Пространственные покрытия комбинированными оболочками над зданиями различной формы в плане

Перекрытие-оболочка — строительная конструкция перекрытий зданий и сооружений. В архитектурной практике используются выпуклые, висячие, сетчатые и мембранные оболочки из железобетона, металлов, древесины, полимерных, тканых и композиционных материалов.

Пространственные покрытия промышленных зданий обладают рядом преимуществ. Их использование снижают расход материала и массу покрытия, дает возможность перекрывать большие площади без промежуточных опор и снижает затраты на производство. Хотя при этом пространственные покрытия довольно сложные по конструкции и трудоемкие в монтаже. Рассматриваемые покрытия могут быть выполнены монолитными или же собираться из отдельных (гладких или ребристых, криволинейных или плоских) элементов. Бортовые элементы обычно выполняют в виде ребристых плит (лотков), диафрагмы — в виде цельных или составных железобетонных ферм, арок или рам.

Пространственные покрытия выполняют в виде оболочек одинарной или двоякой кривизны.

Оболочкам придают очертания криволинейных поверхностей или многогранников. Основными типами пространственных покрытий являются своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки двоякой кривизны, покрытия с составными оболочками и подвесные покрытия.

Комбинируя отдельные фрагменты поверхностей оболочек, очерченные по единой геометрической поверхности, получают составные пространственные конструкции покрытий зданий с различной конфигурацией плана, обладающие высокими прочностными и архитектурными качествами [6]. Типичными представителями таких конструкций являются конструкции, примененные в покрытиях универсального спортивного зала «Дружба» и Даниловского крытого рынка (рис. 4), которые построены в Москве в конце 70-х и начале 80-х годов.

• а) Конструктивная система здания состоит из центральной пологой сферической оболочки пролетом 48 м, которая опирается по периметру на 28 боковых складчатых оболочек, между нижними ярусами которых расположены витражи, имеющие на фасаде треугольную форму. Пологая оболочка собрана из 312 цилиндрических железобетонных ребристых плит. Все боковые складчатые оболочки сборные, имеют ромбический план с диагоналями 7,5 и 26 м. Центральную пологую оболочку монтировали укрупненными монтажными блоками, боковые складчатые — целиком после сборки на специальном стенде.
• б) собирали из боковых складчатых оболочек, опирающихся на фундамент и центральное монолитное железобетонное кольцо. В верхней половине складки примыкают друг к другу, а в нижней — к треугольным консольным элементам, заполняющим расстояния между ними. Все складчатые элементы собирали из плит максимальным размером 3×6 м с включением монолитных зон в местах сопряжения отдельных поверхностей оболочек.

Комбинированные оболочки (составные) представляют собой пространственные покрытия, поверхность которых образована совокупностью нескольких или многих элементарных поверхностей, пересекающихся между собой со скачкообразным изменением кривизны срединной поверхности по линии сопряжений. Составные покрытия комбинируют из фрагментов жестких оболочек, поверхности которых могут иметь одинаковые или различнее знаки кривизны. К составным оболочкам могут быть отнесены покрытия, формы которых развивают решения, применявшиеся в каменном зодчестве (сомкнутые или крестовые своды), строятся на новых формах элементарных оболочек (например, из лепестков гипаров) или на их новых сочетаниях.

Оболочки комбинируют с непосредственным контактом между ними и устройством общих ребер (ендов или коньков) либо с разрывом. В последнем случае в разрывах между оболочками устанавливают светопрозрачные конструкции, а каждая из оболочек имеет индивидуальные контурные ребра.

Составные оболочки представляют собой наиболее широкие возможности удовлетворять разнообразные функциональные требования и позволяют перекрывать большепролетные помещения с максимальной экономией пространства. Они обеспечивают композиционное разнообразие архитектурных форм. Однако до последних лет применение комбинированных оболочек было крайне ограниченным в связи со сложностью конструкций их опалубки и технологии возведения покрытий в монолитном железобетоне. Прогресс в строительстве составных оболочек индустриальными методами достигнут в последние годы благодаря исследовательским, проектным и творческим работам МНИИТЭПа Покрытие может быть дополнено вспарушенными треугольными оболочками, расположенными между боковыми по периметру покрытия. На основе двух исходных форм — купола и висячей оболочки — авторы предложили серию вариантов составных вспарушенных и висячих оболочек на многоугольном плане. Центральная часть наиболее часто представляет собой пологую оболочку положительной кривизны, радиальные части — оболочки как положительной, так и отрицательной кривизны.

Рис. 19.

Модификации форм покрытий способствуют изменение их высоты, числа радиальных оболочек, связанные с формой плана, и изменение протяженности контакта центральной оболочки с радиальными и последних между собой от нуля до конечных величин.

Сборно-монолитные конструкции составных оболочек выполняют из ребристых плит с цилиндрической поверхностью и прямоугольным, треугольным или трапециевидным планом, аппроксимирующих торцовые поверхности отрицательной и положительной кривизны. Боковые оболочки проектируют самонесущими, что позволяет применять подмости только для монтажа центрального фрагмента покрытия. Конструкции применимы для перекрытия пролетов от 40 до 150 м.

