kongresshalle in Essen (Deutschland). Abdeckungsmaße 80,4 × 72,0.

Die Bespannung ruht auf 4 Gitterpfosten. Die Hauptträger haben eine Spannweite von 72,01 m, die Nebenträger von 80,4 m bei einer Neigung von 12 m

Reis. 2. Stahlbetonträger und -binder

a - Single-Pitch-Träger aus Stahlbeton mit parallelen Gurten

T-Abschnitt;

b - Giebelbalken aus Stahlbeton mit I-Profil;

c - horizontaler Stahlbetonträger mit parallelen Gurten

I-Abschnitt;

g - Verbundstahlbeton-Horizontalträger mit parallelen und

T-förmige Riemen;

d - horizontaler Stahlbetonträger mit Kastenprofil

Reis. 2 (Fortsetzung)

e - Verbundgiebel-Stahlbetonfachwerk, bestehend aus

zwei Halbbinder mit vorgespanntem Untergurt;

g - das Gebäude der British Overseas Aviation Company (BOAC) in London 1955. Der Stahlbetonträger hat eine Höhe von 5,45 m, der Querschnitt des Trägers ist rechteckig;

z - Turnhalle einer High School in Springfield (USA)

In der Praxis des Massenbaus in unserem Land werden die in Abb. gezeigten Balken häufig verwendet. 2, a, b, c.

Holzbalken werden in waldreichen Gebieten verwendet. Aufgrund ihrer geringen Feuerbeständigkeit und Haltbarkeit werden sie typischerweise in Gebäuden der Klasse III eingesetzt.

Holzbalken werden in Nagel- und Leimbalken mit einer Länge von bis zu 30–20 m unterteilt. Nagelbalken (Abb. 3, a) haben eine auf Nägel genähte Wand aus zwei Brettschichten, die in einem Winkel von 45° in verschiedene Richtungen geneigt sind. Die Ober- und Untergurte werden durch beidseitig an die Vertikalwände angenähte Längs- und Querträger gebildet. Die Höhe der Nagelbalken beträgt 1/6-1/8 der Balkenspannweite. Anstelle einer Bretterwand können Sie auch eine Wand aus mehrschichtigem Sperrholz verwenden.

Leimholzbalken weisen im Gegensatz zu Nagelbalken auch ohne spezielle Imprägnierung eine hohe Festigkeit und eine erhöhte Feuerbeständigkeit auf. Der Querschnitt von Brettschichtholzbalken kann rechteckig, I-Träger oder kastenförmig sein. Sie werden aus Latten oder Brettern mit Leim hergestellt, flach oder hochkant gelegt.

Die Höhe solcher Balken beträgt 1/10-1/12 der Spannweite. Je nach Umriss der Ober- und Untergurte können Brettschichtholzträger mit horizontalen Gurten, einfach oder doppelt geneigt, gebogen sein (Abb. 3, b).

Reis. 3 (Fortsetzung)

Fachwerke können wie Balken aus Metall, Stahlbeton und Holz bestehen. Stahlträger benötigen aufgrund ihrer Gitterstruktur im Gegensatz zu Metallträgern weniger Metall. Mit einer abgehängten Decke entsteht ein begehbarer Dachboden, der den Durchgang von Versorgungsleitungen oder den freien Durchgang durch den Dachboden ermöglicht. Traversen bestehen in der Regel aus Stahlprofilen, räumliche Dreieckstraversen aus Stahlrohren.

Die Kongress- und Sporthalle in Essen hat eine Grundfläche von 80,4 m² × 72 m (Abb. 1, g). Die Bespannung ruht auf vier Gitterpfeilern bestehend aus vier Ästen. Eines der Gestelle ist starr am Fundament befestigt, zwei Gestelle sind rollengelagert, das vierte Gestell ist schwingend ausgeführt und kann in zwei Richtungen bewegt werden. Die beiden Hauptpolygonalnietenbinder ruhen auf Stützpfosten und haben eine Spannweite von 72 m und eine Höhe von 5,94 bzw. 6,63 m in der Spannweitenmitte bzw. 2,40 bzw. 2,54 m an den Stützen. Die Gurte der Hauptbinder haben einen Kastenquerschnitt mit einer Breite von mehr als 600 mm, die Streben sind zusammengesetzte I-Profile. Doppelt auskragende, geschweißte Nebenbinder mit einer Spannweite von 80,4 m ruhen auf den Hauptbindern mit einem Abstand von 12 m. Der Obergurt dieser Fachwerke hat einen Querschnitt in Form eines T-Trägers, der Untergurt in Form eines T-Trägers Form eines I-Trägers mit breiten Flanschen. Um freie vertikale Verformungen im Abstand von 11 m von den Dachrändern zu gewährleisten, sind sowohl in der umschließenden Struktur der Eindeckung als auch in den Sparren und in der abgehängten Decke Durchgangsscharniere eingebaut. Die Enden der 11 m langen Traversen ruhen auf leichten Schwingpfosten, die sich in der Tribüne befinden. Querwind-Horizontalanker sind zwischen den Haupt- und den äußersten Nebenbindern sowie entlang der Längswände im Abstand von 3,5 m vom Rand der Eindeckung angebracht. Die Pfetten und die Beplankung bestehen aus I-Trägern. Das Gebäude ist mit 48 mm dicken Pressstrohplatten bedeckt, auf denen ein wasserdichter Teppich aus vier Lagen Heißbitumen auf Glasfaser verlegt ist.

Fachwerke können unterschiedliche Umrisse sowohl der Ober- als auch der Untergurte aufweisen. Die gebräuchlichsten Fachwerke sind dreieckige und vieleckige sowie horizontale mit parallelen Bändern (Abb. 1, d, e, g).

Stahlbetonbinder werden hergestellt: massiv - bis zu 30 m lang; Verbundwerkstoff – mit Vorspannbewehrung, mit einer Länge von mehr als 30 m. Das Verhältnis der Höhe des Fachwerks zur Spannweite beträgt 1/6-1/9.

Der untere Gürtel ist in der Regel horizontal, der obere Gürtel kann einen horizontalen, dreieckigen, segmentförmigen oder vieleckigen Umriss haben. Am weitesten verbreitet sind Polygonalbinder (Giebelbinder) aus Stahlbeton, wie in Abb. 2, f. Die maximale Länge der entworfenen Stahlbetonfachwerke beträgt etwa 100 m bei einer Neigung von 12 m.

Der Nachteil von Stahlbetonbindern ist ihre große Bauhöhe. Um das Eigengewicht von Fachwerken zu reduzieren, ist die Verwendung von hochfestem Beton und die Einführung leichter Deckplatten aus effizienten Materialien erforderlich.

Holzbinder – können in Form von Baumstämmen oder hängenden Holzsparren präsentiert werden. Bei Spannweiten über 18 m kommen Holzbinder zum Einsatz und unterliegen vorbeugenden Brandschutzmaßnahmen. Der obere (komprimierte) Gurt und die Streben von Holzbindern bestehen aus quadratischen oder rechteckigen Trägern mit einer Seitenlänge von 1/50-1/80 der Spannweite, der untere (gestreckte) Gurt und die Aufhängungen bestehen sowohl aus Trägern als auch aus Stahllitzen mit Schraubgewinde an den Enden, um sie mittels Muttern mit Unterlegscheiben zu spannen.

Die Stabilität von Holzbindern wird durch Holzstreben und -binder gewährleistet, die an den Rändern und in der Mitte des Fachwerks senkrecht zu ihrer Ebene angebracht sind, sowie durch Dachdecks, die eine harte Scheibe der Eindeckung bilden. In der häuslichen Baupraxis werden Fachwerkträger mit einer Spannweite von 15, 18, 21 und 24 m verwendet, deren Obergurt aus einem durchgehenden Brettpaket von 170 mm Breite unter Verwendung von FR-12-Kleber hergestellt wird. Die Streben bestehen aus Stäben gleicher Breite, der Untergurt aus gewalzten Winkeln und die Aufhängung aus Rundstahl (Abbildung 3, c).

Metall-Holz-Traversen – wurden 1973 von TsNIIEP für Bildungsgebäude, TsNIIEP für Unterhaltungsgebäude und Sportanlagen und TsNIISK Gosstroy der UdSSR entwickelt. Diese Traversen werden in Abständen von 3 und 6 m installiert und können in zwei Versionen für Dächer verwendet werden:

a) mit einer warm nutzbaren abgehängten Decke und kalt Dachplatten;

b) ohne abgehängte Decke und warme Dachplatten.

Rahmen sind flächige Abstandshalterstrukturen. Im Gegensatz zu einer schubfreien Balken-Pfosten-Konstruktion besteht bei der Rahmenkonstruktion zwischen der Querstange und dem Pfosten eine starre Verbindung, die dazu führt, dass aufgrund der Einwirkung von Lasten auf die Rahmenquerstange Biegemomente im Pfosten auftreten.

Rahmenkonstruktionen werden mit starrer Einbettung der Stützen in das Fundament hergestellt, wenn keine Gefahr einer ungleichmäßigen Setzung des Fundaments besteht. Die besondere Empfindlichkeit von Rahmen- und Bogenkonstruktionen gegenüber ungleichmäßigen Setzungen führt dazu, dass Scharnierrahmen (zweigelenkig und dreigelenkig) erforderlich sind. Schemata der Bögen in Abb. 4, a, b, c, d.

Da die Rahmen in ihrer Ebene keine ausreichende Steifigkeit aufweisen, ist es bei der Konstruktion der Abdeckung erforderlich, die Längssteifigkeit der gesamten Abdeckung durch Einbetten der Abdeckungselemente oder den Einbau von Membranrahmen senkrecht zur Ebene oder Versteifungsgliedern sicherzustellen.

Rahmen können aus Metall, Stahlbeton oder Holz bestehen.

Metallrahmen können entweder aus Voll- oder Gitterprofilen bestehen. Das Gitterprofil ist typisch für Rahmen mit großen Spannweiten, da es aufgrund seines geringen Eigengewichts wirtschaftlicher ist und sowohl Druck- als auch Zugkräfte gleichermaßen gut aufnehmen kann. Die Querschnittshöhe der Querschnitte von Gitterrahmen wird mit 1/20–1/25 der Spannweite und von Vollprofilrahmen mit 1/25–/30 der Spannweite angenommen. Um die Höhe des Querschnitts sowohl von massiven als auch von Gittermetallrahmen zu verringern, werden Entladekonsolen verwendet, die manchmal mit speziellen Abspannvorrichtungen ausgestattet sind (Abb. 4, d).

Rahmen: a - scharnierlos; b - Doppelscharnier; c - dreigelenkig; g - Doppelscharnier;

d – ohne Scharnier; e - zwei klappbar; g - dreigelenkig; und - Doppelscharnier mit Entladekonsolen; k - Doppelscharnier mit schubabsorbierendem Anzug; h - Rahmenhöhe; I - Bogenhebeausleger; l - Spanne; r1 und r2 – Krümmungsradien der unteren und oberen Kanten des Bogens; 0,01 und 02 Krümmungszentren; - Scharniere; s - Anziehen; d - Vertikallasten auf der Konsole.

Metallrahmen werden aktiv im Bauwesen eingesetzt (Abb. 5, 1, a, b, c, d, e; Abb. 6, a, c).

Stahl-, Stahlbeton- und Holzrahmen

Stahlbetonrahmen können scharnierlos, doppelt scharniert oder, seltener, dreifach scharniert sein.

Bei Rahmenspannweiten bis 30-40 m bestehen sie aus einem massiven I-Profil mit Aussteifungen, bei großen Spannweiten aus Gitterwerk. Die Höhe einer Vollprofiltraverse beträgt etwa 1/20-1/25 der Rahmenspannweite, die eines Gitterprofils 1/12-1/15 der Spannweite. Rahmen können ein- oder mehrfeldrig, monolithisch oder vorgefertigt sein. Bei einer vorgefertigten Lösung empfiehlt es sich, einzelne Rahmenelemente an Stellen mit minimalen Biegemomenten zu verbinden. In Abb. In Abb. 5, 2, i, j und Abb. e 6, c sind Beispiele aus der Praxis des Baus von Gebäuden mit Stahlbetonrahmen aufgeführt.

Holzrahmen bestehen wie Holzbalken aus genagelten oder geleimten Elementen für Spannweiten bis zu 24 m. Um die Montage zu erleichtern, ist es vorteilhaft, sie dreigelenkig auszuführen. Die Höhe der Querstange beträgt bei Nagelrahmen etwa 1/12 der Rahmenspannweite, bei geklebten Rahmen 1/15 der Spannweite. Beispiele für den Bau von Gebäuden mit Holzrahmen sind in Abb. 5, l, m, Abb. dargestellt. 7.

Reis. 7 Rahmen eines Lagergebäudes mit holzverleimten Sperrholzrahmen

Bögen sind wie Rahmen flächige Abstandskonstruktionen. Sie reagieren noch empfindlicher auf ungleichmäßige Niederschläge als Rahmen und werden gelenklos, zweigelenkig oder dreigelenkig ausgeführt (Abb. 4, e, f, g, i, j). Die Stabilität der Beschichtung wird durch die starren Elemente gewährleistet des umschließenden Teils der Beschichtung. Für Spannweiten von 24-36 m ist es möglich, dreigelenkige Bögen bestehend aus zwei zu verwenden Segmentbinder(Abb. 8, a). Um ein Durchhängen zu vermeiden, sind Kleiderbügel angebracht.

a - dreigelenkiger Holzbogen aus polygonalen Fachwerken;

b - Gitterholzbogen

Metallbögen bestehen aus massiven und gitterförmigen Abschnitten. Die Höhe der Querlatte eines massiven Bogenabschnitts beträgt 1/50–1/80, die einer Gitterspannweite 1/30–1/60. Das Verhältnis des Hubauslegers zur Spannweite aller Bögen liegt im Bereich von 1/2-1/4 für eine Parabelkurve und 1/4-1/8 für eine Kreiskurve. In Abb. 8, a, Abb. 9, Abb. 1, Abb. In Abb. 10, a, b, c werden Beispiele aus der Baupraxis vorgestellt.

Stahlbetonbögen können wie Metallbögen einen massiven oder gitterförmigen Querträgerquerschnitt haben.

Die Bauhöhe des Querträgerquerschnitts beträgt bei Massivbögen 1/30-1/40 der Spannweite, bei Gitterbögen 1/25-1/30 der Spannweite.

Vorgefertigte Bögen mit großen Spannweiten werden in Verbundform aus zwei Halbbögen hergestellt, in Abb. e in horizontaler Position betoniert und dann in die Entwurfsposition angehoben (Beispiel in Abb. 9, 2, a, b, c).

Holzbögen werden aus genagelten und geklebten Elementen hergestellt. Das Verhältnis des Hubauslegers zur Spannweite beträgt bei genagelten Bögen 1/15-1/20, bei geklebten Bögen 1/20-1/25 (Abb. 8, a, b, Abb. 10, c, d).

a - Bogen mit Befestigung an den Säulen; b – Stützen des Bogens auf den Rahmen; oder Strebepfeiler; c – Stützung des Bogens auf den Fundamenten

4. Räumliche Beschichtungsstrukturen mit großer Spannweite

Weitspannige Tragwerkssysteme aus verschiedenen Epochen weisen eine Reihe wesentlicher Merkmale auf, die es ermöglichen, sie als technischen Fortschritt im Bauwesen zu betrachten. Mit ihnen ist der Traum von Bauherren und Architekten verbunden, den Raum zu erobern, eine möglichst große Fläche abzudecken. Was historische und moderne krummlinige Strukturen vereint, ist die Suche nach geeigneten Formen, der Wunsch, ihr Gewicht zu minimieren, die Suche nach optimalen Lastverteilungsbedingungen, was zur Entdeckung neuer Materialien und potenzieller Möglichkeiten führt.

Zu den räumlichen weitspannigen Bedeckungskonstruktionen zählen Flachfaltbespannungen, Gewölbe, Schalen, Kuppeln, Kreuzrippenbespannungen, Stabkonstruktionen, Pneumatik- und Markisenkonstruktionen.

Flach gefaltete Abdeckungen, Schalen, Kreuzrippenabdeckungen und Stabkonstruktionen bestehen aus starren Materialien (Stahlbeton, Metallprofile, Holz usw.). Aufgrund der gemeinsamen Arbeit von Strukturen haben räumliche starre Abdeckungen eine geringe Masse, was die Kosten senkt sowohl für den Deckungsbau als auch für die Montage von Stützen und Fundamenten.

Hängende (Schrägseil-), pneumatische und Markisenabdeckungen bestehen aus nicht starren Materialien (Metallseile, Metallreismembranen, Membranen aus synthetischen Folien und Stoffen). Sie sorgen in weit größerem Maße als räumliche starre Strukturen für eine Reduzierung der Volumenmasse von Bauwerken und ermöglichen eine schnelle Errichtung von Bauwerken.

Raumstrukturen ermöglichen die Schaffung unterschiedlichster Gebäude- und Bauformen. Der Bau räumlicher Bauwerke erfordert jedoch eine komplexere Organisation der Bauproduktion und eine hohe Qualität aller Bauleistungen.

Natürlich ist es nicht möglich, im Einzelfall Empfehlungen zum Einsatz bestimmter Beschichtungsaufbauten zu geben. Die Beschichtung als komplexes Teilsystemgebilde steht in der Struktur des Bauwerks in engem Zusammenhang mit all seinen anderen Elementen, mit äußeren und inneren Umwelteinflüssen, mit den wirtschaftlichen, technischen, künstlerischen und ästhetischen Bedingungen seiner Entstehung. Aber einige Erfahrungen im Umgang mit räumlichen Strukturen und den daraus resultierenden Ergebnissen können helfen, den Stellenwert einer bestimmten konstruktiven und technologischen Organisation öffentlicher Gebäude zu verstehen. Die in der weltweiten Baupraxis bereits bekannten räumlichen Tragwerkssysteme ermöglichen die Abdeckung von Gebäuden und Bauwerken mit nahezu jeder Grundrisskonfiguration.

1 Falten

Eine Falte ist eine räumliche Abdeckung, die aus flächigen, sich kreuzenden Elementen gebildet wird. Falten bestehen aus einer Reihe von Elementen, die sich in einer bestimmten Reihenfolge wiederholen und entlang der Kanten und in der Spannweite durch versteifende Membranen gestützt werden.

Die Falten sind sägezahnförmig, trapezförmig, bestehen aus dreieckigen Ebenen der gleichen Art, sind zeltförmig (viereckig und polyedrisch) und andere (Abb. 11, a, b, c, d).

Gefaltete Strukturen, die in zylindrischen Schalen und Kuppeln verwendet werden, werden in den entsprechenden Abschnitten besprochen.

Die Falten können über die äußeren Stützen hinaus verlängert werden und so freitragende Überhänge bilden. Die Dicke des Flachfaltenelements wird mit etwa 1/200 der Spannweite angenommen, die Höhe des Elements beträgt mindestens 1/10 und die Breite der Kante beträgt mindestens 1/5 der Spannweite. Falten decken in der Regel Spannweiten bis zu 50–60 m und Zelte bis zu 24 m ab.

Gefaltete Strukturen haben eine Reihe positiver Eigenschaften:

Einfachheit der Form und dementsprechend einfache Herstellung;

Große Möglichkeiten zur werksseitigen Vorfertigung;

Einsparung von Raumhöhe usw.

Ein interessantes Beispiel Die Anwendung einer flach gefalteten Struktur aus einem Sägezahnprofil ist die Beschichtung des Labors des Concrete Institute in Detroit (USA) mit einer Größe von 29,1 × 11,4 ( Abb. 11, e) Projekt der Architekten Yamasaki und Leinweber, Ingenieure Amman und Whitney. Die Bespannung ruht auf zwei Längsreihen von Stützen, die einen Mittelkorridor bilden, und verfügt auf beiden Seiten der Stützen über auskragende Ausleger mit einer Länge von 5,8 m. Die Bespannung ist eine Kombination aus gegenläufigen Falten. Die Dicke der Falten beträgt 9,5 cm.

Im Jahr 1972 kam beim Umbau des Kursky-Bahnhofs in Moskau eine trapezförmige Faltkonstruktion zum Einsatz, die es ermöglichte, einen 33 m großen Warteraum abzudecken × 200 m (Abb. 11, f).

Das älteste und am weitesten verbreitete System der krummlinigen Abdeckung ist die gewölbte Abdeckung. Das Gewölbe ist ein Struktursystem, auf dessen Grundlage in der Vergangenheit (bis zum 20. Jahrhundert) eine Reihe architektonischer Formen entstanden sind, die es ermöglichten, das Problem der Überdachung verschiedener Säle mit unterschiedlichen Funktionszwecken zu lösen.

Zylindrische und geschlossene Gewölbe sind die einfachsten Gewölbeformen, aber der durch diese Abdeckungen gebildete Raum ist geschlossen und die Form weist keine Plastizität auf. Durch die Einbeziehung von Schalungen in die Gestaltung der Schalen dieser Gewölbe entsteht ein optischer Eindruck von Leichtigkeit. Die Innenfläche der Gewölbe war in der Regel reich verziert oder durch eine falsche Struktur einer abgehängten Holzdecke nachgeahmt.

Ein Kreuzgewölbe entsteht durch den Schnitt aus dem Schnittpunkt zweier Tonnengewölbe. Sie wurden von riesigen Badehallen und Basiliken blockiert. Das Kreuzgewölbe war in der gotischen Architektur weit verbreitet.