При всем разнообразии конструкций пространственных покрытий жесткими оболочками двоякой кривизны все они отличаются чрезвычайно экономичными показателями расхода материалов В комбинированных пространственных конструкциях покрытий плита оболочки или складки может выполняться из железобетона, а бортовые элементы, устройства для подвесных кранов и др. — из стальных ферм, балок и т. п. При проектировании таких конструкций рекомендуется предусматривать совместную работу железобетонных и металлических элементов покрытия или перекрытия.

Комбинированные системы состоят из гибких вант и жестких элементов. Жесткие элементы применяют для стабилизации формы покрытия и распределения сосредоточенных и неравномерных нагрузок на несколько несущих вант.

В качестве материала для устройства кровли используют рубероид, различные безрулонные синтетические материалы. Конструкции покрытий больших пролетов. Для строительства большепролетных гражданских и промышленных зданий применяют различные пространственные конструкции: различные виды цилиндрических оболочек и складок, оболочек двоякой кривизны, волнистых сводов, куполов и др. Особенностью пространственных конструкций покрытий являются совмещение несущих и ограждающих функций и совместная статическая работа конструкции. При этом тонкая плита оболочки работает преимущественно на сжатие, а растягивающие усилия рационально сосредоточены в контурных элементах, причем все эти элементы работают в разных плоскостях. Применение таких конструкций позволяет перекрывать значительные площади без промежуточных опор. Отвод воды с покрытий промышленных зданий может быть наружный и внутренний. Наружный неорганизованный водоотвод допускается при отсутствии дождевой канализации на территории предприятия и ширине отапливаемых зданий не более 72 м, т. е. расстояние пути воды по кровле в одну сторону должно быть не более 36 м. Многопролетные производственные здания со скатными или плоскими покрытиями проектируют, как правило, с внутренним водоотводом, при этом в целях унификации конструктивных элементов покрытий не следует устраивать наружный водоотвод с крайних скатов кровли. На скатных кровлях водосточные воронки располагают в пониженных ее участках — ендовах. При плоских покрытиях в каждом ряду колонн устанавливают не менее одной воронки. Площадь водосбора, приходящуюся на одну водосточную воронку, определяют расчетом в зависимости от типа и уклона кровли, а также от конструкций водосточной системы. Гидроизоляционный ковер в месте примыкания к воронке усиливают двумя дополнительными слоями гидроизоляционного материала или листом оцинкованной кровельной стали.

Рис. 20.

Рис. 21.

Покрытием называют верхнюю конструктивную часть здания, предназначенную для защиты от атмосферных воздействий. Покрытие имеет несущую и ограждающую части. Несущая часть покрытия воспринимает нагрузки от снега, ветра, собственной массы и передает их на стены или каркас здания. Она может состоять из железобетонных панелей, балок, деревянных или железобетонных стропил, ферм. Ограждающая часть служит гидроизоляционной и теплоизоляционной защитой и состоит из кровли и основания под нее. В зависимости от материала кровли устраивают из рулонных и безрулонных (мастичных) материалов, асбестоцементных волнистых листов, плит, черепицы, кровельной листовой стали, деревянные и др. Несущая часть крыши должна иметь необходимую прочность и устойчивость, ограждающая часть должна быть водонепроницаемой, малотеплопроводной, легкой, стойкой против атмосферных и химических воздействий. Кровли из волнистых асбестоцементных листов (рис. 15.19, а) отличаются долговечностью, невозгораемостью, имеют малую массу и небольшое количество швов, не требуют сплошной обрешетки, дешевы в эксплуатации. Кровли из плоских асбестоцементных плиток устраивают по сплошной или разреженной обрешетке. Асбестоцементные плитки размером 300=300 и 400=400 мм бывают рядовые, краевые, фризовые и коньковые. Кровли из глиняной черепицы (рис. 15.19,6) состоят из обрешетки (брусков 50=50 мм) с расстояниями, кратными размерам черепиц. Они бывают гончарные и цементно-песчаные, пазовые штампованные и пазовые ленточные. Пазы и гребни используются при нахлестке черепицы на черепицу. Для предупреждения задувания снега под листы асбестоцемента или черепицы иногда под настил кровли укладывают строительный картон или пергамин. Кровли из рулонных материалов выполняют двухслойными (при уклоне более 12°) или трехслойными (при уклоне до 12°) Кровли из рулонных полимерных материалов (бризола, изола, полиэтиленовой пленки) устраивают по типу рубероидных. Полиэтиленовая пленка толщиной 0,2- 0,3 мм совсем не пропускает влаги. Наклеивается на основание с помощью битумных или специальных пластмассовых мастик. Для крыш из сборного железобетона широко применяются современные безрулонные мастичные кровли. Покрытие в целом должно быть долговечным индустриальным и экономичным не только по первоначальным затратам, но и по эксплуатационным расходам.