Kreuzgewölbe sind eine der häufigsten Verkleidungsformen in der russischen Steinarchitektur.

Verschiedene Gewölbearten wie Segelgewölbe, Kuppelgewölbe und Vordächer waren weit verbreitet.

3 Muscheln

Dünnwandige Schalen gehören zu den Arten von Raumkonstruktionen und werden beim Bau von Gebäuden und Bauwerken mit großen Flächen (Hangars, Stadien, Märkte usw.) verwendet. Eine dünnwandige Schale ist eine gekrümmte Oberfläche, die bei minimaler Dicke und dementsprechend minimalem Masse- und Materialverbrauch eine sehr große hat Tragfähigkeit, denn dank seiner geschwungenen Form fungiert es als räumliches Tragwerk.

Ein einfaches Experiment mit Reispapier zeigt, dass eine sehr dünne, gebogene Platte aufgrund ihrer gekrümmten Form äußeren Kräften eine größere Widerstandsfähigkeit verleiht als dieselbe Platte mit flacher Form.

Starre Schalen können über Gebäuden mit beliebiger Grundrisskonfiguration errichtet werden: rechteckig, quadratisch, rund, oval usw.

Selbst sehr komplexe Strukturen können in mehrere ähnliche Elemente unterteilt werden. In Fabriken Konstruktionsteile Für die Herstellung einzelner Strukturelemente werden separate technologische Linien geschaffen. Die entwickelten Installationsmethoden ermöglichen die Errichtung von Schalen und Kuppeln mithilfe von Lagerstütztürmen oder ganz ohne Hilfsgerüste, was die Bauzeit von Abdeckungen erheblich verkürzt und die Kosten für Installationsarbeiten senkt.

Je nach Konstruktionsschemata werden starre Schalen unterteilt in: Schalen mit positiver und negativer Krümmung, Schirmschalen, Gewölbe und Kuppeln.

Schalen bestehen aus Stahlbeton, Stahlzement, Metall, Holz, Kunststoff und anderen Materialien, die Druckkräften gut standhalten.

Bei konventionellen Tragsystemen, die wir zuvor besprochen haben, konzentriert sich der Widerstand gegen auftretende Kräfte kontinuierlich entlang ihrer gesamten gekrümmten Oberfläche, d. h. da dies charakteristisch für räumliche Tragsysteme ist.

Die erste Schalenkuppel aus Stahlbeton wurde 1925 in Jena errichtet. Sein Durchmesser betrug 40 m, das entspricht dem Durchmesser der Kuppel von St. Peter in Rom. Es stellte sich heraus, dass die Masse dieser Muschel 30-mal geringer war als die der Kuppel von St. Petra. Dies ist das erste Beispiel, das die vielversprechenden Fähigkeiten des neuen Konstruktionsprinzips zeigte.

Das Aufkommen des spannungsbewehrten Betons, die Entwicklung neuer Berechnungsmethoden, die Vermessung und Prüfung von Bauwerken anhand von Modellen sowie die statischen und wirtschaftlichen Vorteile seines Einsatzes trugen zur raschen Verbreitung von Schalen auf der ganzen Welt bei.

Muscheln haben eine Reihe weiterer Vorteile:

in der Beschichtung erfüllen sie gleichzeitig zwei Funktionen: tragende Struktur und Dach;

sie sind feuerbeständig, was sie in vielen Fällen auch unter gleichen wirtschaftlichen Bedingungen in eine vorteilhaftere Position bringt;

in der Vielfalt und Originalität der Formen suchen sie in der Geschichte der Architektur ihresgleichen;

schließlich übertrafen sie im Vergleich zu früheren Gewölbe- und Kuppelbauten diese um ein Vielfaches hinsichtlich der überbrückbaren Spannweiten.

Während der Bau von Schalen aus Stahlbeton recht weit verbreitet ist, sind diese Konstruktionen in Metall und Holz immer noch nur begrenzt einsetzbar, da noch keine ausreichend einfachen, für Metall und Holz charakteristischen Konstruktionen gefunden wurden. Strukturformen Muscheln.

Schalen aus Metall können aus Ganzmetall hergestellt werden, wobei die Schale ein-, zwei- oder mehrschichtig gleichzeitig die Funktion einer tragenden und umschließenden Struktur übernimmt. Bei entsprechender Entwicklung kann der Rohbau auf die industrielle Montage großer Platten reduziert werden.

Einschichtige Metallschalen bestehen aus Stahl- oder Aluminiumreis.a. Um die Steifigkeit der Schalen zu erhöhen, werden Querrippen eingebracht. Durch eine häufige Anordnung miteinander verbundener Querrippen entlang des Ober- und Untergurts kann eine zweischichtige Hülle erhalten werden.

Schalen gibt es in einfacher und doppelter Krümmung.

Zu Muscheln einzelne Krümmung umfassen Schalen mit zylindrischen oder konische Oberfläche(Abb. 12, a, b).

Reis. 12. Die häufigsten Muschelformen

a - Zylinder: 1 - Kreis, Parabel, Sinusoid, Ellipse (Führungen); 2 - gerade Linie (generativ); b – Kegel: 1 – jede Kurve; 2 - gerade Linie (generativ); d - Übertragungsfläche: 1 - Parabel (Führung); 2 - Ellipse, Kreis (generativ); c - Rotationsfläche (Kuppel): 1-Rotation; 2 - Kreis, Ellipse, Parabel (generativ); Rotations- oder Übertragungsfläche (Kugelschale): 1, 2 - Kreis, Parabel (Generatoren oder Führungen); 3 - Kreis, Parabel (generativ); 4 - Rotationsachse d - Bildung von Schalen mit doppelter Krümmung in einer Richtung: hyperbolisches Paraboloid: AB-SD, AC-VD - gerade Linien (Führungen); 1 - Parabel (Anleitung).

Zylindrische Schalen haben eine kreisförmige, elliptische oder parabolische Form und werden von Endversteifungsmembranen getragen, die in Form von Wänden, Fachwerken, Bögen oder Rahmen hergestellt werden können. Abhängig von der Länge der Schalen werden sie in kurze Schalen unterteilt, bei denen die Spannweite entlang der Längsachse nicht mehr als eineinhalb Wellenlängen (Spannweite in Querrichtung) beträgt, und lange Schalen, bei denen die Spannweite entlang der Längsachse nicht mehr als eineinhalb Wellenlängen beträgt Längsachse beträgt mehr als eineinhalb Wellenlängen (Abb. 13, a , c, d).

Entlang der Längskanten langer zylindrischer Schalen sind Seitenelemente (Versteifungsrippen) vorgesehen, in denen Längsverstärkungen angebracht sind, sodass die Schale entlang der Längsspannweite wie ein Balken wirken kann. Darüber hinaus nehmen die Seitenelemente den Schub aus der Arbeit der Schalen in Querrichtung auf und müssen daher in horizontaler Richtung eine ausreichende Steifigkeit aufweisen (Abb. 13, a, d).

Die Wellenlänge eines langen zylindrischen Mantels beträgt normalerweise nicht mehr als 12 m. Das Verhältnis von Hubausleger zu Wellenlänge wird mit mindestens 1/7 der Spannweite angenommen, und das Verhältnis von Hubausleger zu Spannweite ist nicht kleiner als 1/10.

Vorgefertigte lange zylindrische Schalen werden üblicherweise in zylindrische Abschnitte, Seitenelemente und eine Versteifungsmembran unterteilt, deren Verstärkung beim Einbau zusammengeschweißt und monolyiert wird (Abb. 13, e).

Für die Abdeckung großer Räume mit rechteckigem Grundriss empfiehlt es sich, lange zylindrische Schalen zu verwenden. Lange Schalen werden normalerweise parallel zur kurzen Seite des überlappten rechteckigen Raums platziert, um die Spannweite der Schalen entlang der Längsachse zu verringern (Abb. 13, e). Die Entwicklung langer zylindrischer Schalen folgt der Suche nach einem möglichst flachen Bogen mit kleinem Hubausleger, was zu einfacheren Bedingungen für die Bauarbeiten, einer Verringerung des Gebäudevolumens und verbesserten Betriebsbedingungen führt.

Besonders vorteilhaft aus konstruktiver Sicht ist die Anordnung einer Reihe aneinandergereihter flacher Zylinderschalen, da in diesem Fall die in horizontaler Richtung wirkenden Biegekräfte von benachbarten Schalen (mit Ausnahme der äußeren) aufgenommen werden.

Lassen Sie uns Beispiele für die Verwendung langer zylindrischer Schalen im Bauwesen geben.

Die lange zylindrische Hülle mit mehreren Wellenlängen wurde in einer Garage in Bournemouth (England) hergestellt.

Schalengrößen 4 5×90 m, Dicke 6,3 cm, das Projekt wurde vom Ingenieur Morgan durchgeführt (Abb. 14, a).

c - Hangar des Flugplatzes in Karachi (Pakistan, 1944). Die Beschichtung besteht aus langen zylindrischen Schalen mit einer Länge von 39,6 m, einer Breite von 10,67 m und einer Dicke von 62,5 mm. Die Schalen ruhen auf einer 58 m langen Pfette, einem Sturz über dem Hangartor; g - Hangar des Luftfahrtministeriums in der Akademie der Wissenschaften! Lippe (1959). Zur Abdeckung des Hangars wurden drei zylindrische Schalen verwendet, die parallel zur Hangartoröffnung angeordnet waren. Die Länge der Granaten beträgt 55 m. Die Tiefe des Hangars beträgt 32,5 m. Die Träger, die den Schub absorbieren, haben einen kastenförmigen Querschnitt

Die Verkleidung der Sporthalle in Madrid (1935) wurde vom Architekten Zuazo und dem Ingenieur Torroja entworfen. Die Abdeckung ist eine Kombination aus zwei langen zylindrischen Schalen, die auf den Stirnwänden aufliegen und keine Unterstützung an den Längswänden erfordern, die aus diesem Grund aus leichten Materialien bestehen. Schalenlänge 35 m, Spannweite 32,6 m, Dicke 8,5 cm (Abb. 14, b).

Der 1944 erbaute Flugplatzhangar in Karatschi wird durch Granaten mit einer Länge von 29,6 m, einer Breite von 10,67 m und einer Dicke von 6,25 cm dargestellt. Die Granaten ruhen auf einem Träger mit einer Spannweite von 58 m, der ein Sturz über dem Hangartor ist ( Abb. 14 , V).

Der Einsatz langer zylindrischer Schalen ist praktisch auf Spannweiten bis 50 m beschränkt, da darüber hinaus die Höhe der Seitenelemente (Randträger) zu groß ausfällt.

Solche Schalen werden häufig im Industriebau eingesetzt, kommen aber auch in öffentlichen Gebäuden zum Einsatz. Kaliningradgrazhdanproekt hat lange zylindrische Schalen mit Spannweiten von 18 entwickelt × 24 m, 3 m breit. Sie werden zusammen mit der Isolierung - Faserplatten - sofort für die Spannweite hergestellt. Auf das fertige Element wird werkseitig eine Abdichtungsschicht aufgebracht.

Lange zylindrische Schalen bestehen aus Stahlbeton, Stahlzement, Stahl und Aluminiumlegierungen.

So wurde zur Abdeckung des Moskauer Bahnhofs in St. Petersburg eine zylindrische Hülle aus Reisaluminium verwendet. Die Länge des Temperaturblocks beträgt 48 m, die Breite 9 m. Die Beschichtung ist an Stahlbetonstützen aufgehängt, die im Zwischengleis installiert sind.

Kurze zylindrische Schalen haben im Vergleich zu langen Schalen eine größere Wellengröße und einen größeren Hubausleger. Die Krümmung kurzer Zylinderschalen entspricht der Richtung der größten Spannweite des überdachten Raumes. Diese Muscheln dienen als Gewölbe.

Die Form der Kurve kann durch einen Kreisbogen oder eine Parabel dargestellt werden. Aufgrund der Knickgefahr bei kurzen Schalen werden in den meisten Fällen Querversteifungen eingebracht. Zusätzlich zu den Seitenelementen müssen solche Schalen über Spannvorrichtungen verfügen, um horizontale Querkräfte aufzunehmen (Abb. 13, c, e).

Kurze zylindrische Gebäudehüllen mit einem Stützenraster 24 sind weithin bekannt × 12 m und 18 × 12 m. Sie bestehen aus Membranfachwerken, 3 Rippenplatten × 12 m und Seitenelemente (Abb. 15, a-d).

Als Standard werden die Bauwerke für die angegebenen Spannweiten anerkannt.

Die Verwendung kurzer zylindrischer Schalen erfordert keine abgehängte Decke.

Konische Schalen werden üblicherweise zur Überdachung trapezförmiger Gebäude oder Räumlichkeiten verwendet. Die Konstruktionsmerkmale dieser Schalen sind die gleichen wie bei langen zylindrischen Schalen (Abb. 12, a). Ein Beispiel für eine interessante Verwendung dieser Form ist die Abdeckung eines Seerestaurants in Georgia (USA), die aus einer Reihe pilzförmiger Kegel aus Stahlbeton mit einem Durchmesser von 9,14 m besteht Regenwasser von der Oberfläche des Belages ableiten. Die durch die Kanten dreier sich berührender Pilze gebildeten Dreiecke wurden mit Stahlbetonplatten mit runden Löchern für Oberlichter in Form von Kunststoffkuppeln abgedeckt.

Reis. 15 Beispiele für die Verwendung kurzer zylindrischer Schalen aus Stahlbeton

In wellenförmigen und gefalteten Schalen mit großen Spannweiten treten aufgrund vorübergehender Belastungen durch Wind, Schnee, Temperaturänderungen usw. erhebliche Biegemomente auf.

Die notwendige Verstärkung solcher Schalen wurde durch die Konstruktion von Rippen erreicht. Eine Aufwandsreduzierung wurde durch die Umstellung auf wellenförmige und gefaltete Profile der Schale selbst erreicht. Dadurch konnte die Steifigkeit der Schalen erhöht und der Materialverbrauch gesenkt werden.

Durch solche Konstruktionen lässt sich der Kontrast zwischen der Ebene der Umfassungswand, die unabhängig von den tragenden Stützen sein kann, und der darauf aufliegenden Bedeckung hervorheben. Dadurch ist es möglich, bei diesen Bauwerken große Auskragungen für die Montage von Stützen etc. zu realisieren. (Kursky-Bahnhof in Moskau).

Falten und Wellen sind eine interessante Plattenform für Decken und manchmal auch für Wände im Innenbereich.

Eine gewellte Hülle kann sehr ausdrucksstark sein, wenn Maßstab, Krümmung und Form entsprechend den Anforderungen der architektonischen Ästhetik gefunden werden. Dieser Tragwerkstyp ist für Spannweiten von mehr als 100 m ausgelegt und wird zur Abdeckung verschiedenster Objekte eingesetzt.

Polyedrisch gefaltete Schalengewölbe sind ein Beispiel für die Erhöhung der Steifigkeit einer zylindrischen Schale durch Verleihung einer polyedrischen Form.

Der Übergang von Schalen mit einfacher Krümmung zu Schalen mit doppelter Krümmung stellt einen neuen Schritt in der Entwicklung von Schalen dar, da die Wirkung von Biegekräften in ihnen auf ein Minimum reduziert wird.

Solche Schalen werden in Gebäuden mit unterschiedlichen Grundrissen verwendet: quadratisch, dreieckig, rechteckig usw.

Eine Art solcher Schalen mit rundem oder ovalem Grundriss ist eine Kuppel.

Schalen mit doppelter Krümmung können sowohl mit gerafften als auch mit flachen Konturen hergestellt werden.

Zu ihren Nachteilen gehören: ein überhöhtes Gebäudevolumen, eine große Dachfläche und nicht immer günstige akustische Eigenschaften. In der Beschichtung ist es möglich, Lichtlaternen hauptsächlich in der Mitte einzusetzen.

Solche Schalen können aus monolithischem und vorgefertigtem monolithischem Stahlbeton hergestellt werden.

Die Spannweiten dieser Gebäude variieren zwischen 24 und 30 m. Die Stabilität der Hülle wird durch ein System vorgespannter Aussteifungsträger mit einer Maschenweite von 12 gewährleistet × 12 m. Die Schalenkontur ruht auf einem vorgespannten Gurt.

In manchen Fällen empfiehlt es sich, die Hallen mit Zeltschalen in Form eines Pyramidenstumpfes aus Stahlbeton abzudecken. Sie können entlang der Kontur, an zwei Seiten oder an Ecken anliegen.

Die in der Baupraxis gebräuchlichsten Arten von Doppelkrümmungsschalen sind in Abb. dargestellt. 12, f, g, h.

Die Kuppel ist eine Rotationsfläche. Die darin wirkenden Kräfte wirken in Meridian- und Breitenrichtung. Entlang des Meridians entstehen Druckspannungen. Entlang der Breitengrade entstehen von oben ausgehend auch Druckkräfte, die nach und nach in Zugkräfte übergehen, die am unteren Rand der Kuppel ihr Maximum erreichen. Kuppelschalen können auf einem Zugstützring oder auf Säulen ruhen – durch ein System von Membranen oder Versteifungen, wenn die Schale im Grundriss eine quadratische oder polyedrische Form hat.

Die Kuppel stammt ursprünglich aus den Ländern des Ostens und hatte vor allem einen nützlichen Zweck. In Ermangelung von Holz dienten Kuppeln aus Lehm und Ziegeln als Behausungen. Doch nach und nach erlangte die Kuppel dank ihrer außergewöhnlichen ästhetischen und tektonischen Qualitäten einen eigenständigen semantischen Inhalt als architektonische Form. Die Entwicklung der Kuppelform ist mit einer ständigen Veränderung der Beschaffenheit ihrer Geometrie verbunden. Von sphärischen und sphärischen Formen gehen Bauherren zu spitzen Formen mit komplexen parabolischen Formen über.

Kuppeln sind kugelförmig und vielschichtig, gerippt, glatt, gewellt, wellig (Abb. 16, a). Schauen wir uns die typischsten Beispiele für Kuppelschalen an.

Verkleidung des Sportpalastes in Rom (1960), erbaut nach dem Entwurf von Professor P.L. Nervi für die Olympischen Spiele ist eine kugelförmige Kuppel aus vorgefertigten Stahlbetonelementen mit einer Breite von 1,67 bis 0,34 m und einer komplexen räumlichen Form (Abb. 17, a). Die 114 Segmente der Kuppel ruhen auf 38 geneigten Stützen (3 Segmente pro 1 Stütze). Nach Fertigstellung der monolithischen Strukturen und Einbettung der vorgefertigten Segmente begann die Kuppelstruktur als Ganzes zu funktionieren. Das Gebäude wurde in 2,5 Monaten gebaut.

Das Kuppeldach der Konzerthalle in Matsuyama (Japan), das 1954 vom Architekten Kenzo Tange und dem Ingenieur Zibon entworfen wurde, ist ein Kugelsegment mit einem Durchmesser von 50 m und einem Hubausleger von 6,7 m (Abb. 17, b) . Für die Oberlichtbeleuchtung der Halle befinden sich in der Abdeckung 123 runde Löcher mit einem Durchmesser von 60 cm.

Die Dicke der Schale beträgt in der Mitte 12 cm, an den Stützen 72 cm. Der verdickte Teil der Schale ersetzt den Stützring.

Die Kuppel über dem Zuschauerraum des Theaters in Nowosibirsk (1932) hat einen Durchmesser von 55,5 m, einen Hubausleger von 13,6 m. Die Dicke der Schale beträgt 8 cm (1/685 der Spannweite). Es ruht auf einem Ring mit einem Querschnitt von 50 × 80 cm (Abbildung 17, c).

Die Kuppel des Ausstellungspavillons in Belgrad (Jugoslawien) wurde 1957 erbaut. Der Durchmesser der Kuppel beträgt 97,5 m mit einem Hubausleger von 12-84 m. Die Kuppel ist eine Struktur, die aus einem monolithischen Mittelteil mit einem Durchmesser von 27 besteht m, und ein ringförmiger, hohler, trapezförmiger Abschnitt eines Stahlbetonträgers, auf dem 80 vorgefertigte Stahlbetonhalbbögen eines I-Profils ruhen, die von drei Reihen ringförmiger Schalen getragen werden (Abbildung 17, d).

Die Kuppel des 1981 erbauten Stadions in Porto (Portugal) hat einen Durchmesser von 92 m.

Die Abdeckung besteht aus 32 meridianal angeordneten Rippen, die auf dreieckigen Rahmen und 8 Ringen aus Stahlbeton ruhen. Der Durchmesser der Kuppel im Bereich ihrer Auflage auf den Dreiecksrahmen beträgt 72 m, die Höhe der Kuppel beträgt 15 m. Die Kuppelschale besteht aus Beton mit Korkfüllung auf einem Stahlbetonrahmen.

An der Spitze der Kuppel befindet sich eine Lichtlaterne (Abb. 17, d).

In Abb. 18 zeigt Beispiele für Kuppelschalen aus Metall. Die Erfahrung beim Bau solcher Gebäude hat gezeigt, dass sie nicht ohne Nachteile sind. Der Hauptgrund ist also das große Bauvolumen von Gebäuden und die übermäßig große Masse an Gebäudestrukturen.

In den letzten Jahren entstanden die ersten Kuppelbauten mit Schiebedächern.

Beispielsweise wurden für das Stadion in Pittsburgh (Abb. 18) radial entlang der Kuppeloberfläche gleitende Sektorschalenelemente aus Aluminiumlegierungen verwendet.

Bei Holzkuppeln (Abb. 19, a, b, c) sind die tragenden Strukturen gesägte oder verleimte Holzelemente. Bei modernen Flachkuppeln arbeiten die Hauptrahmenelemente auf Druck, weshalb der Einsatz von Holz besonders empfehlenswert ist.

Seit dem Mittelalter wird Holz als Konstruktionsmaterial im Kuppelbau verwendet. In Westeuropa sind bis heute viele Holzkuppeln aus dem Mittelalter erhalten geblieben. Sie stellen oft eine Dachbodenabdeckung über der Hauptkuppel aus Ziegeln dar. Diese Kuppeln verfügten über ein leistungsstarkes System starrer Verbindungen. Zu diesen Kuppeln gehört beispielsweise die Hauptkuppel der Dreifaltigkeitskirche in Leningrad. Die Kuppel mit einem Durchmesser von 25 m und einer Höhe von 21,31 m wurde 1834 errichtet und existiert bis heute. Von den damaligen Holzkuppeln war diese Kuppel die größte der Welt. Es verfügt über eine typische Holzkonstruktion, die aus 32 Meridianrippen besteht, die durch mehrere Ringbinderbalken verbunden sind.

Reis. 18 Beispiele für Kuppelschalen aus Metall

In den Jahren 1920-30 In unserem Land wurden mehrere Holzkuppeln von bedeutender Größe errichtet. Hölzerne dünnwandige Kuppeln bedeckten Gastanks mit einem Durchmesser von 32 m in den Chemiefabriken Bereznikovsky und Bobrikovsky. In Saratow, Iwanowo und Baku waren Zirkusse mit Durchmessern von 46, 50 bzw. 67 m mit Holzkuppeln bedeckt. Diese Kuppeln hatten ein geripptes Design, wobei die Rippen Gitterbögen waren (Abb. 19, b).

Moderne Technologie zum Verleimen von Holz mit langlebigen wasserfesten synthetischen Klebstoffen und umfangreiche Erfahrung in der Herstellung von Schichtholz und seiner Verwendung im Bauwesen haben es ermöglicht, Holz als neuen hochwertigen Werkstoff einzuführen weitgespannte Bauwerke. Holzkonstruktionen sind robust, langlebig, feuerbeständig und wirtschaftlich.

Abbildung 19. Beispiele für die Verwendung von Kuppelschalen aus Holz

Kuppeln aus Schichtholz werden zur Überdachung von Ausstellungs- und Konzertsälen, Zirkussen, Stadien, Planetarien und anderen öffentlichen Gebäuden eingesetzt. Die architektonischen und strukturellen Arten von Kuppeln aus Schichtholz sind sehr vielfältig. Die am häufigsten verwendeten Kuppeln sind gerippte Kuppeln, Kuppeln mit dreieckigem Netz und Netzkuppeln mit Kristallgitter, entwickelt von Professor M.S. Tupolew.

In den USA und England wurden zahlreiche Kuppeln aus laminiertem Holz gebaut.

Im Bundesstaat Montana (USA) wurde 1956 über dem Gebäude eines Sportzentrums für 15.000 Zuschauer eine Holzkuppel mit einem Durchmesser von 91,5 m und einem Hubausleger von 15,29 m errichtet (Abb. 19, c). Das Traggerüst der Kuppel besteht aus 36 Meridianrippen mit einem Querschnitt von 17,5 × 50 cm. Die Rippen ruhen auf einem unteren Stützring aus Walzprofilen und auf einem komprimierten oberen Metallring. Die Kuppel ruht auf 12 m hohen Stahlbetonsäulen. In jeder Zelle, die aus Rippen und Trägern besteht, sind Stahlanker diagonal über Kreuz gespannt. Die Kuppel wurde mithilfe von gepaarten Halbbögen zusammen mit Pfetten und Ankern installiert. Jeder 45 m lange Halbbogen wurde aus drei Teilen am Boden zusammengesetzt.

Gefaltete Kuppeln werden aus verstärkten Raumschalen aus Zement montiert, die in einer oder zwei Ebenen angeordnet sind, oder sie werden monolithisch hergestellt (Abb. 19, a).

Bei Spannweiten über 50 m kommen wellenförmige Kuppeln zum Einsatz. Die Oberfläche der Kuppel wird wellenförmig gestaltet, um eine höhere Steifigkeit und Stabilität zu gewährleisten (Abb. 20, a, b).

Die Abdeckung der Markthalle in Royenne (Frankreich), die 1955 nach dem Entwurf der Architekten Simon und Moriseo, Ingenieur Sarget, errichtet wurde, ist eine wellenförmige Kugelschale aus 13 radial angeordneten sinusförmigen Paraboloiden (Abb. 20, a). Der Durchmesser der Kuppel beträgt 50 m, die Höhe 10,15 m, die Wellenbreite 6 m, die Dicke 10,5 cm. Die Unterkanten der Wellen liegen direkt auf dem Fundament auf.

Die vom Projektinstitut Bukarest entworfene Abdeckung des Zirkus in Bukarest (1960) ist eine wellenförmige Kuppel mit einem Durchmesser von 60,6 m, bestehend aus 16 parabolischen Wellensegmenten (Abb. 20, b). Die Dicke der Schale beträgt oben 7 cm, an den Stützen 12 cm. Die Kuppel ruht auf 16 Pfeilern, die durch einen polygonalen Spannbetongurt miteinander verbunden sind, der die Schubkräfte in der Kuppel aufnimmt.

Schalen mit Übertragungsfläche werden zur Abdeckung rechteckiger oder vieleckiger Räumlichkeiten eingesetzt. Solche Schalen ruhen auf allen Seiten des Polygons auf Membranen. Die Oberfläche der Transferschale entsteht durch die translatorische Bewegung einer Kurve entlang einer anderen, sofern beide Kurven nach oben gekrümmt sind und in zwei zueinander senkrechten Ebenen liegen (Abb. 12, e).

Transferschalen (Abb. 12, d) wirken in Quer- und Längsrichtung wie Bögen.

Unter den Längsrippen aufgehängte kräftige Zuganker nehmen den Schub in Flugrichtung auf. In Querrichtung wird der Schub der Schale in den äußeren Feldern durch versteifende Membranen und Seitenelemente aufgenommen, in den mittleren Feldern wird der Schub durch benachbarte Schalen aufgenommen. Die Querschnitte der Übertragungsschalen über die gesamte Länge des Bogens, mit Ausnahme der Stützzonen, werden häufig als kreisförmig angenommen (Abb. 16, b).

Ein Beispiel für eine Hülle mit Transferfläche ist die Abdeckung einer 1947 erbauten Gummifabrik in Brynmawr (Südwales, England) (Abb. 21, b). Die Beschichtung besteht aus 9 rechteckigen elliptischen Schalen mit den Maßen 19 ×26 m. Die Dicke der Schalen beträgt 7,5 cm. Die Steifigkeit der Schalen wird durch seitliche Membranen gewährleistet.

In den Stützzonen kann die Schale mit konischen Elementen abschließen, die entlang der Stützlinie einen Übergang vom kreisförmigen Querschnitt der Mittelzone zu einem rechteckigen Querschnitt ermöglichen.

Mit diesem System wurde in Leningrad eine Überdachung einer Autogarage mit einer Spannweite von 96 m, bestehend aus 12 Gewölben mit je 12 m Breite, errichtet.

Kugelförmige Segelschalen entstehen, wenn die Kugeloberfläche durch vertikale Ebenen begrenzt wird, die an den Seiten eines Quadrats gebildet werden. Die Steifigkeitsmembranen sind in diesem Fall für alle vier Seiten gleich (Abb. 12, c, e, Abb. 16).

Vorgefertigte gerippte Kugelschalen Größe 36 × 36 m werden beim Bau vieler Industrieanlagen verwendet (Abb. 21, e). Bei dieser Lösung werden Platten in vier Standardgrößen verwendet: im Mittelteil Quadrat 3 × 3 m und an der Peripherie rhombische Schalen, nahezu quadratisch. Diese Platten haben diagonale Arbeitsrippen und kleine Verdickungen entlang der Kontur.

Die Enden der Bewehrung der Diagonalrippen liegen frei. Bei der Montage werden sie mit Überkopfstangen verschweißt. In die Nähte zwischen den Platten im Bereich der Eckverbindungen werden Stäbe mit aufgelegter Spiralbewehrung eingelegt. Anschließend werden die Nähte versiegelt.

Die kugelförmige Abdeckung des Gebäudes des Einkaufszentrums Nowosibirsk hat im Grundriss die Abmessungen 102 × Bei einer Länge von 102 m beträgt die Steigung der Konturbögen 1/10 der Spannweite. Die Mantellinie der Schale hat den gleichen Anstieg.

Die Gesamthöhe der Schale beträgt 20,4 m. Die Oberfläche der Schale wird unter Berücksichtigung des Übertragungsmusters geschnitten. Im Eckbereich werden die Belagplatten diagonal verlegt, um in Längsfugen (Diagonalfugen) eine beanspruchte Bewehrung zu platzieren.

Die am stärksten beanspruchten tragenden Teile der Eckbereiche der Beschichtung bestehen aus monolithischem Stahlbeton.

Die Verkleidung des Tagungssaals mit 1200 Sitzplätzen am Massachusetts Institute of Technology in Boston (USA) wurde vom Architekten Ero Saariner entworfen. Es ist eine Kugelschale mit einem Durchmesser von 52 m und hat im Grundriss die Form eines Dreiecks.

Die Kugelschale der Beschichtung beträgt 1/8 der Kugeloberfläche. Entlang der Kontur ruht die Schale auf drei gebogenen Traggurten, die Kräfte auf an drei Punkten befindliche Stützen übertragen (Abb. 21, d). Schalendicke von 9 bis 61 cm.

Eine so große Dicke der Schale an den Stützen erklärt sich durch erhebliche Biegemomente, die in der Schale aufgrund großer Ausschnitte entstehen, was auf eine erfolglose konstruktive Lösung hinweist.

Die Abdeckung des Einkaufszentrums in Canoe (Hawaii-Inseln, USA) besteht aus einer Kugelschale mit glatter Oberfläche und den Maßen 39,01 × 39,01 m. Die Schale hat keine Steifigkeitsmembran und wird mit ihren Ecken auf 4 Widerlagern abgestützt. Schalendicke 76-254 mm. (Abb. 21, a).

Die Abdeckung (Spanien) der 1935 nach dem Entwurf des Ingenieurs Torroja und des Architekten Arcas erbauten Markthalle in Algeciros ist eine achteckige Kugelschale mit einem Durchmesser von 47,6 m.

Die acht Stützen, auf denen die Schale ruht, sind durch einen polygonalen Gürtel miteinander verbunden, der den Schub der Schale aufnimmt (Abb. 21, c).

5 Schalen mit entgegengesetzter Krümmungsrichtung

Schalen mit entgegengesetzter Richtung der einen und anderen Krümmung werden durch Bewegen einer Geraden (Generator) entlang zweier Führungskurven gebildet. Dazu gehören Konoide, eingeschlechtliche Rotationshyperboloide und hyperbolische Paraboloide (Abb. 12, f, g, h).

Bei der Bildung eines Konoids ruht die Mantellinie auf einer Kurve und einer Geraden (Abb. 12, g). Das Ergebnis ist eine Fläche mit der entgegengesetzten Richtung einer Krümmung. Der Konoid wird hauptsächlich für Sheddächer verwendet und ermöglicht die Herstellung vieler verschiedener Formen. Die Richtung der Konoidkurve kann eine Parabel oder eine Kreiskurve sein. Die konische Hülle in der Schirmbeschichtung ermöglicht eine natürliche Beleuchtung und Belüftung der Räumlichkeiten (Abb. 16, d, e).

Die tragenden Elemente von Kegelschalen können Bögen, Randbalken und andere Strukturen sein.

Die Spannweite solcher Schalen beträgt 18 bis 60 m. Die in der Kegelschale auftretenden Zugspannungen werden auf starre Membranen übertragen. Die Last der Kegelschale wird von vier Stützen getragen, die sich üblicherweise an den vier Eckpunkten der Schale befinden.

Ein Beispiel ist das Empfangs- und Lagergebäude der Markthalle in Toulouse (Frankreich), erbaut nach dem Entwurf des Ingenieurs Prat. Der Markt ist mit einer Struktur aus parabolischen Stahlbeton-Bogenbindern mit einer Spannweite von 20 m, einem Hubausleger von 10 m und 70 mm dicken Konoidschalen überdacht, der Abstand zwischen den Bögen beträgt 7 m. Entlang der Längsseite sind Ladeplattformen angeordnet Die Seiten des Gebäudes sind mit zylindrischen Schalen in Form von 7 m langen Konsolen bedeckt, die von Kabeln gehalten werden, die auf den Bögen ruhen (Abb. 22, a).

Die Erzeugende eines gleichgeschlechtlichen Rotationshyperboloids umschlingt die Achse, mit der sie sich in geneigter Position schneidet (Abb. 12, h). Wenn sich diese Linie bewegt, erscheinen zwei Systeme von Erzeugenden, die sich auf der Oberfläche der Schale schneiden.

Ein Beispiel für die Verwendung dieser Hülle sind die Tribünen der Zarzuela-Rennstrecke in Madrid (Abb. 22, b) und des Marktes in Co (Frankreich) (Abb. 22, c).

Die Bildung der Oberfläche eines hyperbolischen Paraboloids (Hypara) wird durch Systeme nichtparalleler und sich nicht schneidender Geraden (Abb. 12, h) bestimmt, die als Führungslinien bezeichnet werden. Jeder Punkt eines hyperbolischen Paraboloids ist der Schnittpunkt zweier Erzeugender, aus denen die Oberfläche besteht.

Reis. 22 Beispiele für die Verwendung von Konoidschalen und Rotationshyperboloiden

Bei gleichmäßig verteilter Belastung haben die Spannungen an allen Punkten der Hyparoberfläche einen konstanten Wert. Dies erklärt sich dadurch, dass die Zug- und Druckkräfte an jedem Punkt gleich sind. Aus diesem Grund haben Hyparas einen größeren Widerstand gegen Ausbeulungen. Wenn die Schale dazu neigt, sich unter Belastung zu verbiegen, erhöht sich automatisch die Zugspannung in Richtung normal zu diesem Druck. Dadurch ist es möglich, Schalen mit geringer Dicke und oft auch ohne Kanten herzustellen.

Die ersten statischen Studien zu Hyparen wurden 1935 vom Franzosen Lafaille veröffentlicht, praktische Anwendung fanden sie jedoch erst nach dem Zweiten Weltkrieg. Boroni in Italien, Ruban in der Tschechoslowakei, Candela in Mexiko, Salvadori in den USA, Sarge in Frankreich. Die betrieblichen und wirtschaftlichen Vorteile von Hypars und die unbegrenzten ästhetischen Möglichkeiten eröffnen enorme Einsatzmöglichkeiten.

In Abb. 16, f, g, h und zeigt mögliche Kombinationen der Oberflächen flacher Hypars.

Reis. 23 Beispiele für den Einsatz von Hyparen im Bauwesen

Verkleidung des städtischen Theatersaals in Shizuska (Japan), Architekt Kenzo Tange, Ingenieur Shoshikatsu Pauobi (Abb. 23, a). Der Saal verfügt über 2.500 Sitzplätze für Zuschauer. Das Gebäude hat einen quadratischen Grundriss mit einer Seitenlänge von 54 m. Die Hülle hat die Form eines Hyparums, dessen Oberfläche alle 2,4 m mit Versteifungsrippen verstärkt ist, die parallel zu den Seiten des Quadrats angeordnet sind. Die gesamte Last aus dem Der Belag wird auf zwei Stahlbetonstützen übertragen, die durch Stahlbetonschienen unter dem Hallenboden miteinander verbunden sind. Zusätzliche Stützen für die Schalenrundträger sind dünne Schwingpfosten entlang der Gebäudefassaden. Die Breite des Randbalkens beträgt 2,4 m, die Dicke 60 cm, die Schalendicke 7,5 cm.

Die Kapelle und das Parkrestaurant in Mexiko-Stadt wurden vom Ingenieur Felix Candela entworfen. In diesen Strukturen wurden Kombinationen mehrerer hyperbolischer Paraboloide verwendet (Abb. 23, b, c)

Ein Nachtclub in Acapulco (Mexiko) wurde ebenfalls von F. Candela entworfen. In dieser Arbeit wurden 6 Hypars verwendet.

Die weltweite Baupraxis ist reich an Beispielen für verschiedene Formen von Hypars im Bauwesen.

6 Querrippen- und Querriegelabdeckungen

Kreuzrippendächer sind ein System aus Balken oder Fachwerken mit parallelen Gurten, die sich in zwei und manchmal auch in drei Richtungen kreuzen. Diese Beschichtungen ähneln in ihrer Leistung der Leistung einer Massivplatte. Durch die Schaffung eines Kreuzsystems wird es möglich, die Höhe von Fachwerken oder Balken auf 1/6-1/24 Spannweiten zu reduzieren. Es ist zu beachten, dass Kreuzsysteme nur für rechteckige Räume mit einem Seitenverhältnis von 1:1 bis 1,25:1 wirksam sind. Bei einer weiteren Erhöhung dieses Verhältnisses verliert die Struktur ihre Vorteile und verwandelt sich in ein konventionelles Balkensystem. Bei Kreuzsystemen ist es sehr vorteilhaft, Konsolen mit einer Reichweite von bis zu 1/5-1/4 Spannweite zu verwenden. Durch die rationelle Unterstützung von Querbelägen unter Ausnutzung der räumlichen Beschaffenheit ihrer Wirkung können Sie deren Nutzung optimieren und Beläge verschiedener Größen und Stützen aus den gleichen vorgefertigten Elementen der Fabrikproduktion bauen.

Bei Kreuzrippenbelägen beträgt der Abstand zwischen den Rippen 1,5 m bis 6 m. Kreuzrippenbeläge können aus Stahl, Stahlbeton oder Holz bestehen.

Querrippenabdeckungen aus Stahlbeton in Form von Senkkästen lassen sich bei Spannweiten bis zu 36 m sinnvoll einsetzen. Bei großen Spannweiten sollte auf den Einsatz von Stahl- oder Stahlbetonbindern ausgewichen werden.

Kreuzverkleidungen aus Holz bis zu 24 Größen × 24 m bestehen aus Sperrholz und Stangen mit Leim und Nägeln.

Ein Beispiel für die Verwendung von Querbindern kann das 1954 vom Architekten Van Der Rohe (USA) fertiggestellte Projekt der Kongresshalle in Chicago sein. Hallenbelagsmaß 219,5 × 219,5 m (Abb. 24, a).

Reis. 24 Querrippenverkleidungen aus Metall

Die Höhe der Halle bis zur Oberkante der Bauwerke beträgt 34 ​​m. Die Kreuzkonstruktionen bestehen aus Stahlfachwerken mit Parallelgurten und einer diagonalen Gitterhöhe von 9,1 m. Das gesamte Bauwerk ruht auf 24 Stützen (6 Stützen auf jeder Seite). Quadrat).

Im Ausstellungspavillon in Sokolniki (Moskau), der 1960 nach dem Mosproekt-Projekt erbaut wurde, wurde eine Kreuzbeschichtungsanlage mit einer Größe von 46 installiert × 46 m Aluminiumbinder, die von 8 Säulen getragen werden. Die Neigung der Binder beträgt 6 m, die Höhe beträgt 2,4 m. Das Dach besteht aus 6 m langen Aluminiumpaneelen (Abb. 24, b)

Das Institut VNIIZhelezobeton entwickelte zusammen mit TsNIIEPzhilishchi einen originellen Entwurf einer kreuzdiagonalen Abdeckung mit den Maßen 64 ×64 m, aus vorgefertigten Stahlbetonelementen. Die Decke ruht auf 24 Säulen, die an den Seiten eines 48 Quadratmeter großen Quadrats angeordnet sind × 48 m, und besteht aus einer Spannweite und einem Kragarmteil mit einer Ausladung von 8 m. Der Stützenabstand beträgt 8 m.

Dieser Entwurf fand seine Anwendung beim Bau des Möbelhauses am Lomonossowski-Prospekt in Moskau (Autoren A. Obraztsov, M. Kontridze, V. Antonov usw.). Die gesamte Verkleidung besteht aus 112 vorgefertigten massiven Stahlbetonelementen in Form eines I -Abschnitt mit einer Länge von 11,32 m und 32 gleichartigen Elementen mit einer Länge von 5,66 m (Abb. 25). Das umschließende Element der Beschichtung ist ein leichter vorgefertigter Isolierschild, auf den ein mehrschichtiger Abdichtungsteppich gelegt wird.

Stabräumliche Strukturen aus Metall sind eine Weiterentwicklung der flächigen Gitterstrukturen. Das Prinzip einer räumlichen Kernstruktur ist der Menschheit seit der Antike bekannt; es wurde in mongolischen Jurten und in den Hütten der Bewohner des tropischen Afrikas sowie in Fachwerkbauten des Mittelalters und in unserer Zeit – in den Bauwerken – angewendet eines Fahrrads, eines Flugzeugs, eines Krans usw.

Stabförmige Raumstrukturen sind in vielen Ländern der Welt weit verbreitet. Dies liegt an der Einfachheit ihrer Herstellung, der einfachen Installation und vor allem an der Möglichkeit einer industriellen Produktion. Unabhängig von der Form der räumlichen Kernstruktur lassen sich darin immer drei Arten von Elementen unterscheiden: Knoten, Verbindungsstäbe und Zonen. In einer bestimmten Reihenfolge miteinander verbunden, bilden diese Elemente flache Raumsysteme.

Zu den räumlichen Systemen von Stabtragwerken gehören:

Kernstrukturplatten (Abb. 26);

Netzschalen (zylindrische und konische Schalen, Transferschalen und Kuppeln) (Abb. 27).

Kernräumliche Strukturen können einzonig, zweizonig oder mehrzonig sein. Beispielsweise werden Strukturplatten mit zwei Gurten hergestellt, und Gitterkuppeln und zylindrische Schalen für normale Spannweiten werden mit Einzelgurten hergestellt.

Die Knoten und Verbindungsstäbe bilden den zwischen ihnen eingeschlossenen Raum (Zone). Zonen können die Form eines Tetraeders, Hexaeders (Würfels), Oktaeders, Dodekaeders usw. haben. Die Form der Zone kann dem Stabsystem Steifigkeit verleihen oder auch nicht. Beispielsweise sind Tetraeder, Oktaeder und Ikosaeder starre Zonen. Das Stabilitätsproblem bei einschichtigen Netzschalen ist mit der Möglichkeit des sogenannten „Einschnappens“ dieser Schalen wie bei dünnwandigen Schalen verbunden (Abb. 26).

Reis. 26 Metallstabkonstruktionen

Ecke ? kann deutlich unter hundert Grad liegen. Das Klicken selbst führt nicht zum Zusammenbruch der gesamten Netzstruktur; in diesem Fall erhält die Struktur eine andere stabile Gleichgewichtsstruktur.

Welche Knotenverbindungen bei Stabtragwerken zum Einsatz kommen, hängt von der Gestaltung des Stabsystems ab. So sollten bei einlagigen Mattenschalen Knotenverbindungen mit starrer Einklemmung der Stäbe in Richtung der Normalen zur Oberfläche verwendet werden, um ein „Abknicken“ der Knoten zu vermeiden, und bei Strukturplatten, wie allgemein bei Mehrgurtsystemen, Eine starre Verbindung der Stäbe in den Knoten ist nicht erforderlich. Die Gestaltung der Knotenverbindung hängt von der räumlichen Anordnung der Stäbe und den Möglichkeiten des Herstellers ab.

Die in der Weltpraxis am häufigsten verwendeten Stangenverbindungssysteme sind die folgenden:

Das „Meko“-System (Gewindeverbindung mit einem Formelement – ​​einer Kugel) hat sich aufgrund seiner einfachen Herstellung und Montage weit verbreitet (Abb. 28, c);

Ein „Space Deck“-System aus pyramidenförmigen, vorgefertigten Elementen, die in der Ebene des Obergurts durch Bolzen und in der Ebene des Untergurts durch Streben miteinander verbunden sind (Abb. 28, a);

Pleuel durch Schweißen mit ring- oder kugelförmigen Teilen (Abb. 28, b);

Pleuel mit gebogenen Zwickel an Bolzen usw. (Abb. 28, d); Kernplatten (Strukturplatten) haben die folgenden grundlegenden geometrischen Muster:

Doppelte Gürtelstruktur mit zwei Familien von Gürtelstangen;

Doppelte Gürtelstruktur mit drei Familien von Gürtelstangen;

Doppelte Gürtelstruktur mit vier Familien von Gürtelstangen.

Die erste Struktur ist die einfachste und heute am häufigsten verwendete Struktur. Es zeichnet sich durch die Einfachheit der Knotenverbindungen aus (nicht mehr als neun Stäbe treffen in einem Knoten zusammen) und eignet sich für die Abdeckung von Räumen mit rechteckigem Grundriss. Die Aufbauhöhe der Tragwerksplatte wird mit 1/20 ... 1/25 der Stützweite angenommen. Bei normalen Spannweiten bis 24 m beträgt die Höhe der Platte 0,96 ... 1,2 m. Wenn die Struktur aus Stäben gleicher Länge besteht, beträgt diese Länge 1,35 ... 1,7 m. Die Zellen der Strukturplatte mit Solche Abmessungen können mit herkömmlichen Dacheindeckungselementen (kalt oder isoliert) ohne zusätzliche Pfetten oder Schalungen abgedeckt werden. Bei großen Spannweiten der Platte ist es notwendig, Pfetten unter dem Dach zu installieren, da bei einer Spannweite von 48 m die Höhe der Platte etwa 1,9 m und die Länge der Stäbe etwa 2,7 m beträgt. Beispiele für die Die Verwendung von Strukturplatten bei der Konstruktion ist in Abb. dargestellt. 29. Zylindrische Netzschalen werden in Form von Stabnetzen mit identischen Zellen hergestellt (Abb. 27). Die einfachste zylindrische Netzschale wird durch Biegen eines flachen dreieckigen Netzes gebildet. aber mit einer rhombischen Maschenform kann leicht eine zylindrische Maschenschale erhalten werden. Bei diesen Schalen liegen die Knoten auf der Oberfläche mit unterschiedlichen Radien, was ebenso wie eine doppelte Krümmung die Tragfähigkeit der Schale erhöht. Dieser Effekt lässt sich auch bei einem Dreiecksstabgeflecht erzielen.

Reis. 28 Einige Arten von Knotenverbindungen in Stabkonstruktionen

Netzkuppeln mit doppelt gekrümmter Oberfläche bestehen üblicherweise aus Stäben unterschiedlicher Länge. ihre Form ist sehr vielfältig (Abb. 27, a). Geodätische Kuppeln, deren Schöpfer der Ingenieur Futtler (USA) ist, sind eine Struktur, bei der die Oberfläche der Kuppel in gleichseitige sphärische Dreiecke unterteilt ist, die entweder durch Stäbe unterschiedlicher Länge oder durch Platten unterschiedlicher Größe gebildet werden. Konische Netzschalen haben ein ähnliches Design wie Netzkuppeln, weisen jedoch eine geringere Steifigkeit auf. Ihre Vorteile sind eine versenkbare Oberfläche, die das Schneiden von Dachelementen erleichtert. Die geometrische Struktur von konischen Netzschalen kann auf den Formen regelmäßiger Polygone aufgebaut sein, wobei sich drei, vier oder fünf gleichseitige Dreiecke an der Spitze des Kegels treffen. Alle Stäbe des Systems haben die gleiche Länge, aber die Winkel in benachbarten horizontalen Gurten der Schale ändern sich. Weitere Formen von Gitterschalen sind in Abb. f 27, b, c, e dargestellt. Dacheindeckungen in räumlichen Stabkonstruktionen, wie z. B. Tragplatten, unterscheiden sich kaum von denen, die üblicherweise für Stahlkonstruktionen verwendet werden. Die Beschichtungen von Netzschalen einfacher und doppelter Krümmung werden unterschiedlich gelöst. Bei der Verwendung von leichten Wärmedämmstoffen erfüllen diese Beschichtungen in der Regel nicht die thermischen Anforderungen (im Winter kalt, im Sommer heiß). Als Wärmedämmung können wir das optimale Material empfehlen – Polystyrolschaum.

Es kann monolithisch (Gießdachmethode) oder vorgefertigt sein; es kann direkt in Formen gelegt werden, in denen vorgefertigte Dachelemente aus Stahlbeton hergestellt werden usw. Dieses Material ist leicht (Dichte 200 kg/m). 3), feuerbeständig und erfordert keinen Zementestrich. Es werden auch andere halbstarre und weiche synthetische Dämmstoffe verwendet.

Am vielversprechendsten ist derzeit die Verwendung von Dächern mit Mastixfarbe, da sie gleichzeitig das Problem der Wasserdichtigkeit und des Erscheinungsbilds von Bauwerken lösen, was besonders für Beschichtungen mit doppelter Krümmung wichtig ist. In unserem Land werden Mastix-Dächer verwendet. wird verwendet, was es ermöglicht, unterschiedliche Farbtöne des Daches zu erhalten (entwickeltes Forschungsprojekt Polymerdacheindeckung). Bei Konstruktionen, bei denen die Dachfläche nicht sichtbar ist, können Dachpappenteppiche oder synthetische Folien und Stoffe verwendet werden. Gute Ergebnisse werden durch die Verwendung von Dachpaketen aus gewellten Aluminiumblechen mit eingestanzter starrer synthetischer Isolierung erzielt.

Eine Dacheindeckung mit metallischen Reismaterialien ist wirtschaftlich nicht machbar. Über die Entwässerung der Dachfläche wird jeweils individuell entschieden.

5. Hängende (Schrägseil-)Konstruktionen

Im Jahr 1834 wurde das Drahtseil erfunden – ein neues Strukturelement, das aufgrund seiner bemerkenswerten Eigenschaften – hohe Festigkeit, geringes Gewicht, Flexibilität, Haltbarkeit – sehr breite Anwendung im Bauwesen gefunden hat. Im Bauwesen wurden zunächst Drahtseile eingesetzt tragende Strukturen Hängebrücken und verbreitete sich dann bei weitgespannten Hängebrücken.

Die Entwicklung moderner Schrägseilkonstruktionen begann Ende des 19. Jahrhunderts. Während des Baus der Nischni Nowgorod-Ausstellung im Jahr 1896 wurde der russische Ingenieur V.G. Schuchow war der erste, der eine räumlich wirkende Metallkonstruktion verwendete, bei der die Arbeit starrer Elemente beim Biegen durch die Arbeit flexibler Kabel unter Zug ersetzt wurde.

1 Hängebezüge

Hängende Abdeckungen werden an Gebäuden nahezu jeder Konfiguration verwendet. Das architektonische Erscheinungsbild von Bauwerken mit Hängedächern ist vielfältig. Zum Aufhängen von Belägen werden Drähte, Fasern, Stäbe aus Stahl, Glas, Kunststoff und Holz verwendet. Seit Beginn des Jahrhunderts wurden in unserem Land mehr als 120 Gebäude mit Hängedächern gebaut. Die Hauswissenschaft hat eine Theorie zur Berechnung schwebender Systeme und Strukturen mithilfe von Computern erstellt.

Derzeit gibt es Abdeckungen mit einer Spannweite von ca. 500 m. Bei abgehängten Abdeckungen werden ca. 5-6 kg Stahl pro 1 m an tragenden Elementen (Seilen) verbraucht. 2überdachter Bereich. Schrägseilkonstruktionen weisen einen hohen Bereitschaftsgrad auf und ihre Installation ist einfach.

Die Stabilität abgehängter Beläge wird durch die Stabilisierung (Vorspannung) flexibler Kabel (Kabel) gewährleistet. Eine Stabilisierung von Kabeln kann durch Belastung in Einzelgurtsystemen, Bildung von Doppelgurtsystemen (Kabelbinder) und Selbstspannung von Kabeln in Kreuzsystemen (Kabelnetz) erreicht werden. Abhängig von der Art der Stabilisierung einzelner Kabel können verschiedene Platten aus abgehängten Strukturen erstellt werden (Abb. 30, 1).

Abgehängte Abdeckungen mit einfacher Krümmung sind Systeme aus Einzelseilen und Doppelgurt-Schrägkabelsystemen. Das Einzelkabelsystem (Abb. 30, 1, a) ist eine tragende Mantelkonstruktion, die aus parallelen Elementen (Kabeln) besteht, die eine konkave Oberfläche bilden.

Zur Stabilisierung sind die Kabel dieses Systems vorkonfektioniert Stahlbetonplatten. Bei der Einbettung von Kabeln in die Mantelstruktur entsteht eine hängende Hülle. Die Größe der Zugkräfte in den Seilen hängt von ihrem Durchhang in der Mitte der Spannweite ab. Der optimale Durchhangwert beträgt 1/15–1/20 der Spannweite. Bei rechteckigen Gebäuden werden Schrägseilabdeckungen mit parallelen Einzelseilen eingesetzt. Durch die Platzierung der Aufhängepunkte der Kabel an der Stützkontur auf unterschiedlichen Ebenen oder durch unterschiedliche Durchbiegungen ist es möglich, eine Beschichtung mit Krümmung in Längsrichtung zu erzeugen, die eine äußere Entwässerung der Beschichtung ermöglicht. Ein Zweigurt-Schrägkabelsystem oder Kabelfachwerk besteht aus tragenden und stabilisierenden Kabeln mit unterschiedlichen Krümmungen. Die darauf befindlichen Beschichtungen können eine geringe Masse haben (40–60 kg/m). 2). Die Trag- und Stabilisierungsseile werden durch Rundstäbe oder Seilstreben miteinander verbunden. Der Vorteil von Zweigurt-Schrägseilsystemen mit Diagonalankern besteht darin, dass sie unter dynamischen Einflüssen sehr zuverlässig sind und eine geringe Verformung aufweisen. Der optimale Durchhang (Hub) der Kabelbindergurte beträgt für den Obergurt 1/17-1/20, für den Untergurt 1/20-1/25 Spannweite (Abb. 30, Abb. 1, c). In Abb. Abbildung 31 zeigt Beispiele für einfach gekrümmte Schrägseildächer. Schrägseilüberdeckungen mit doppelter Krümmung können durch ein System aus Einzelseilen und Doppelgurtsystemen sowie Kreuzsystemen (Seilnetz) dargestellt werden. Abdeckungen mit Einzelkabelsystemen werden am häufigsten in Räumen mit kreisförmigem Grundriss und radialer Kabelverlegung durchgeführt. Die Kabel sind mit einem Ende am komprimierten Stützring und mit dem anderen am gedehnten Zentralring befestigt (Abb. 30, Abb. 1, b). Die Möglichkeit der Montage in der Mitte des Trägers ist möglich. Doppelgurtsysteme werden ebenso akzeptiert wie Einfachkrümmungsböden.

Reis. 31 Beispiele für Schrägseilabdeckungen mit einfacher Krümmung

Bei Abdeckungen mit kreisförmigem Grundriss sind folgende Möglichkeiten für die relative Lage der Trag- und Stabilisierungsseile möglich: Die Seile divergieren oder konvergieren vom Mittelring zum Tragring, die Seile kreuzen sich, divergieren in der Mitte und am Umfang der Abdeckung (Abb. 30). Ein Kreuzsystem (Seilnetz) wird durch zwei sich kreuzende Familien paralleler Seile (tragend und stabilisierend) gebildet. Die Oberfläche der Beschichtung hat in diesem Fall eine Sattelform (Abb. 30, Abb. 1, d). Die Vorspannkraft in den Stabilisierungsseilen wird in Form konzentrierter Kräfte an den Kreuzungsknoten auf die Tragseile übertragen. Durch den Einsatz von Kreuzsystemen ist es möglich, verschiedene Formen von Schrägseilabdeckungen zu erhalten. Bei Schrägseilsystemen beträgt der optimale Wert für den Hubausleger der Stabilisierungsseile 1/12-1/15 der Spannweite und der Durchhang der Tragseile 1/25-1/75 der Spannweite. Der Aufbau solcher Beläge ist arbeitsintensiv. Es wurde erstmals 1950 von Matthew Nowitzky (North Carolina) verwendet. Das Kreuzsystem ermöglicht den Einsatz leichter Dacheindeckungen in Form von vorgefertigten Platten aus Leichtbeton oder Stahlbeton.

In Abb. Die Abbildungen 31 und 32 zeigen Beispiele für Schrägseildächer mit einfacher und doppelter Krümmung. Die Form der Schrägseilabdeckung und der Grundriss des abzudeckenden Bauwerks bestimmen die Geometrie der Tragkontur der Abdeckung und damit die Form der tragenden (tragenden) Strukturen. Bei diesen Konstruktionen handelt es sich um flache oder räumliche Rahmen (Stahl oder Stahlbeton) mit Regalen konstanter oder variabler Höhe. Elemente der Tragkonstruktion sind Querträger, Gestelle, Streben, Kabelstreben und Fundamente. Stützstrukturen muss die Platzierung von Ankerbefestigungen von Kabeln (Kabeln), die Übertragung von Reaktionen von Kräften in den Kabeln auf die Basis der Struktur und die Schaffung einer starren Stützkontur der Beschichtung sicherstellen, um Verformungen des Kabelsystems zu begrenzen.

Bei Eindeckungen mit rechteckigem oder quadratischem Grundriss liegen die Kabel (Kabelbinder) meist parallel zueinander. Die Schubübertragung kann auf verschiedene Arten erfolgen:

Durch starre Balken, die in einer flachen Abdeckung an den Endmembranen (massive Wände oder Strebepfeiler) angeordnet sind; die Zwischenpfosten nehmen nur einen Teil der vertikalen Kraftkomponenten in den Kabeln wahr (Abb. 33, c);

Übertragung von Schubkräften auf Rahmen, die in der Ebene der Seile liegen, mit Übertragung von Schubkräften direkt auf starre Rahmen oder Strebepfeiler, die aus gestreckten oder komprimierten Stäben (Gestellen, Streben) bestehen. Große Zugkräfte, die in den Streben von Rahmenpfeilern auftreten, werden durch spezielle Ankervorrichtungen im Boden in Form von massiven Fundamenten oder konischen (hohlen oder massiven) Stahlbetonankern aufgenommen (Abb. 33, b);

Die Kraftübertragung erfolgt am meisten über Schrägseile wirtschaftliche Weise Schubwahrnehmung; Abspannungen können an unabhängigen Pfosten und Ankerfundamenten befestigt oder mit mehreren Abspannungen pro Pfosten oder einer Ankervorrichtung kombiniert werden (Abb. 33, a).

Bei kreisförmigen Abdeckungen werden Kabel oder Kabelbinder strahlenförmig angeordnet. Wenn eine gleichmäßig verteilte Last auf die Ummantelung einwirkt, sind die Kräfte in allen Kabeln gleich und der äußere Stützring wird gleichmäßig komprimiert. In diesem Fall ist die Installation von Ankerfundamenten nicht erforderlich. Bei ungleichmäßiger Belastung können Biegemomente im Tragring auftreten, die berücksichtigt und übermäßige Momente vermieden werden müssen.

Bei kreisförmigen Abdeckungen kommen im Wesentlichen drei Möglichkeiten der Tragkonstruktion zum Einsatz:

Mit der Schubübertragung auf den horizontalen äußeren Stützring (Abb. 33, d);

Mit der Kraftübertragung in den Kabeln auf den geneigten Außenring (Abb. 33, d);

Mit der Schubübertragung auf geneigte Konturbögen ruhend

auf eine Reihe von Gestellen, die vertikale Kräfte aus der Beschichtung aufnehmen (Abb. 33, f, g).

Um die Kräfte in den Bögen aufzunehmen, ruhen ihre Fersen auf massiven Fundamenten oder sind mit Bändern festgebunden. Die Theorie zur Berechnung von Kabelbindern ist inzwischen weitestgehend ausgereift, es gibt Arbeitsformeln und Computerprogramme.

2 Abgehängte Schrägseilkonstruktionen

Im Gegensatz zu anderen Arten von abgehängten Abdeckungen befinden sich bei abgehängten Abdeckungen die tragenden Kabel oberhalb der Dachoberfläche.

Das Tragsystem abgehängter Beläge besteht aus Seilen mit vertikaler oder geneigter Aufhängung, die entweder Lichtträger oder direkt die Belagplatten tragen.

Die Kabel werden an in Längs- und Querrichtung verspannten Gestellen befestigt.

Abgehängte Decken können jede geometrische Form haben und aus beliebigen Materialien bestehen.

Bei abgehängten Schrägseilkonstruktionen können tragende Pfosten ein-, zwei- oder mehrreihig in Längs- oder Querrichtung angeordnet sein (Abb. 34).

Bei der Installation von abgehängten Schrägseilkonstruktionen können Sie anstelle von Abspannseilen freitragende Verlängerungen von Abdeckungen verwenden, die die Spannung in den Kabeln ausgleichen.

Mehrere Beispiele aus der Baupraxis.

Ein Hängedach mit transparentem Kunststoffdach wurde erstmals 1949 über einem Busbahnhof in Mailand (Italien) errichtet. Die geneigte Abdeckung wird über ein Seilsystem an geneigten Stützpfosten aufgehängt. Das Gleichgewicht wird durch spezielle Spannvorrichtungen erreicht, die an den Rändern der Bespannung angebracht sind.

Abgehängte Abdeckung des Olympiastadions in Squawley (USA). Das Stadion bietet 8.000 Zuschauern Platz. Seine Abmessungen im Plan 94,82 × 70,80 m. Die abgehängte Abdeckung besteht aus acht Paaren geneigter Kastenträger mit variablem Querschnitt, die von Kabeln getragen werden. Die Kabel werden von 2 Reihen von Gestellen getragen, die im Abstand von 10,11 m installiert sind. Entlang der Balken sind Pfetten verlegt, entlang dieser liegen 3,8 m lange Kastenplatten. Die Tragkabel – Kabel haben einen Durchmesser von 57 mm. Beim Entwurf von Hängekonstruktionen kommt es vor allem darauf an, die Hängekonstruktionen vor Korrosion im Freien zu schützen und die Knotenpunkte für den Durchgang der Hängekonstruktionen durch das Dach zu lösen. Hierzu empfiehlt es sich, verzinkte Seile mit geschlossenem Profil oder Profilstahl zu verwenden, die zur regelmäßigen Inspektion und Lackierung zur Vermeidung von Korrosion zur Verfügung stehen.

3 Abdeckungen mit starren Kabeln und Membranen

Ein starres Kabel ist eine Reihe von Stabelementen aus Profilmetall, die gelenkig miteinander verbunden sind und bei Befestigung der Extrempunkte an den Stützen einen frei durchhängenden Faden bilden. Die Verbindung starrer Kabel untereinander und mit Tragkonstruktionen erfordert weder den Einsatz komplexer Ankervorrichtungen noch hochqualifizierte Arbeitskräfte.

Der Hauptvorteil dieser Beschichtung war die hohe Beständigkeit gegen Windsog und Flattern (Biege-Drehschwingungen) ohne den Einbau spezieller Windanschlüsse und Vorspannungen. Dies wurde durch den Einsatz starrer Kabel und eine Erhöhung der Dauerbelastung der Beschichtung erreicht.

Hängeschalen aus verschiedenen Reismaterialien (Stahl, Aluminiumlegierungen, synthetische Stoffe usw.) werden üblicherweise Membranen genannt. Membranen können im Werk hergestellt und in Rollen gerollt auf die Baustelle geliefert werden. Ein Strukturelement vereint tragende und umschließende Funktionen.

Die Wirksamkeit von Membraneindeckungen erhöht sich, wenn statt schwerer Dächer und Sondergewichte eine Vorspannung zur Erhöhung der Steifigkeit eingesetzt wird. Der Durchhang von Membranbelägen wird mit 1/15–1/25 der Spannweite angenommen.

Entlang der Kontur ist die Membran an einem Tragring aus Stahl oder Stahlbeton aufgehängt.

Die Membran wird für jede geometrische Grundrissform verwendet. Für Membranen auf rechteckigem Grundriss wird eine zylindrische Beschichtungsfläche verwendet, auf rundem Grundriss - sphärisch oder konisch (die Spannweite ist auf 60 m begrenzt).

4 Kombinierte Systeme

Bei der Planung von Tragwerken mit großer Spannweite gibt es Gebäude, bei denen es ratsam ist, eine Kombination aus einem einfachen Strukturelement (z. B. Balken, Bögen, Platten) mit einem gespannten Seil zu verwenden. Einige Platten mit kombiniertem Design sind seit langem bekannt. Hierbei handelt es sich um Fachwerkkonstruktionen, bei denen der Gurtträger auf Druck arbeitet und der Metallstab oder das Kabel Zugkräfte aufnimmt. Bei komplexeren Bauwerken wurde es möglich, den Tragwerksentwurf zu vereinfachen und dadurch einen wirtschaftlichen Effekt im Vergleich zu herkömmlichen Bauwerken mit großer Spannweite zu erzielen. Beim Bau des Zenit-Sportspielpalastes in Leningrad kam ein gewölbtes Kabelfachwerk zum Einsatz. Das Gebäude hat einen rechteckigen Grundriss und die Abmessungen 72 × 126 M. tragender Rahmen Diese Halle ist in Form von zehn Querrahmen mit einer Teilung von 12 m und zwei Fachwerk-Stirnwänden konzipiert. Jeder der Rahmen bestand aus einem Block aus zwei geneigten V-förmigen Säulenstreben, vier Säulenstreben und zwei Bogenkabelbindern. Die Breite jedes Blocks beträgt 6 m. Die Stützen aus Stahlbeton sind im Sockel eingespannt und grenzen gelenkig an das Bogenseilfachwerk an. Die Abspannsäulen oben und unten sind klappbar. Der Ausgleich der Schubkräfte erfolgt hauptsächlich in der Beschichtung selbst. Dieses System schneidet im Vergleich zu reinen Schrägseilkonstruktionen gut ab, die auf einem rechteckigen Grundriss die Installation von Abspannungen, Strebepfeilern oder anderen speziellen Vorrichtungen erfordern. Durch die Vorspannung der Seile werden die Momente im Bogen, die bei bestimmten Belastungsarten entstehen, deutlich reduziert.

Der Querschnitt des Stahlbogens ist ein I-Träger mit einer Höhe von 900 mm. Die Wanten bestehen aus Seilen geschlossener Typ mit Füllankern.

Zur Abdeckung von neun Abschnitten mit den Grundrissabmessungen 12 wurde eine mit Fachwerken verstärkte Stahlbetonplatte verwendet × 12 m Kaufhaus in Kiew. Der Obergurt jeder Zelle des Systems besteht aus neun Platten unterschiedlicher Größe 4×4 m. Der Untergurt besteht aus gekreuzten Bewehrungsstäben. Diese Stangen sind an den diagonalen Rippen der Eckplatten angelenkt, wodurch die Kräfte des Systems darin fixiert werden können und nur die vertikale Last auf die Säule übertragen wird.

5 Strukturelemente und Details von Schrägseilabdeckungen

Drahtseile (Seile). Das Hauptkonstruktionsmaterial der Schrägseilabdeckungen besteht aus kaltgezogenem Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,5 bis 6 mm und einer Zugfestigkeit von bis zu 220 kg/mm 2. Es gibt verschiedene Arten von Kabeln:

Spiralkabel (Abb. 35, 1, a), bestehend aus einem zentralen Draht, auf dem mehrere Reihen runder Drähte nacheinander spiralförmig nach links und rechts gewickelt sind;

Mehradrige Kabel (Abb. 35, Abb. 1, b), bestehend aus einem Kern (Hanfseil oder Drahtlitze), auf dem Drahtlitzen in einer Richtung oder über Kreuz gewickelt sind (die Litzen können spiralförmig gedreht sein). ) In diesem Fall wird das Kabel als spiralverseiltes Kabel bezeichnet.

Geschlossene oder halbgeschlossene Kabel (Abb. 35, Abb. 1, c, d), bestehend aus einem Kern (z. B. in Form eines Spiralkabels), um den Reihen geformter Drähte gewickelt sind, um deren festen Sitz zu gewährleisten (Bei einer halbgeschlossenen Lösung verfügt das Kabel über einreihige Wicklungen aus runden und geformten Drähten);

Kabel (Bündel) aus parallelen Drähten (Abb. 35, Abb. 1, e), die einen rechteckigen oder vieleckigen Querschnitt haben und über bestimmte Entfernungen miteinander verbunden oder in einer gemeinsamen Hülle eingeschlossen sind;

Flachbandkabel (Abb. 35, Abb. 1, e), bestehend aus einer Reihe verdrillter Kabel (meist vieradrig) mit abwechselnder Rechts- oder Linksdrehung, verbunden durch Einzel- oder Doppelnaht mit Draht oder dünnen Drahtlitzen, erfordern Zuverlässigkeit Schutz vor Korrosion. Folgende Methoden zum Korrosionsschutz von Kabeln sind möglich: Verzinken, Anstriche oder Schmiermittel, Ummantelung mit Kunststoffmantel, Ummantelung mit Reisstahlmantel mit Einspritzung von Bitumen oder Zementmörtel in den Mantel, Betonbeschichtung.

Die Enden der Kabel müssen so gefertigt sein, dass die Festigkeit des Endes nicht geringer ist als die Festigkeit des Kabels und die Übertragung von Kräften vom Kabel auf andere Strukturelemente. Die traditionelle Art der Endbefestigung von Kabeln ist eine Schlaufe mit Geflecht (Abb. 35, Abb. 2, a), bei der sich das Kabelende in Litzen auflöst, die in das Kabel eingewebt werden. Um eine gleichmäßige Kraftübertragung in der Verbindung zu gewährleisten, wird eine Kausche in die Schlaufe eingelegt. Entlang der Länge sind die Kabel bis auf geschlossene Verbindungen ebenfalls mit Geflecht gespleißt. Anstelle von Flechten werden häufig Klemmverbindungen zum Befestigen und Spleißen von Kabeln verwendet:

Einpressen beider Kabelzweige mit Schlaufenbefestigung in eine ovale Kupplung aus Leichtmetall, deren Innenmaße dem Durchmesser des Kabels entsprechen (Abb. 35, Abb. 2, b);

Schraubverbindungen, bei denen das Ende des Kabels in Litzen entwirrt wird, die um eine Stange mit Schraubgewinde gelegt und dann in eine Leichtmetallkupplung gedrückt werden (Abb. 35, Abb. 2, c);

Befestigung mittels Klemmen (Abb. 35, Abb. 2, e, j), die bei gespannten Kabelseilen nicht zu empfehlen sind, da sie mit der Zeit schwächer werden;

Befestigung von Kabeln mit Metallfüllung (Abb. 35, Abb. 2, f, g), wenn das Ende des Kabels entwirrt, gereinigt, entfettet und in den konischen Innenhohlraum einer speziellen Kupplungsspitze gelegt wird, und dann die Kupplung wird mit geschmolzenem Blei oder einer Blei-Zink-Legierung gefüllt (Betonfüllung ist möglich);

Keilbefestigungen von Kabeln, die im Bauwesen selten verwendet werden;

Spannschlösser (Abb. 35, Abb. 2, d), dienen dazu, die Länge der Kabel während der Installation anzupassen und vorzuspannen. Ankereinheiten dienen dazu, Kräfte in den Kabeln aufzunehmen und an tragende Strukturen weiterzuleiten. In vorgespannten Schrägkabelbelägen werden sie auch zur Vorspannung von Kabeln eingesetzt. In Abb.e 35, Abb. 2 und zeigt die Verankerung eines Radialseils einer kreisförmigen Schrägseilabdeckung in einem komprimierten Tragring. Um die freie Beweglichkeit des Kabels bei Änderung seines Neigungswinkels zu gewährleisten, sind im Tragring und der angrenzenden Mantelhülle konische, mit Bitumen gefüllte Hülsen eingebaut. Der starre Stützring und die flexible Hülle sind durch eine Dehnungsfuge getrennt.

Beschichtungen und Dächer verwenden je nach Art des Schrägseilsystems einen schweren oder leichten Beschichtungsaufbau.

Schwere Eindeckungen bestehen aus Stahlbeton. ihr Gewicht erreicht 170-200 kg/m 2Für vorgefertigte Beläge werden Flach- oder Rippenplatten in rechteckiger oder trapezförmiger Form verwendet. Fertigteilplatten werden in der Regel zwischen Seilen aufgehängt und die Nähte zwischen den Platten werden verfugt.

Leichte Beschichtungen mit einem Gewicht von 40–60 kg/m 2meist aus großformatigen Stahl- oder Aluminiumprofilblechen, die bei fehlender oder von unten angebrachter Wärmedämmung gleichzeitig als tragende Elemente von Zaun und Dach dienen. Bei der Anbringung einer Wärmedämmung auf den Paneelen ist die Anbringung einer zusätzlichen Dacheindeckung erforderlich. Es empfiehlt sich, leichte Beschichtungen aus Leichtmetallplatten herzustellen, wobei die Isolierung im Inneren der Platten angebracht ist.

6. Transformierbare und pneumatische Abdeckungen

1 Wandelbare Beläge

Transformierbare Beschichtungen sind Beschichtungen, die einfach montiert, an einen neuen Standort transportiert und sogar vollständig durch eine neue Designlösung ersetzt werden können.

Die Gründe für die Entwicklung solcher Strukturen in der Architektur moderner öffentlicher Gebäude sind vielfältig. Dazu gehören: die rasche Veralterung der Funktionen von Bauwerken, das Aufkommen neuer leichter und langlebiger Baumaterialien, die Tendenz der Menschen, sich der Umwelt anzunähern, die taktvolle Einbindung von Bauwerken in die Landschaft und schließlich die wachsende Zahl von Gebäuden für vorübergehende Zwecke oder für den unregelmäßigen Aufenthalt von Personen darin.

Um leichte vorgefertigte Strukturen zu schaffen, war es zunächst notwendig, auf umschließende Strukturen aus Stahlbeton, Stahlbeton, Stahl, Holz zu verzichten und auf leichte Stoff- und Folienabdeckungen umzusteigen, die die Räumlichkeiten vor Witterungseinflüssen (Regen, Schnee) schützen , Sonne und Wind), lösen jedoch psychologische Probleme fast nicht bequem: Zuverlässigkeit des Schutzes vor schlechtem Wetter, Haltbarkeit, Wärmedämmfunktion usw. Die tragenden Funktionen transformierbarer Strukturen werden mit verschiedenen Techniken ausgeführt. Dementsprechend lassen sie sich in drei Hauptgruppen einteilen: thermische Abdeckungen, pneumatische Strukturen und transformierbare starre Systeme.

2 Zelt- und pneumatische Strukturen

Zeltpneumatikkonstruktionen sind im Wesentlichen Membranabdeckungen, die umschließenden Funktionen werden jedoch von Stoff- und Folienmaterialien übernommen, die tragenden Funktionen werden durch Systeme aus Seilen und Masten oder starren Rahmenkonstruktionen ergänzt. Bei pneumatischen Konstruktionen übernimmt Luft oder ein anderes leichtes Gas die tragende Funktion. Pneumatik- und Markisenkonstruktionen gehören zur Klasse der Softshells und können beliebig geformt werden. Ihre Besonderheit ist die Fähigkeit, ausschließlich Zugkräfte wahrzunehmen. Zur Verstärkung von Weichschalen werden Stahlseile verwendet, die aus korrosionsbeständigem Stahl oder Normalstahl mit Polymerbeschichtung bestehen. Vielversprechend sind Kabel aus Kunst- und Naturfasern.

Abhängig von den verwendeten Materialien lassen sich Softshells in zwei Haupttypen einteilen:

Isotrope Schalen (aus Metallreis und -folie, aus Film und Reis aus Kunststoff oder Gummi, aus nicht orientiertem Fasermaterialien);

Anisotrope Schalen (aus Stoffen und verstärkten Folien, aus Draht- und Kabelgeflechten mit mit Folien oder Stoffen gefüllten Zellen).

Softshells gibt es je nach Bauart in folgenden Varianten:

Pneumatische Strukturen sind weiche, geschlossene Schalen, die durch überschüssigen Luftdruck stabilisiert werden (sie werden wiederum in pneumatische Rahmen, pneumatische Paneele und luftgestützte Strukturen unterteilt);

Markisenbespannungen, bei denen die Formstabilität durch eine entsprechende Wahl der Flächenkrümmung gewährleistet ist (keine Tragseile vorhanden);

Schrägseilzelte werden in Form von weichen Schalen mit einfacher und doppelter Krümmung präsentiert, die auf der gesamten Oberfläche und an den Rändern durch ein System von Kabeln (Kabelseilen) verstärkt sind, die in Verbindung mit der Zeltschale wirken.

Schrägseilabdeckungen verfügen über eine Haupttragkonstruktion in Form eines Systems aus Seilen (Kabeln) mit Reis-, Gewebe- oder Folienfüllung für die Kabelnetzzellen, das nur lokale Kräfte aufnimmt und in erster Linie die Funktionen eines Zauns übernimmt.

Pneumatische Strukturen erschienen im Jahr 1946. Pneumatische Strukturen sind Weichschalen, deren Vorspannung durch eingepumpte Luft erreicht wird. Die Materialien, aus denen sie hergestellt werden, sind luftdichte Stoffe und verstärkte Folien. Sie verfügen über eine hohe Zugfestigkeit, sind jedoch keinerlei Belastungen gewachsen. Die vollständige Nutzung der strukturellen Eigenschaften des Materials führt zur Bildung verschiedener Formen, aber jede dieser Formen muss bestimmten Gesetzen unterliegen. Falsch gestaltete pneumatische Konstruktionen machen den Fehler des Architekten durch die Bildung von Rissen und Falten sichtbar, die die Form verzerren oder an Stabilität verlieren.

Daher ist es bei der Schaffung von Formen pneumatischer Strukturen sehr wichtig, innerhalb bestimmter Grenzen zu bleiben, die aufgrund der Natur von Weichschalen, die durch den inneren Luftdruck beansprucht werden, nicht überschritten werden können.

IN verschiedene Länder Auch in unserem Land wurden Dutzende pneumatischer Bauwerke errichtet für verschiedene Zwecke. In der Industrie werden sie für verschiedene Arten von Lagerbauten verwendet, in der Landwirtschaft werden Viehfarmen gebaut, im Tiefbau werden sie für temporäre Räumlichkeiten verwendet: Ausstellungshallen, Einkaufs- und Unterhaltungsmöglichkeiten sowie Sportanlagen.

Pneumatische Strukturen werden in luftunterstützte, luftführende und kombinierte Strukturen eingeteilt. Luftunterstützte pneumatische Strukturen sind Systeme, in denen ein Luftüberdruck im Tausendstelbereich einer Atmosphäre entsteht. Dieser Druck ist für den Menschen praktisch nicht spürbar und wird durch Niederdruckventilatoren oder Gebläse aufrechterhalten. Ein luftgestütztes Gebäude besteht aus folgenden Strukturelementen: einer flexiblen Gewebe- oder Kunststoffhülle, Ankervorrichtungen zur Luftzufuhr und Aufrechterhaltung einer konstanten Druckdifferenz. Die Dichtheit der Struktur wird durch die Luftdichtheit des Schalenmaterials und die dichte Verbindung mit der Basis gewährleistet. Die Eingangsschleuse verfügt über zwei abwechselnd öffnende Türen, was den Luftverbrauch während des Betriebs der Hülle reduziert. Die Basis der Luftstützstruktur ist ein mit Wasser oder Sand gefülltes Konturrohr aus weichem Material, das direkt auf der eingeebneten Fläche liegt. In mehr Kapitalstrukturen kontinuierlich Betonsockel, auf dem die Schale befestigt ist. Die Möglichkeiten zur Befestigung der Schale an der Basis sind vielfältig.

Die einfachste Form luftgestützter Strukturen ist eine Kugelkuppel, bei der die Spannung durch den inneren Luftdruck an allen Punkten gleich ist. Zylindrische Schalen mit kugelförmigen Enden und toroidale Schalen haben eine weite Verbreitung gefunden. Die Form lufttragender Granaten wird durch ihren Grundriss bestimmt. Die Abmessungen lufttragender Strukturen werden durch die Festigkeit der Materialien begrenzt.

Zur Verstärkung kommt ein System aus Entladeseilen oder -netzen sowie innenliegenden Abspannseilen zum Einsatz. Zu den luftführenden Bauwerken zählen solche pneumatischen Bauwerke, bei denen in den abgedichteten Hohlräumen der tragenden Elemente pneumatischer Rahmen ein Luftüberdruck entsteht. pneumatische Rahmen können in Form von Bögen oder Rahmen bestehend aus gebogenen oder geraden Elementen dargestellt werden.

Konstruktionen, deren Rahmen Bögen oder Rahmen sind, werden mit einer Markise abgedeckt oder durch Markiseneinsätze verbunden. Bei Bedarf wird die Struktur mit Kabeln oder Seilen stabilisiert. Die geringe Tragfähigkeit des pneumatischen Rahmens führt manchmal dazu, dass die pneumatischen Bögen nahe beieinander platziert werden müssen. Gleichzeitig erhält die Struktur eine neue Qualität, die als besondere Art luftführender Strukturen angesehen werden kann – pneumatische Plattenkonstruktionen. Ihr Vorteil ist die Kombination aus tragender und umschließender Funktion, hoher thermischer Leistung und erhöhter Stabilität. Eine andere Art ist eine pneumatische Linsenbeschichtung, die aus zwei Schalen besteht, und in den Raum dazwischen wird unter Druck stehende Luft zugeführt. Man kann nicht umhin, über Stahlbetonschalen zu sprechen, die mit pneumatischen Schalen errichtet wurden. Dazu wird frische Betonmischung entlang der pneumatischen Schalenfolie auf einen am Boden liegenden Bewehrungskorb gelegt. Der Beton wird mit einer Folienschicht bedeckt, und der auf dem Boden ausgelegten pneumatischen Hülle wird Luft zugeführt, die zusammen mit dem Beton in die Sollposition aufsteigt, wo der Beton an Festigkeit gewinnt. Auf diese Weise können Kuppelbauten, flache Schalen mit flachen Konturen und andere Formen von Überdachungen entstehen.

Transformierbare starre Systeme. Bei der Planung öffentlicher Gebäude ist es manchmal erforderlich, die Abdeckung zu verlängern und bei schlechtem Wetter zu schließen. Das erste Bauwerk dieser Art war die Dachkuppel über dem Stadion in Pittsburgh (USA). Die entlang der Führungen gleitenden Kuppelklappen wurden mithilfe von Elektromotoren durch zwei Klappen bewegt, die starr in einem Stahlbetonring befestigt waren und in einer speziellen Dreiecksform über dem Stadion auskragten. Das Moskauer Architekturinstitut hat mehrere Optionen für umwandelbare Abdeckungen entwickelt, insbesondere eine faltbare Kreuzabdeckung mit einer Grundrissgröße von 12 × 12 m und einer Höhe von 0,6 m aus rechteckigen Stahlrohren. Die Faltkreuzkonstruktion besteht aus zueinander senkrechten flachen Gitterbindern. Die Traversen einer Richtung sind durchgehend starr, die Traversen der anderen Richtung bestehen aus Verbindungen, die im Raum zwischen den starren Traversen angeordnet sind.

Am Institut werden auch verschiebbare Gitter-Raumabdeckungsstrukturen entwickelt. Bezugsgröße 15 × 15 m hoch, 2 m hoch, in Form von zwei auf den Ecken ruhenden Platten gestaltet. Das Schiebegitter ist in Form eines Strebensystems ausgeführt, bestehend aus Paaren sich kreuzender Eckprofilstäbe, die an den Kreuzungspunkten der Knotenteile gelenkig verbunden sind und die Enden der Streben gelenkig verbinden. Im zusammengeklappten Zustand für den Transport misst die Struktur 1,4 × 1,4 × 2,9 m und einer Masse von 2,0 Tonnen. Darüber hinaus ist sein Volumen 80-mal kleiner als das Design.

Elemente pneumatischer Strukturen. Luftgestützte Strukturen umfassen als notwendige Strukturelemente: die Hülle selbst, Ankervorrichtungen zur Befestigung der Struktur am Boden, Befestigung der Hülle selbst an der Basis, Eingangs- und Ausgangsschleusen, Systeme zur Aufrechterhaltung eines überschüssigen Luftdrucks, Belüftungssysteme, Beleuchtung usw.

Muscheln können verschiedene Formen haben. Die einzelnen Schalenstreifen werden vernäht oder verklebt. Wenn lösbare Verbindungen erforderlich sind, verwenden Sie Reißverschlüsse, Schnürungen usw. Ankervorrichtungen, die das Gleichgewicht des Systems gewährleisten, können in Form von Ballastgewichten (vorgefertigte und monolithische Betonelemente, Ballastsäcke und -behälter, Wasserschläuche usw.), Ankern (Schraubanker mit einem Durchmesser von 100–350 mm), Spreiz- und Zweischalenanker, Ankerpfähle und -platten) oder dauerhafte Konstruktionen des Bauwerks. Die Befestigung der Schale an der Basis der Struktur erfolgt entweder über Klemmteile oder Ankerschlaufen oder über Ballastsäcke und Kabel. Eine starre Halterung ist zuverlässiger, aber weniger wirtschaftlich.

Praxis der Verwendung luftunterstützter pneumatischer Strukturen. Die Idee, „Luftzylinder“ zur Abdeckung von Räumen zu verwenden, wurde bereits 1917 von W. Lanchester vorgebracht. Pneumatische Konstruktionen wurden erstmals 1945 von der Firma Bearder (USA) zur Abdeckung unterschiedlichster Bauwerke (Ausstellungshallen, Werkstätten, Getreidespeicher, Lagerhäuser, Schwimmbäder, Gewächshäuser usw.) eingesetzt. Die größten halbkugelförmigen Schalen dieser Firma hatten einen Durchmesser von 50-60 m. Die ersten pneumatischen Strukturen zeichneten sich durch Formen aus, die nicht von den Anforderungen der architektonischen Ausdruckskraft, sondern von Überlegungen zur einfachen Zuschnittbarkeit der Platten bestimmt wurden. In der Zeit seit der Installation der ersten pneumatischen Kuppel haben sich pneumatische Strukturen schnell und weit verbreitet in allen Ländern der Welt mit einer entwickelten Polymerchemie-Industrie.

Die kreative Fantasie der Architekten, die sich pneumatischen Bauten zuwandten, suchte jedoch nach neuen Formen. 1960 tourte eine Wanderausstellung unter einer pneumatischen Hülle durch mehrere südamerikanische Hauptstädte. Es wurde vom Architekten Victor Landi entworfen, der bis heute als Pionier der pneumatischen Architektur gelten sollte, da er versuchte, die Form nicht nur mit der Funktion des Bauwerks, sondern auch mit dem allgemeinen architektonischen Konzept in Einklang zu bringen. Und tatsächlich hatte das Gebäude eine interessante, spektakuläre Form und zog die Aufmerksamkeit der Besucher auf sich (Abb. 36). Gebäudelänge 92 m, maximale Breite 38 m, Höhe 16,3 m. Gesamtüberdachte Fläche 2500 m2 .

Interessant ist dieser Aufbau auch deshalb, weil die Bespannung durch zwei Stoffschalen gebildet wird. Um den Abstand zueinander konstant zu halten, wurde eine Abstufung des Innendrucks verwendet. Jede der Schalen verfügt über unabhängige Injektionsquellen. Der Raum zwischen Außen- und Innenschale ist in acht Kompartimente unterteilt, um die Tragfähigkeit der Schale im Falle eines lokalen Bruchs der Schale sicherzustellen. Der Luftspalt zwischen den Schalen ist eine gute Isolierung gegen solare Überhitzung, was den Verzicht auf Kühleinheiten ermöglichte. An den Enden der Hülle sind starre Rahmen angebracht, in die Drehtüren für den Zutritt der Besucher eingebaut sind. An die Membranen schließen sich Eingangsüberdachungen in Form starker Luftgewölbe an. Diese Gewölbe dienen der Installation von zwei temporären flexiblen Membranen, die eine Luftschleuse bilden, wenn sperrige Exponate und Geräte in den Pavillon gebracht werden.

Die Form der Struktur und die Verwendung von Stoffhüllen sorgen für gute Ergebnisse Akustische Bedingungen. Das Gesamtgewicht der Konstruktion inklusive aller Metallteile (Türen, Gebläse, Befestigungen etc.) beträgt 28 Tonnen. Während des Transports nimmt das Gebäude ein Volumen von 875 m ein 3und passt in einen Eisenbahnwaggon. Der Bau des Bauwerks erfordert 3-4 Arbeitstage mit 12 Arbeitern. Die gesamte Installation erfolgt am Boden ohne Einsatz von Kranausrüstung. Die Hülle füllt sich in 30 Minuten mit Luft und ist für Windlasten von bis zu 113 km/h ausgelegt. Der Autor des Pavillonprojekts ist der Architekt V. Landi.

Die Weltraumfunkstation in Raisting (Deutschland), gebaut nach dem Entwurf des Ingenieurs W. Baird (USA) im Jahr 1964 verfügt über eine Softshell mit einem Durchmesser von 48 m aus zweilagigem Dacron-Gewebe, das mit Hypalon beschichtet ist. Die Stoffbahnen der Lagen stehen in einem Winkel von 45 Grad zueinander,

Dies verleiht der Schale eine gewisse Schersteifigkeit. Der Innendruck in der Hülle kann im Bereich von 37–150 mm Wassersäule liegen (Abb. 36). Der Fuji-Ausstellungspavillon auf der Weltausstellung in Osaka (1970) wurde vom Architekten Murata entworfen und ist ein Beispiel für eine Baulösung mit fortschrittlichen technischen Lösungen. Die Abdeckung des Pavillons besteht aus 16 Luftschlauchbögen mit einem Durchmesser von 4 m und einer Länge von jeweils 72 m, die über 5,0 m miteinander verbunden sind. Ihre Außenfläche ist mit Neoprengummi bedeckt. Der Überdruck in gewölbten Ärmeln beträgt 0,08–0,25 atm. Zwischen jeweils zwei Bögen werden zwei gespannte Stahlseile verlegt, um das gesamte Bauwerk zu stabilisieren (Abb. 37).

Der Architekt V. Lundy und der Ingenieur Baird entwarfen für die New Yorker Weltausstellung 1964 mehrere pneumatische Kuppeln zur Unterbringung von Restaurants. Die Kuppeln waren in Form einer Pyramide oder einer Kugel angeordnet. Panzer aus bunten Folien hatten ein traumhaft elegantes Aussehen.

Die 1959 vom Ingenieur W. Brand gefertigte Hülle des Sommertheaters in Boston (USA) ist eine kreisscheibenförmige Hülle mit einem Durchmesser von 43,5 m und einer Höhe in der Mitte von 6 m. In der ist ein Kabel eingebettet Rand der Schale, der punktuell am Tragring aus Stahlprofilen befestigt ist. Der überschüssige Innenluftdruck in der Hülle wird durch zwei kontinuierlich arbeitende Gebläse aufrechterhalten und beträgt 25 mm Wassersäule. Rohbaugewicht 1,22 kg/m 2. Für den Winter wird die Abdeckung entfernt.

Pavillon auf der Landwirtschaftsausstellung in Lausanne (Schweiz). Der Autor des Projekts ist F. Otto (Stuttgart), die Firma „Stromeyer“ (Deutschland). Die Abdeckung in Form von „Segeln“ in hyperbolischer Parabolform ist eine Hülle aus verstärkter Polyvinylchloridfolie, verstärkt durch ein System sich kreuzender vorgespannter Kabel, die an 16,5 m hohen Ankern und Stahlmasten befestigt sind. Die Spannweite beträgt 25 m (Abb. 38, a). Offenes Publikum auf der Landwirtschaftsausstellung in Markkleeberg (DDR). Autoren: Verein „Devag“, Bauer (Leipzig), Rühle (Dresden). Gefaltete Bespannung in Form eines Systems aus vorgespannten Drahtseilen mit einem Durchmesser von 8, 10 und 15 mm mit dazwischen gespanntem Mantel. Die Abdeckung ist an 16 flexiblen Stahlpfosten aufgehängt und mit Abspanndrähten an 16 Ankerbolzen befestigt. Die Abdeckung ist als Schrägseilkonstruktion für einen Winddruck und eine Neigung von 60 kg/m ausgelegt 2(Abb. 38) Die Geschichte der jahrhundertealten Entwicklung der Weltbaukunst zeugt von der großen Rolle, die räumliche Strukturen in öffentlichen Gebäuden spielen. In vielen herausragenden Architekturwerken sind räumliche Strukturen ein integraler Bestandteil und fügen sich organisch zu einem Ganzen. Die Bemühungen von Wissenschaftlern, Designern und Bauherren sollten darauf abzielen, Strukturen zu schaffen, die vielfältige Möglichkeiten eröffnen Funktionelle Organisation Gebäude, um Designlösungen nicht nur aus technischer Sicht, sondern auch im Hinblick auf die Verbesserung ihrer architektonischen und künstlerischen Qualitäten zu verbessern. Das gesamte Problem muss umfassend gelöst werden, angefangen bei der Untersuchung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften neuer Materialien bis hin zu Fragen der Innenzusammensetzung. Dies wird es Architekten und Ingenieuren ermöglichen, sich der Lösung der Hauptaufgabe zu nähern – dem Massenbau funktional und strukturell gerechtfertigter, wirtschaftlicher und architektonisch ausdrucksstarker öffentlicher Gebäude und Bauwerke für verschiedene Zwecke, die der Moderne würdig sind.

Gebrauchte Bücher

1.Gebäude mit weitgespannten Tragwerken - A.V. Demina

.Weitspannige Dachkonstruktionen für öffentliche und industrielle Gebäude - Zverev A.N.

Internetressourcen:

.#"rechtfertigen">. #"rechtfertigen">. #"rechtfertigen">. http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-129-tehnologia/96.htm – elektronische Bibliothek.

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Frage 59. Designlösungen für Systeme mit großer Spannweite. Lasten, die auf weitspannige Tragwerke wirken. Anordnung der Rahmen für weitspannige Abdeckungen

Die Rahmen von weitgespannten Dächern mit Balken- und Rahmentragsystemen ähneln im Grundriss den Rahmen von Industriegebäuden. Bei großen Spannweiten und fehlenden Kranträgern empfiehlt es sich, die Abstände zwischen den Haupttragwerken auf 12-18 m zu vergrößern. Die Systeme der vertikalen und horizontalen Verbindungen dienen den gleichen Zwecken wie in Industriebauten und sind in a angeordnet ähnliche Weise.

Die Anordnung der Rahmenverkleidungen kann sein quer wenn tragende Rahmen quer über das Gebäude gelegt werden, und längs, typisch für Hangars. Bei einer Längsanordnung wird das Haupttraggerüst in Richtung der größeren Dimension des Gebäudegrundrisses gelegt und die Querbinder ruhen darauf.

Die Ober- und Untergurte der Tragrahmen und Querbinder sind mit Querstreben entfesselt, um deren Stabilität zu gewährleisten.

Bei Bogensystemen beträgt die Bogenteilung 12 m oder mehr; Entlang der Bögen werden die Hauptpfetten verlegt, auf denen die die Dachterrasse tragenden Querrippen ruhen.

Bei großen Spannweiten und Höhen der Haupttragsysteme (Rahmen, Bögen) werden raumstabile Blockkonstruktionen durch Paarung benachbarter Flachrahmen oder Bögen (Abb. 8) sowie durch die Verwendung dreieckiger Bogenabschnitte eingesetzt. Die Bögen sind im Schlüssel durch Längsverbindungen verbunden, deren Bedeutung für die Steifigkeit der Struktur besonders groß ist, wenn der Hubausleger der Bögen groß ist und ihre Gesamtverformbarkeit zunimmt.

Die zwischen dem äußeren Bogenpaar befindlichen Querstreben sind auf den von der Stirnwand der Bogeneindeckung übertragenen Winddruck ausgelegt.

FRAGE 60. Trägerkonstruktionen mit großer Spannweite. Ihre Vor- und Nachteile. Konstruktive Entscheidungen. Auf Balkenkonstruktionen wirkende Lasten. Grundlagen der Berechnung und Bemessung von Balkentragwerken.

Balkenkonstruktionen

Weitspannige Balkenkonstruktionen werden dort eingesetzt, wo die Stützen den Schubkräften nicht standhalten können.

Balkensysteme für große Spannweiten sind schwerer als Rahmen- oder Bogensysteme, aber einfacher herzustellen und zu installieren.

Balkensysteme werden hauptsächlich in öffentlichen Gebäuden eingesetzt – Theatern, Konzertsälen, Sportanlagen.

Die wichtigsten tragenden Elemente von Trägersystemen für Spannweiten von 50–70 m und mehr sind Fachwerke; Massive Träger mit großen Spannweiten sind hinsichtlich des Metallverbrauchs unrentabel.

Hauptvorteile Balkenstrukturen sind im Betrieb klar, weisen keine Schubkräfte auf und sind unempfindlich gegenüber Stützsetzungen. Hauptnachteil– relativ hoher Stahlverbrauch und große Höhe, verursacht durch große Flugmomente und Steifigkeitsanforderungen.

Reis. 1, 2, 3

Die Querschnitte der Stäbe von weitgespannten Fachwerkträgern mit Kräften in den Stäben über 4000–5000 kN werden üblicherweise als Verbundwerkstoffe aus geschweißten Doppel-T-Trägern oder gewalzten Profilen angenommen.

Da die Traversen aufgrund ihrer hohen Höhe nicht in Form von zusammengebauten Versandelementen auf der Schiene transportiert werden können, werden sie zur Montage in loser Schüttung geliefert und vor Ort konsolidiert.

Die Elemente werden durch Schweißen oder hochfeste Schrauben verbunden. Hochpräzise Bolzen und Nieten sollten nicht verwendet werden, da sie arbeitsintensiv sind.

Weitspannige Fachwerke werden auf die gleiche Weise berechnet und ihre Querschnitte ausgewählt wie leichte Fachwerke von Industriegebäuden.

Aufgrund großer Auflagerreaktionen ist es notwendig, diese streng entlang der Achse der Fachwerkeinheit zu übertragen, da sonst erhebliche Zusatzspannungen entstehen können.

Bei Spannweiten von 60–90 m wird die gegenseitige Verschiebung der Stützen aufgrund der Durchbiegung des Fachwerks und seiner Temperaturverformungen erheblich. In diesem Fall kann eine der Stützen eine Rolle sein (Abb. 6), die freie horizontale Bewegungen ermöglicht.

Werden die Fachwerke auf hochflexiblen Stützen montiert, können auch bei Spannweiten bis zu 90 m aufgrund der Nachgiebigkeit beide Stützen ortsfest sein Oberteile Säulen

Weitspannige Trägersysteme können aus vorgespannten Dreiecksbindern bestehen, die bequem herzustellen, zu transportieren und zu installieren sind (Abb. 7).

Die Einbeziehung einer entlang der Obergurte des Fachwerks verlegten Stahlbetonplatte in die Fugendruckarbeit, die Verwendung von Rohrstäben und die Vorspannung machen solche Fachwerkträger hinsichtlich des Metallverbrauchs wirtschaftlich.

In den Konstruktionsabschnitten der Ober- und Untergurte der Fachwerke sind Stahlbleche enthalten.

Damit ein dünnes Blech unter Druck arbeiten kann, wird in ihm eine Vorspannung erzeugt, die größer ist als die Druckspannung aus der Belastung.

FRAGE 61. Rahmenkonstruktionen mit großer Spannweite. Ihre Vor- und Nachteile. Konstruktive Entscheidungen. Auf Rahmenkonstruktionen wirkende Lasten. Grundlagen der Berechnung und Gestaltung von Rahmenkonstruktionen.

Rahmenkonstruktionen

Rahmen für große Spannweiten können mit Doppelscharnieren oder ohne Scharniere ausgestattet sein.

Scharnierlose Rahmen sind steifer, sparsamer im Metallverbrauch und bequemer zu installieren; Sie erfordern jedoch massivere Fundamente mit dichteren Sockeln und reagieren empfindlicher auf Temperatureinflüsse und ungleichmäßige Setzungen der Stützen.

Rahmenkonstruktionen sind im Vergleich zu Balkenkonstruktionen hinsichtlich des Metallverbrauchs wirtschaftlicher und steifer, wodurch die Höhe der Rahmenquerstange geringer ist als die Höhe von Balkenbindern.

Bei weitgespannten Eindeckungen kommen sowohl durchgehende als auch durchgehende Rahmen zum Einsatz.

Bei kleinen Spannweiten (50-60 m) werden Massivrahmen selten eingesetzt, ihre Vorteile: geringerer Arbeitsaufwand, Transportfähigkeit und die Möglichkeit, die Raumhöhe zu reduzieren.

Die am häufigsten verwendeten Rahmen sind Scharnierrahmen. Es wird empfohlen, die Höhe der Rahmenquerlatte gleich anzunehmen: bei durchgehenden Traversen 1/12-1/18 der Spannweite, bei massiven Traversen 1/20 - 1/30 der Spannweite.

Rahmen werden mit strukturmechanischen Methoden berechnet. Um die Berechnungen zu vereinfachen, können leichte Durchgangsrahmen auf die entsprechenden Massivrahmen reduziert werden.

Schwere Durchgangsrahmen (z. B. schwere Fachwerke) müssen als Gittersysteme unter Berücksichtigung der Verformung aller Gitterstäbe ausgelegt werden.

Bei großen Spannweiten (mehr als 50 m) und niedrigen starren Pfosten ist eine Berechnung der Rahmen auf Temperatureinflüsse erforderlich.

Querstangen und Gestelle aus massiven Rahmen haben solide I-Profile; Ihre Tragfähigkeit wird anhand von Formeln für exzentrisch komprimierte Stäbe überprüft.

Um die Berechnung von Gitterrahmen zu vereinfachen, kann deren Ausdehnung wie bei einem Massivrahmen ermittelt werden.

Durch eine Näherungsberechnung werden vorläufige Abschnitte der Rahmengurte ermittelt;

Bestimmen Sie die Trägheitsmomente der Querschnitte von Querstangen und Gestellen anhand von Näherungsformeln.

Berechnen Sie den Rahmen mithilfe von Methoden Strukturmechanik; das Designdiagramm des Rahmens sollte entlang der geometrischen Achsen erstellt werden;

Nach der Ermittlung der Auflagerreaktionen werden die berechneten Kräfte in allen Stäben ermittelt, nach denen schließlich deren Querschnitte ausgewählt werden.

Die Arten der Abschnitte, die Gestaltung der Knoten und die Verbindungen der Rahmenbinder sind die gleichen wie bei den schweren Bindern der Balkenkonstruktionen.

Eine weitere künstliche Methode zur Entlastung der Querstange ist die Verschiebung der Tragscharniere im Doppelscharnierrahmen von der Regalachse nach innen. In diesem Fall entstehen durch vertikale Auflagerreaktionen zusätzliche Momente, die den Querträger entlasten.

Bundesamt für Bildung

Staatliche Erdöltechnische Universität Ufa

Fakultät für Architektur und Bauingenieurwesen

I.V. Fedortsev, E.A. Sultanova

Konstruktionstechnologie

Beschichtungsstrukturen

weitgespannte Gebäude

(Lernprogramm)

Genehmigt durch die Entscheidung des Akademischen Rates der USPTU as

Schulungshandbuch (Protokoll vom _________Nr. _______)

Rezensenten:

____________________________________________________________________________________________________________________

Fedortsev I.V., Sultanova E.A.

Technologie zur Errichtung von Dachkonstruktionen für Gebäude mit großer Spannweite: Lehrbuch / I.V. Fedortsev, E.A. Sultanova. – Ufa: Verlag der USNTU, 2008. – S. ______

ISBN – 5 – 9492 – 055 – 1.

Das Lehrbuch „Technik für den Bau von Überdachungskonstruktionen für weitgespannte Gebäude“ wurde als zentraler pädagogischer und methodischer Leitfaden für Studierende der Fachrichtung „Industrie- und Bauingenieurwesen“ im Studium der Fachrichtung „Technik für den Bau von Gebäuden und Bauwerken“ entwickelt “ (TVZS).

Enthält systematisiertes Material bestehender Erfahrungen beim Bau von weitgespannten Bauwerken wie: Balken, Rahmen, Bögen, Schrägseilen, Membranen, Strukturplatten, Kuppeln, Markisen usw. Die Organisation und Technologie der Installationsprozesse während des Baus dieser Bauwerke Gebäude und Bauwerke werden in Form klarer technologischer Vorschriften für die in einer bestimmten technologischen Reihenfolge durchgeführten Arbeiten mit ausreichender „Detailliertheit“ der Installationsprozesse in Form von „technologischen Karten“ und Arbeitsmechanisierungsplänen festgelegt. Letztere können als grundlegende Empfehlungen für die Entwicklung der organisatorischen und technischen Dokumentation bei der Gestaltung eines Arbeitsvorhabens für bestimmte Objekte herangezogen werden.

Von besonderem Interesse sind die im „Handbuch“ dargestellten Erfahrungen bei der Installation der gewölbten Abdeckung des Eispalastes in der Stadt Ufa, deren Bauweise erstmals in der Praxis des Baus solch großspanniger Gebäude umgesetzt wurde durch die Bau- und Installationsabteilungen von Baschkortostan gemäß dem Projekt und durch die Kräfte von OJSC Vostokneftezavodmontazh. Das Handbuch enthält Schlussfolgerungen und Kontrollfragen für jede Art von Konstruktion, die es dem Benutzer ermöglichen, die Aufnahme des darin präsentierten Materials unabhängig zu beurteilen.

Gedacht für Studierende der Baufachrichtungen der USPTU beim Studium der Kurse TVZS, TVBzd und TSMR, Studierende der IPK USPTU und Bauorganisationen und -abteilungen, die auf die eine oder andere Weise mit dem Bau von Gebäuden und Bauwerken mit großer Spannweite zu tun haben.

I.V. Fedortsev, E.A. Sultanova

ISBN – 5 – 9492 – 055 – 1 UDC 697.3

EINFÜHRUNG

Als weitgespannte Gebäude gelten solche, bei denen der Abstand zwischen den Stützen der tragenden Dachkonstruktionen mehr als 40 m beträgt.

Systeme mit großen Spannweiten werden meist als einfeldrige Systeme konzipiert, was sich aus der wichtigsten Grundanforderung ergibt – dem Fehlen von Zwischenstützen.

Im Industriebau sind dies in der Regel Montagehallen von Schiffbau-, Flugzeug- und Maschinenbaubetrieben. Im zivilen Bereich – Ausstellungshallen, Pavillons, Konzertsäle und Sportanlagen. Erfahrungen bei der Planung und dem Bau von weitgespannten Gehwegen zeigen, dass die schwierigste Aufgabe bei deren Bau die Installation der Gehwegkonstruktionen ist.

Tragwerke zur Abdeckung großer Spannweiten werden statisch in Balken-, Rahmen-, Bogen-, Tragwerks-, Kuppel-, Falt-, Hänge-, Kombi- und Netzkonstruktionen unterteilt. Alle bestehen hauptsächlich aus Stahl und Aluminium, Stahlbeton, Holz, Kunststoffen und luftdichten Stoffen. Die Leistungsfähigkeit und der Einsatzbereich von Raumtragwerken werden durch deren konstruktive Gestaltung und Spannweite bestimmt.

Bei der Wahl des Gebäude- und Bautyps ist die Bauweise ein wichtiger, oft entscheidender Faktor. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass bestehende Mechanisierungsmittel und herkömmliche Installationsmethoden nicht immer für weitgespannte Strukturen geeignet sind. Daher übersteigen die Kosten für den Bau solcher Gebäude die Kosten für den Bau herkömmlicher Standardstrukturen erheblich. Theorie und Praxis des Baus weitgespannter Bauwerke im In- und Ausland haben gezeigt, dass die größte Reserve zur Steigerung der Effizienz solcher Bauwerke unter modernen Bedingungen in der Verbesserung der organisatorischen und technologischen Aspekte des Baus, der Herstellbarkeit der Anlagen sowie architektonischer und struktureller Lösungen liegt. Unter der Herstellbarkeit einer Anlage wird eine Eigenschaft einer Konstruktion verstanden, die ihre Übereinstimmung mit den Anforderungen der Anlagentechnik bestimmt und es ermöglicht, deren Herstellung, Transport und Montage auf einfachste Weise mit geringstem Arbeits-, Zeit- und Produktionsaufwand unter Einhaltung der Anforderungen durchzuführen mit Sicherheits- und Produktqualitätsanforderungen. Ein Beispiel für eine solch umfassende ingenieurwissenschaftliche organisatorische und technologische Lösung für die Errichtung eines weitgespannten Gebäudes im „Handbuch“ sind die Erfahrungen beim Bau einer Jubiläumsanlage in Baschkortostan – dem Eispalast Ufa Arena. Die Einzigartigkeit der Installation des gewölbten Daches des Bauwerks liegt in der ursprünglichen Organisation der von Vostokneftezavodmontazh OJSC vorgeschlagenen Montage- und Installationsprozesse, die nicht wie üblich am Boden, sondern an Entwurfsmarkierungen (20 m) mit anschließender Montage durchgeführt werden „Schieben“ eines vollständig vergrößerten Blocks mit einem Gewicht von mehr als 500 Tonnen mithilfe eines Systems hydraulischer Heber. Diese zuerst von OJSC VNZM entwickelte Installationsmethode stellte den „optimalen“ Zeitrahmen für den Bau der Jubiläumsanlage sicher und ermöglichte vor allem die Verwendung der schweren Ausrüstung des Auftragnehmers Baumaschinen Führen Sie die Montage und Installation von massiven Konstruktionen direkt in der Entwurfsposition durch. Der Einsatz einer Alternative, in diesem Fall als Option der traditionellen Methode des „Schiebens“, würde den Einsatz leistungsstärkerer Installationskräne (SKG-160) erfordern, was unter den Bedingungen der bestehenden Infrastruktur der Stadt praktisch unmöglich war Mikrobezirk, in dem der Eispalast gebaut wurde.

Nachfolgend werden die Eigenschaften von weitgespannten Tragwerken als Gesamtheit ihrer Entwurfsparameter, Herstellungsmaterialien und Gesamtabmessungen für die folgenden Tragwerkstypen betrachtet:

Strahl;

Gewölbt;

Bauplatten;

Schrägseilsysteme;

Membranbeschichtungen;

Zeltkonstruktionen;

Zeltabdeckungen.

1 Klassifizierung weitgespannter Bauwerke

Die Klassifizierung von weitgespannten Bauwerken nach Arten von Tragwerksplänen zur Abdeckung von Gebäuden und Bauwerken ist in der Tabelle angegeben. 1, mit grundlegenden Informationen, die ihren Anwendungsbereich und den von diesen Systemen abgedeckten Bereich charakterisieren. Eine kurze Zusammenfassung jeder Art von weitgespannten Konstruktionen, differenziert nach der Spannweite, ermöglicht es uns, ihre inhärenten Vor- und Nachteile zu systematisieren und letztendlich die mögliche „Bewertung“ einer bestimmten Dachlösung für das zu entwerfende Gebäude zu bestimmen.

Balkenabdeckungen- bestehen aus räumlichen Hauptquerträgern und flachen Zwischenträgern von Strukturen - Pfetten. Sie zeichnen sich durch die Abwesenheit von Schubkräften aus der Beschichtungsstruktur aus, was die Art der Arbeit der tragenden Elemente des Rahmens und der Fundamente erheblich „vereinfacht“. Der Hauptnachteil ist der hohe Stahlverbrauch und die erhebliche Bauhöhe der Spannkonstruktionen selbst. Daher können sie in Spannweiten von bis zu verwendet werden 100 m und vor allem in Branchen, die durch den Einsatz schwerer Laufkräne gekennzeichnet sind.

Rahmenverkleidungen Im Vergleich zu Balken zeichnen sie sich durch geringere Masse, höhere Steifigkeit und geringere Bauhöhe aus. Einsetzbar in Gebäuden mit einer Spannweite von bis zu 120 M.

Gewölbte Abdeckungen Nach dem statischen Schema sind sie in 2-fach, 3-fach und scharnierlos unterteilt. Sie haben weniger Gewicht als Balken- und Rahmenmodelle, aber mehr

Möglichkeit der Nutzung räumlicher Strukturen

Tabelle 1

schwierig herzustellen und zu installieren. Die qualitativen Eigenschaften von Bögen hängen hauptsächlich von ihrer Höhe und ihrem Umriss ab. Die optimale Höhe des Bogens beträgt 1/4 ... 1/6 Spannweite. Der beste Umriss ergibt sich, wenn die geometrische Achse mit der Druckkurve übereinstimmt.

Die Abschnitte der Bögen sind gitterförmig oder massiv mit einer Höhe von 1/30 ... 1/60 bzw. 1/50 ... 1/80 der Spannweite ausgeführt. Gewölbte Abdeckungen werden für Spannweiten bis zu verwendet 200 M.

Räumliche Abdeckung dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen aller tragenden Elemente nicht in der gleichen Ebene liegen. Sie sind unterteilt in: Kuppeln und Schalen, charakterisiert als dreidimensionale tragende Strukturen, die sich durch räumliche Wirkung auszeichnen und aus einfach oder doppelt gekrümmten Flächen bestehen. Unter der Schale versteht man eine Struktur, deren Form eine gekrümmte Fläche mit einer im Vergleich zur Fläche selbst relativ geringen Dicke darstellt. Der wesentliche Unterschied zwischen Schalen und Gewölben besteht darin, dass in ihnen sowohl Zug- als auch Druckkräfte auftreten.

Gerippte Kuppeln bestehen aus einem System flacher Fachwerke, die unten und oben durch Stützringe verbunden sind. Die Obergurte der Fachwerke bilden eine Rotationsfläche (kugelförmig, parabelförmig). Bei einer solchen Kuppel handelt es sich um ein Abstandssystem, bei dem der untere Ring auf Zug und der obere Ring auf Druck beansprucht wird.

Gerippte Ringkuppeln bestehen aus gerippten Halbbögen, die auf dem unteren Ring ruhen. Die Höhenrippen sind durch horizontale Ringträger verbunden. Entlang der tragenden Rippen können krummlinige Platten aus Leichtbeton oder Stahlbelag verlegt werden. Der Stützring besteht in der Regel aus Stahlbeton und ist vorgespannt.

Gerippte Ringkuppeln mit Gitterverbindungen bestehen hauptsächlich aus Metallkonstruktionen. Die Einführung diagonaler Verbindungen in das System der Rippenringelemente ermöglicht eine rationellere Verteilung der Druck-Zug- und Biegekräfte, was einen geringen Metallverbrauch und die Kosten für die Kuppelabdeckung selbst gewährleistet.

Strukturbeschichtungen Wird zur Abdeckung großer Spannweiten für industrielle und zivile Zwecke verwendet. Dabei handelt es sich um räumliche Kernsysteme, die sich dadurch auszeichnen, dass es bei ihrer Entstehung möglich wird, sich immer wieder wiederholende Elemente zu verwenden. Die am weitesten verbreiteten Strukturen sind die folgenden Typen: TsNIISK, „Kislovodsk“, „Berlin“, „MARCHI“ usw.

Hängende Abdeckungen(Jungs Und Membranen) – Haupttragelemente sind flexible Stahlseile oder dünnwandige Blechkonstruktionen, die orthogonal auf die Tragkonturen gespannt sind.

Kabel und Membranen unterscheiden sich erheblich von herkömmlichen Strukturen. Zu ihren Vorteilen gehören: Gestreckte Elemente werden über die gesamte Querschnittsfläche effektiv genutzt; Die tragende Struktur hat ein geringes Gewicht. Der Bau dieser Strukturen erfordert keine Installation von Gerüsten und Hängegerüsten. Je größer die Spannweite des Gebäudes, desto wirtschaftlicher ist die Beschichtungskonstruktion. Allerdings haben sie auch ihre eigenen Nachteile:

Erhöhte Verformbarkeit der Beschichtung. Um die Steifigkeit der Beschichtung zu gewährleisten, müssen zusätzliche konstruktive Lösungen durch die Einführung von Stabilisierungselementen getroffen werden;

Die Notwendigkeit, eine spezielle Stützstruktur in Form einer Stützkontur anzuordnen, um den „Schub“ von den Kabeln oder der Membran aufzunehmen, was die Kosten der Beschichtung erhöht.

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 kann die Architektur des 21. Jahrhunderts dank moderner Technologien und der Nutzung ihrer enormen Auswirkungen auf das Leben der Gesellschaft nicht nur den komfortablen und sicheren Raum der menschlichen Umwelt maximieren, sondern kann und sollte auch Schritt für Schritt versuchen, das Erscheinungsbild unserer Städte 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 aus der äußeren Umgebung. 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 dieser erstaunlichen 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 hat das moderne Russland in diesem Sinne noch keine großen Erfolge vorzuweisen.

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 wir sind auch nicht besonders durch die Größe von Atrien eingeschränkt, indem wir neue Technologien zur Abdeckung großer Spannweiten einführen. 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 kann die Temperatur in solchen Atriumräumen im Winter 10-15 Grad höher sein als draußen.

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 durchscheinender Strukturen ermutigt uns, bei der Lösung solcher Probleme einige unserer Denkstereotypen aufzugeben und die Möglichkeit, unter den neuen Bedingungen großer volumetrischer Räume eine komfortable Umgebung zu schaffen, neu zu betrachten. Gleichzeitig gibt es bereits neue wirksame technische Lösungen, die wichtige Vorteile großer Räume nutzt und es ermöglicht, stabile komfortable Bedingungen 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 eines integrierten Ansatzes zur Gestaltung der Stadt der Zukunft – angetrieben durch Energie aus erneuerbaren Quellen (Sonne, Wind usw.) und mit einer nachhaltigen ökologischen Umwelt mit minimalen Kohlendioxidemissionen 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 mit zusätzlichen Lasten zu lösen, da sie in hohen Stützen sehr erhebliche horizontale Lasten erzeugen finanzielle Investitionen zu leistungsstarken Stützpfeilern für diese Lasten. 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 Kabelsystem bei jeder Spannweite bikonvex ist und die durchhängende Abdeckung 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 jeder hydrothermischen Isolierung hergestellt werden kann Material, inkl einschließlich durchscheinend. 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 wichtige Stärke und Zuverlässigkeit solcher Systeme, hervorragende Tragfähigkeit, Leichtigkeit der Strukturen und die Fähigkeit, erheblich abzudecken größere Spannweiten, bessere Lichtdurchlässigkeit der Beschichtung, um ein Vielfaches geringerer Metallverbrauch der Strukturen und dadurch relativ niedrige Kosten der gesamten Beschichtung.

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 der Innenräume ab ( sowie auf die Summe der Flächen der umschließenden Strukturen interner Gebäude) wird sich in einem sehr erfreulichen Verlauf verändern, 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 Sportanlagen mit großer Spannweite zu sein. 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. Um dies zu erreichen, kann ein multifunktionaler Sportkomplex nicht nur einen hochwertigen Fußballplatz umfassen, sondern auch zahlreiche Sporthallen, Schwimmbäder und Fitnesscenter, aber auch jede Menge Einrichtungen für Freizeit- und Bildungsaktivitäten verschiedene Arten Sport, und im Hochhausteil des Sportkomplexes können auf Wunsch Hotel- und Bürozentren in der Nähe des Profils der Anlage untergebracht werden.

Mit Hilfe der besten spezialisierten Bauunternehmen (z. B. der französischen „ 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 der künstlichen menschlichen Umwelt, die eng mit der natürlichen Umwelt verbunden ist und eine hohe Lebensqualität für die Menschen gewährleistet; 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 lichtdurchlässigen Strukturen werden unseren Innenhöfen mit Sicherheit ihre frühere Relevanz und Relevanz zurückgeben, als neu geschaffenen öffentlichen Raum, der in vielerlei Hinsicht reizvoll ist, frei von Autos und voller Sonnenlicht, Gemütlichkeit und 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 für die transluzente Beschichtung und die Betriebskosten (bei korrekter und gezielter Bewegung in diese Richtung) mit zunehmendem Volumen der Struktur sinken (nicht in absoluten Zahlen, sondern im Verhältnis 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 von Innengebäuden können in Atriumräume verlegt werden, wodurch Wohn- und Büroräume im Innenbereich einfacher, effizienter usw. werden.

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 wahrscheinlich nicht nur dazu führen, dass viele Bewohner der Öko-Städte der Zukunft aufgrund ihrer Nutzlosigkeit auf Privatfahrzeuge verzichten, sondern auch Orte dauerhaft beseitigen können, an denen der Personen- und Autostrom gefährlich ist schneiden.

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 Vitruvius Pollio, de Architectura – das Werk von Vitruv in der englischen Übersetzung von Gwilt (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“.

Allgemeine Bestimmungen

Als weitgespannte Gebäude gelten solche, bei denen der Abstand zwischen den Stützen (Tragwerken) der Eindeckungen mehr als 40 m beträgt.

Zu diesen Gebäuden gehören:

− Werkstätten von Schwermaschinenfabriken;

− Montagehallen des Schiffbaus, Maschinenbaubetriebe, Hangars usw.;

− Theater, Messehallen, Hallenstadien, Bahnhöfe, überdachte Parkplätze und Garagen.

1. Merkmale weitgespannter Gebäude:

a) große Abmessungen von Gebäuden im Grundriss, die den Aktionsradius von Montagekränen überschreiten;

b) spezielle Methoden zum Einbau von Beschichtungselementen;

c) in einigen Fällen das Vorhandensein großer Teile und Strukturen des Gebäudes, Dingsbums, Tribünen von Hallenstadien, Fundamente für Geräte, sperrige Geräte usw. unter der Abdeckung.

2. Methoden zum Bau von Gebäuden mit großer Spannweite

Folgende Methoden kommen zum Einsatz:

a) offen;

b) geschlossen;

c) kombiniert.

2.1. Die offene Methode besteht darin, dass zunächst alle unter dem Dach befindlichen Gebäudestrukturen errichtet werden, d. h.:

− Regale (ein- oder mehrstufige Struktur unter dem Dach von Industriegebäuden für technische Ausrüstung, Büros usw.);

− Strukturen zur Unterbringung von Zuschauern (in Theatern, Zirkussen, Hallenstadien usw.);

− Fundamente für Ausrüstung;

− teilweise umständliche technische Ausstattung.

Dann wird die Abdeckung angeordnet.

2.2. Die geschlossene Methode besteht darin, zunächst die Abdeckung zu entfernen und dann alle darunter liegenden Strukturen zu errichten (Abb. 18).

Reis. 18. Bauplan der Turnhalle (Querschnitt):

1 – vertikale tragende Elemente; 2 – Membranbeschichtung; 3 – eingebaute Räumlichkeiten mit Ständen; 4 – mobiler Auslegerkran

2.3. Die kombinierte Methode besteht darin, zunächst alle unter der Abdeckung liegenden Strukturen in separaten Abschnitten (Griffen) auszuführen und dann die Abdeckung zu konstruieren (Abb. 19).

Reis. 19. Fragment des Bauplans:

1 – installierte Gebäudeabdeckung; 2 – Regal; 3 – Fundamente für Ausrüstung; 4 – Kranbahnen; 5 – Turmdrehkran

Der Einsatz von Methoden zur Errichtung großflächiger Gebäude hängt von folgenden Hauptfaktoren ab:

− über die Möglichkeit, Lasthebekrane im Grundriss in Bezug auf das im Bau befindliche Gebäude (außerhalb des Gebäudes oder im Grundriss) anzuordnen;

− zur Verfügbarkeit und Möglichkeit der Verwendung von Kranträgern (Brückenkränen) für den Bau von Innenteilen von Gebäudestrukturen;

− über die Möglichkeit der Anbringung von Beschichtungen bei Vorhandensein fertiggestellter Gebäudeteile und Bauwerke, die sich unter der Beschichtung befinden.

Eine besondere Schwierigkeit beim Bau von Gebäuden mit großer Spannweite stellt die Anbringung von Abdeckungen (Schalen, Bögen, Kuppeln, Schrägseile, Membranen) dar.

Die Technik zum Aufbau der restlichen Strukturelemente ist in der Regel nicht schwierig. Die Arbeiten zu ihrer Installation werden in der Vorlesung „Technologie von Bauprozessen“ besprochen.

Es wird im Rahmen von TSP berücksichtigt und wird im Rahmen von TVZ und C sowie der Technologie der Balkenabdeckungen nicht berücksichtigt.

3.1.3.1. TVZ in Form von Muscheln

In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl dünnwandiger räumlicher Stahlbeton-Abdeckungskonstruktionen in Form von Schalen, Falten, Zelten etc. entwickelt und umgesetzt. Die Wirksamkeit solcher Bauwerke beruht auf einem sparsameren Materialverbrauch, einem geringeren Gewicht und neuen architektonischen Qualitäten. Bereits die ersten Erfahrungen im Betrieb solcher Bauwerke ließen zwei wesentliche Vorteile räumlicher dünnwandiger Stahlbetondecken erkennen:

− Kosteneffizienz aufgrund einer umfassenderen Nutzung der Eigenschaften von Beton und Stahl im Vergleich zu planaren Systemen;

− die Möglichkeit einer rationellen Verwendung von Stahlbeton zur Abdeckung großer Flächen ohne Zwischenstützen.

Stahlbetonschalen werden je nach Bauweise in monolithische, montagemonolithische und vorgefertigte Schalen unterteilt. Monolithische Schalen Komplett auf der Baustelle auf stationärer oder mobiler Schalung betoniert. Vorgefertigter Monolith Schalen können aus vorgefertigten Konturelementen und einer monolithischen Schale bestehen, die auf einer beweglichen Schalung betoniert wird und meist an montierten Membranen oder Seitenelementen aufgehängt ist. Vorgefertigte Schalen aus einzelnen, vorgefertigten Elementen zusammengesetzt, die nach der Montage an Ort und Stelle zusammengefügt werden; Darüber hinaus müssen die Verbindungen eine zuverlässige Kraftübertragung von einem Element auf ein anderes und den Betrieb der vorgefertigten Struktur als ein einziges räumliches System gewährleisten.

Vorgefertigte Schalen können in folgende Elemente unterteilt werden: flache und gebogene Platten (glatt oder gerippt); Membranen und Seitenelemente.

Membranen und Seitenelemente kann entweder aus Stahlbeton oder Stahl sein. Es ist zu beachten, dass die Wahl der Entwurfslösungen für Rohbauten eng mit der Bauweise zusammenhängt.

Doppelschale(positive Gaußsche Funktion) Krümmung, quadratischer Grundriss, geformt aus vorgefertigten Stahlbetonrippen Muscheln Und Konturbinder. Die geometrische Form doppelt gekrümmter Schalen schafft günstige Bedingungen für statische Arbeiten, da 80 % der Schalenfläche nur auf Druck wirken und nur in den Eckzonen Zugkräfte auftreten. Die Schale der Schale hat die Form eines Polyeders mit rautenförmigen Kanten. Da die Platten flach und quadratisch sind, werden die rautenförmigen Kanten durch das Versiegeln der Nähte zwischen ihnen erreicht. Durchschnittliche Standardplatten werden mit Abmessungen von 2970 x 2970 mm, Dicken von 25, 30 und 40 mm, mit Diagonalrippen von 200 mm Höhe und Seitenrippen von 80 mm Höhe geformt. Die Kontur- und Eckplatten haben Diagonal- und Seitenrippen in gleicher Höhe wie die Mittelrippen und die an den Schalenrand angrenzenden Seitenrippen haben Verdickungen und Nuten für die Austritte der Konturfachwerkbewehrung. Die Verbindung der Platten untereinander erfolgt durch Verschweißen der Rahmenlötungen der Diagonalrippen und Verkleben der Nähte zwischen den Platten. In den Eckplatten wird ein dreieckiger Ausschnitt belassen, der mit Beton verschlossen wird.

Die Konturelemente der Schale bestehen aus massiven Fachwerken oder vorgespannten diagonalen Halbfachwerken, deren Verbindung im Obergurt durch Schweißen von Auflagen und im Untergurt durch Schweißen der Auslässe der Stabbewehrung mit ihnen erfolgt anschließende Betonbeschichtung. Zur Abdeckung großer Flächen ohne Zwischenstützen empfiehlt sich der Einsatz von Schalen. Stahlbetonschalen, die nahezu beliebig geformt werden können, können die architektonische Gestaltung sowohl öffentlicher als auch industrieller Gebäude bereichern.

Reis. 20. Geometrische Schemata von Muscheln:

A– Schneiden mit Ebenen parallel zur Kontur; B– Radial-Zirkular-Schneiden; V– Schneiden in rautenförmige flache Brammen

In Abb. Abbildung 21 zeigt geometrische Schemata für die Abdeckung von Gebäuden mit einem rechteckigen Stützenraster mit Schalen aus zylindrischen Platten.

Abhängig von der Art des Rohbaus, der Größe seiner Elemente sowie den Abmessungen des Rohbaus im Grundriss erfolgt die Montage mit verschiedenen Methoden, die sich hauptsächlich durch das Vorhandensein oder Fehlen eines Montagegerüsts unterscheiden.

Reis. 21. Möglichkeiten zur Bildung vorgefertigter zylindrischer Schalen:

A– aus gebogenen Rippenplatten mit Seitenelementen; B– das gleiche mit einem Seitenelement; V– aus flachen, gerippten oder glatten Platten, Seitenträgern und Membranen; G– aus großen gebogenen Paneelen, Seitenträgern und Membranen; D– aus Bögen oder Fachwerken und gewölbten oder flachen Rippenplatten (kurze Schale)

Betrachten wir ein Beispiel für den Bau eines zweischiffigen Gebäudes mit einer Hülle aus acht quadratischen Schalen mit doppelt positiver Gaußscher Krümmung. Die Abmessungen der Beschichtungsstrukturelemente sind in Abb. dargestellt. 22, A. Das Gebäude hat zwei Spannweiten, die jeweils vier Zellen von 36 × 36 m enthalten (Abb. 22, B).

Der erhebliche Metallverbrauch für Stützgerüste bei der Installation von Schalen mit doppelter Krümmung verringert die Effizienz des Einsatzes dieser fortschrittlichen Strukturen. Daher werden für den Bau solcher Schalen bis zu einer Größe von 36 × 36 m rollende Teleskopleiter mit Maschenkreisen verwendet (Abb. 22, V).

Bei dem betreffenden Gebäude handelt es sich um ein homogenes Objekt. Die Installation von Beschichtungshüllen umfasst die folgenden Prozesse: 1) Installation (Neuanordnung) des Leiters; 2) Installation von Konturbindern und Paneelen (Montage, Verlegung, Ausrichtung, Schweißen eingebetteter Teile); 3) Monolithisierung der Hülle (Füllung von Nähten).

Reis. 22. Bau eines Gebäudes mit vorgefertigter Hülle:

A– Gestaltung der Beschichtungshülle; B– Diagramm der Aufteilung des Gebäudes in Abschnitte; V– Diagramm des Dirigentenbetriebs; G– die Reihenfolge der Installation von Abdeckelementen für einen Bereich; D– die Reihenfolge des Aufbaus der Abdeckung in einzelnen Gebäudeabschnitten; I–II – Anzahl der Spannen; 1 – Konturschalenbinder, bestehend aus zwei Halbbindern; 2 – Abdeckplatte mit den Maßen 3×3 m; 3 – Gebäudesäulen; 4 – Teleskop-Leitungsmasten; 5 – Maschenleiterkreise; 6 – Gelenkstützen des Leiters zur vorübergehenden Befestigung von Elementen von Konturbindern; 7 – 17 – Reihenfolge der Installation von Konturbindern und Abdeckplatten.

Da beim Einbau der Beschichtung ein Rollleiter verwendet wird, der erst nach dem Aushärten von Mörtel und Beton bewegt wird, wird als Einbauabschnitt eine Feldzelle angenommen (Abb. 22, B).

Die Montage der Rohbauplatten beginnt mit den äußeren, basierend auf dem Leiter und dem Konturbinder, dann werden die restlichen Rohbauelemente montiert (Abb. 22, G, D).

3.1.3.2. Technologie zum Bau von Gebäuden mit Kuppeldächern

Je nach Designlösung erfolgt die Montage der Kuppeln mit einer temporären Stütze, einer Scharniermethode oder im Ganzen.

Kugelkuppeln werden in Ringebenen aus Fertigteilen errichtet Stahlbetonplatten in montierter Form. Jede der Ringebenen verfügt nach vollständiger Montage über statische Stabilität und Tragfähigkeit und dient als Basis für die darüberliegende Ebene. Auf diese Weise werden vorgefertigte Stahlbetonkuppeln von Indoor-Märkten installiert.

Die Paneele werden von einem Turmdrehkran angehoben, der sich in der Mitte des Gebäudes befindet. Die vorübergehende Befestigung der Paneele jeder Etage erfolgt mit einem Inventargerät (Abb. 23, B) in Form eines Ständers mit Jungs und einem Spannschloss. Die Anzahl solcher Geräte hängt von der Anzahl der Panels im Ring jeder Etage ab.

Die Arbeiten werden vom Inventargerüst aus durchgeführt (Abb. 23, V), außerhalb der Kuppel angeordnet und bei der Montage bewegt. Benachbarte Paneele werden mit Bolzen miteinander verbunden. Die Nähte zwischen den Platten werden mit Zementmörtel abgedichtet, der zunächst entlang der Nahtränder aufgetragen und dann mit einer Mörtelpumpe in den Hohlraum gepumpt wird. Entlang der Oberkante der Paneele des zusammengebauten Rings wird ein Stahlbetongürtel angebracht. Nachdem der Mörtel der Nähte und der Beton des Gürtels die erforderliche Festigkeit erreicht haben, werden die Gestelle mit Abspannvorrichtungen entfernt und der Installationszyklus wird auf der nächsten Ebene wiederholt.

Vorgefertigte Kuppeln werden auch gelenkig montiert, indem Ringbänder nacheinander mit einer beweglichen Metallfachwerkschablone und Gestellen mit Aufhängern zum Halten vorgefertigter Platten montiert werden (Abb. 23, G). Diese Methode wird bei der Installation vorgefertigter Zirkuskuppeln aus Stahlbeton verwendet.

Zur Montage der Kuppel wird in der Mitte des Gebäudes ein Turmdrehkran installiert. Auf dem Kranturm und der Ringschiene entlang des Stahlbetongesimses des Gebäudes ist ein mobiles Schablonenfachwerk installiert. Um eine höhere Steifigkeit zu gewährleisten, ist der Kranturm mit vier Streben ausgesteift. Reichen Auslegerreichweite und Tragfähigkeit eines Krans nicht aus, wird ein zweiter Kran auf der Ringbahn in Gebäudenähe installiert.

Vorgefertigte Kuppelplatten werden in der folgenden Reihenfolge installiert. Jedes Paneel wird in einer seiner Konstruktionsposition in der Beschichtung entsprechenden Schräglage mit einem Turmdrehkran angehoben und mit seinen unteren Ecken auf den geneigten Schweißauskleidungen der Baugruppe und mit seinen oberen Ecken auf den Montageschrauben des Schablonenfachwerks montiert .

Reis. 23. Bau von Gebäuden mit Kuppeleindeckungen:

A– Kuppeldesign; B– Diagramm der vorübergehenden Befestigung von Kuppelplatten; V– Schema der Befestigung des Gerüsts für den Kuppelbau; G– Schema der Kuppelinstallation unter Verwendung eines mobilen Schablonenbinders; 1 – unterer Stützring; 2 – Paneele; 3 – oberer Stützring; 4 – Regal mit Inventargerät; 5 – Typ; 6 – Spannschloss; 7 – montiertes Paneel; 8 – montierte Paneele; 9 – Strebe mit Löchern zur Änderung der Neigung der Gerüsthalterung; 10 – Gestell für Geländer; 11 – Querträger der Halterung; 12 – Öse zur Befestigung der Halterung am Paneel; 13 – Montagegestelle; 14 – Domstreben; 15 – Kleiderbügel zum Halten von Platten; 16 – Schablonenbinder; 17 – Kranstreben; 18 – Kastenwagen

Anschließend werden die Oberkanten der eingebetteten Teile der oberen Ecken des Paneels ausgerichtet, anschließend die Schlingen entfernt, das Paneel mit Aufhängern an den Montagepfosten befestigt und die Aufhänger mit Spannschlössern gespannt. Anschließend werden die Stellschrauben des Schablonenbinders um 100–150 mm abgesenkt und der Schablonenbinder in eine neue Position für die Montage des angrenzenden Paneels bewegt. Nach der Montage aller Bandplatten und dem Verschweißen der Verbindungen werden die Verbindungen mit Beton abgedichtet.

Der nächste Kuppelgürtel wird installiert, nachdem die Betonfugen des darunter liegenden Gürtels die erforderliche Festigkeit erreicht haben. Entfernen Sie nach Abschluss der Installation des Obergurts die Anhänger von den Platten des darunter liegenden Gurts.

Im Bauwesen nutzen sie auch die Methode, Betonböden mit einem Durchmesser von 62 m komplett mit einem auf Säulen montierten Hebesystem anzuheben.

3.1.3.3. Technologie zur Errichtung von Gebäuden mit Schrägseildächern

Der kritischste Prozess beim Bau solcher Gebäude ist die Installation von Abdeckungen. Die Zusammensetzung und Reihenfolge der Installation von Schrägseilabdeckungen hängt von deren Zusammensetzung ab Designdiagramm. Der führende und komplexeste Prozess ist in diesem Fall die Installation des Schrägseilnetzes.

Die Struktur des abgehängten Daches mit Seilsystem besteht aus einer monolithischen Stützkontur aus Stahlbeton; an der Tragkontur des Schrägseilnetzes befestigt; vorgefertigte Stahlbetonplatten, die auf einem Schrägseilnetz verlegt sind.

Nach der konstruktiven Spannung des Schrägseilnetzes und dem Verfugen der Nähte zwischen den Platten und Kabeln fungiert die Hülle als eine einzige monolithische Struktur.

Das Kabelnetz besteht aus einem System von Längs- und Querkabeln, die entlang der Hauptrichtungen der Schalenoberfläche im rechten Winkel zueinander verlaufen. In der Tragkontur werden die Kabel mit Ankern aus Hülsen und Keilen befestigt, mit deren Hilfe die Enden jedes Kabels gecrimpt werden.

Das Schrägseil-Schalennetz wird in der folgenden Reihenfolge installiert. Jedes Kabel wird in zwei Schritten mit einem Kran installiert. Zunächst wird mit Hilfe eines Krans ein Ende, das durch eine Traverse von der Trommel entfernt wird, dem Aufstellungsort zugeführt. Der Kabelanker wird durch den eingebetteten Teil in der Stützkontur gezogen, anschließend wird der verbleibende Teil des Kabels auf der Trommel befestigt und ausgerollt. Anschließend wird das Kabel mit zwei Kränen auf das Niveau der Stützkontur gehoben und gleichzeitig der zweite Anker mit einer Winde an die Stützkontur gezogen (Abb. 24, A). Der Anker wird durch das eingebettete Teil in der Stützkontur gezogen und mit Mutter und Unterlegscheibe gesichert. Zur anschließenden geodätischen Ausrichtung werden die Kabel zusammen mit speziellen Aufhängern und Kontrollgewichten angehoben.

Reis. 24. Bau eines Gebäudes mit Schrägseildach:

A– Diagramm zum Anheben des Arbeitskabels; B– Diagramm der zueinander senkrechten symmetrischen Spannung von Kabeln; V– Ausrichtungsdiagramm der Längskabel; G– Einzelheiten zur endgültigen Befestigung der Kabel; 1 – elektrische Winde; 2 – Typ; 3 – monolithische Stützkontur aus Stahlbeton; 4 – angehobenes Kabel; 5 – traversieren; 6 – Ebene

Nach Abschluss der Installation der Längskabel und ihrer Vorspannung auf eine Kraft von 29,420 – 49,033 kN (3 – 5 tf) erfolgt eine geodätische Überprüfung ihrer Lage durch Bestimmung der Koordinaten der Punkte des Kabelnetzes. Es werden vorab Tabellen erstellt, in denen für jedes Seil der Abstand der Koan der Ankerhülse vom Referenzpunkt angegeben ist. An diesen Stellen werden Prüfgewichte mit einem Gewicht von 500 kg an einem Draht aufgehängt. Die Längen der Anhänger sind unterschiedlich und werden im Voraus berechnet.

Wenn die Arbeitskabel richtig durchhängen, sollten die Kontrollgewichte (Risikofaktoren) auf derselben Markierung liegen.

Nach dem Anpassen der Position der Längskabel werden die Querkabel installiert. Die Stellen, an denen sie sich mit den Arbeitskabeln kreuzen, werden mit ständigem Druck gesichert. Gleichzeitig werden provisorische Abspannseile angebracht, um die Lage der Kreuzungspunkte der Schrägseile zu sichern. Anschließend wird die Oberfläche des Kabelnetzes erneut auf Übereinstimmung mit dem Design überprüft. Anschließend wird das Schrägseilnetz in drei Stufen mit 100-Tonnen-Hydraulikzylindern und Traversen gespannt, die an Hülsenankern befestigt sind.

Der Spannungsverlauf wird aus den Spannungsverhältnissen der Seile in Gruppen, der gleichzeitigen Spannung der Gruppen in senkrechter Richtung und der Symmetrie der Spannung der Gruppen relativ zur Gebäudeachse bestimmt.

Am Ende der zweiten Spannungsstufe, d.h. Wenn die im Projekt festgelegten Kräfte erreicht sind, werden vorgefertigte Stahlbetonplatten in der Richtung von der unteren zur oberen Markierung auf das Schrägseilnetz gelegt. In diesem Fall werden die Platten vor dem Anheben verschalt, um die Nähte abzudichten.

3.1.3.4. Technologie des Baus von Gebäuden mit Membranbeschichtungen

ZU Metallbehang Zu den Beschichtungen gehören dünnschichtige Membranen, die tragende und umschließende Funktionen vereinen.

Die Vorteile von Membranbeschichtungen sind ihre hohe Herstellbarkeit und Installation sowie die Art der Wirkungsweise der Beschichtung unter biaxialer Spannung, die es ermöglicht, Spannweiten von 200 Metern mit einer nur 2 mm dicken Stahlmembran abzudecken.

Hängende Zugelemente werden üblicherweise an starren Tragkonstruktionen befestigt, die die Form einer geschlossenen Kontur (Ring, Oval, Rechteck) haben können und auf Säulen ruhen.

Betrachten wir die Technologie der Installation einer Membranbeschichtung am Beispiel der Beschichtung des Olimpiysky-Sportkomplexes in Moskau.

Sportstätte„Olympic“ ist als räumliches Bauwerk mit elliptischer Form von 183 x 224 m konzipiert. Entlang der Außenkontur der Ellipse befinden sich mit einer Stufe von 20 m 32 Stahlgitterstützen, die starr mit dem äußeren Stützring verbunden sind (Abschnitt 5). ×1,75m). Am Außenring ist eine Membranabdeckung aufgehängt – eine Schale mit einem Durchhang von 12 m. Die Abdeckung besteht aus 64 stabilisierenden Fachwerken, 2,5 m hoch, radial angeordnet mit einer Stufe entlang der Außenkontur von 10 m, verbunden durch Ringelemente – Träger. Die Membranblätter wurden mit hochfesten Schrauben aneinander und an den radialen Elementen des „Bettes“ befestigt. In der Mitte wird die Membran durch einen inneren Metallring in elliptischer Form mit den Maßen 24 x 30 m verschlossen. Die Membranabdeckung wurde mit hochfesten Bolzen und Schweißnähten an den Außen- und Innenringen befestigt.

Die Montage der Membranabdeckungselemente erfolgte in großen Raumblöcken mit einem Turmdrehkran BK-1000 und zwei Montagebalken (mit einer Tragfähigkeit von 50 Tonnen), die sich entlang des äußeren Stützrings bewegten. Entlang der Längsachse wurden zwei Blöcke gleichzeitig auf zwei Ständern montiert.

Alle 64 stabilisierenden Beschichtungsbinder wurden paarweise zu 32 Blöcken in neun Standardgrößen zusammengefasst. Ein solcher Block bestand aus zwei radialen Stabilisierungsfachwerken, Trägern entlang der Ober- und Untergurte sowie vertikalen und horizontalen Verbindungen. Im Gerät wurden Rohrleitungen für Lüftungs- und Klimaanlagen verlegt. Die Masse der zusammengebauten Stabilisierungsfachwerkblöcke erreichte 43 Tonnen.

Das Anheben der Abdeckblöcke erfolgte mit einer Traverse, die die Schubkraft der Stabilisierungsbinder aufnahm (Abb. 25).

Vor dem Anheben der Fachwerkblöcke spannten sie den Obergurt jedes Fachwerks mit einer Kraft von etwa 1300 kN (210 MPa) vor und befestigten sie mit dieser Kraft an den Stützringen der Beschichtung.

Der Einbau vorgespannter Blöcke erfolgte stufenweise durch symmetrischen Einbau mehrerer Blöcke entlang von Radien gleichen Durchmessers. Nach dem Einbau von acht symmetrisch eingebauten Blöcken samt Querabstandshaltern wurden diese gleichzeitig entdreht und die Schubkräfte gleichmäßig auf die Außen- und Innenringe übertragen.

Der Block aus Stabilisierungsbindern wurde mit einem BK-1000-Kran und einem Monteur etwa 1 m über den Außenring gehoben. Anschließend wurde der Chevre an den Aufstellungsort dieses Blocks verlegt. Der Block wurde erst abgehängt, nachdem er wie vorgesehen vollständig am Innen- und Außenring befestigt war.

Die 1569 Tonnen schwere Membranhülle bestand aus 64 Sektorblättern. Die Membranblätter wurden nach Abschluss der Installation des Stabilisierungssystems installiert und mit hochfesten Bolzen mit einem Durchmesser von 24 mm befestigt.

Die Membranplatten kamen in Rollenform am Montageort an. An der Stelle, an der die Stabilisierungsträger montiert wurden, befanden sich Rollgestelle.

Reis. 25. Schema der Installation der Beschichtung mit vergrößerten Blöcken:

A– planen; B- Einschnitt; 1 – Chevre-Installer; 2 – Ständer für größere Blöcke; 3 – Traversen-Abstandshalter zum Anheben des Blocks und Vorspannen der Obergurte der Fachwerke mithilfe einer Hebelvorrichtung (5); 4 – vergrößerter Block; 6 – Montagekran BK – 1000; 7 – zentraler Stützring; 8 – zentrale temporäre Unterstützung; I – V – Reihenfolge der Montage der Blöcke und Demontage der Querstreben

Die Montage der Blütenblätter erfolgte in der Reihenfolge der Montage der Stabilisierungsbinder. Die Spannung der Membranblätter erfolgte durch zwei Hydraulikzylinder mit einer Kraft von jeweils 250 kN.

Parallel zum Verlegen und Spannen der Membranblätter wurden Löcher gebohrt und hochfeste Bolzen installiert (97.000 Löcher mit einem Durchmesser von 27 mm). Nach der Montage und konstruktiven Befestigung aller Elemente der Beschichtung wurde diese aufgedreht, d.h. Freigabe der zentralen Stütze und reibungslose Einbindung des gesamten Raumgefüges in den Betrieb.