пределенной нагрузкой от массы конструкции. Подстропильные фермы рассчитывают по прочности и трещиностойкости с учетом жесткости узлов.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Какие две системы покрытий применяются в одноэтажных промышленных и сельскохозяйственных зданиях?

2. Назовите основные виды плит для покрытий и методы их расчета.

3. Перечислите основные виды балок покрытий.

4. Назовите особенности конструирования и расчета стропильных ферм.

5. В чем заключаются особенности конструирования и расчета арок?

6. Когда возникает необходимость в подстропильных балках и фермах?

7. Какова расчетная схема подстропильных балок и ферм?

Глава 12

ТОНКОСТЕННЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИИ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИИ

Тонкостенные пространственные конструкции очерчиваются в общем случае по кривым поверхностям.

Такие конструкции появились в строительстве около 50 лет назад (кроме куполов, появивщихся значительно раньше).

В СССР первыми были построены монолитные цилиндрические оболочки над резервуаром для воды в Баку (1925 г.), затем в зданиях Харьковского почтампта (1928 г.), Московской автобазы (1929 г.). Ростовского завода сельскохозяйственных машин (1931 г.), а впоследствии на многих других объектах. Первый железобетонный купол был сооружен над Московским планетарием (1929 г.), позже купола были сооружены над Новосибирским оперным театром (1934 г.). Московским театром сатиры (1939 г.) и т. д.

В настоящее время пространственные конструкции находят применение для покрытий больших пролетов в таких зданиях и сооружениях, как ангары, стадионы, га-

)ажи, сборочные цехи, рынки, концертные и спортивные залы, вокзальные и выставочные помещения и т. п.

В промышленных и гражданских зданиях тонкостенные пространственные покрытия применяются и при меньших пролетах- 18-36 м.

Конструкция тонкостенного покрытия состоит из собственно оболочки - тонкой криволинейной плиты и контурных элементов (диафрагм, бортовых балок, опорных колец и т. п.).

Все железобетонные тонкостенные пространственные конструкции можно разделить на две большие группы: оболочки одинарной кривизны и оболочки двоякой кривизны. В пределах каждой из этих групп есть разновидности.

Оболочки одинарной кривизны делятся на цилиндрические, конические, коноидальные оболочки. К тонкостенным пространственным конструкциям покрытий ) относят также складки и шатры.

Оболочки двоякой кривизны делятся: на оболочки вращения с вертикальной осью - купола; выпуклые оболочки переноса на прямоугольном плане; вогнутые висячие оболочки на круглом или эллиптическом плане; i выпукло-вогнутые (седловидные) оболочки; бочарные j своды; волнистые своды, очертание которых в попереч- , ном сечении может быть криволинейным или складчатым.

Ниже рассмотрены наиболее распространенные обо-? лочки: длинные и короткие цилиндрические оболочки, i купола и оболочки переноса на прямоугольном плане.

В тонкостенных пространственных конструкциях благодаря работе конструкции в обоих направлениях достигается лучшее использование материала и его существенная экономия.

В железобетонных тонкостенных покрытиях необхо-. димо стремиться к тому, чтобы бетон использовался в работе на сжатие по максимально большей части по- верхности, так как растянутые части требуют расчетного армирования.

По технологии возведения тонкостенные пространственные конструкции делят на монолитные, сборные и -сборно-монолитные. ;

Существенное влияние на развитие тонкостенных конструкций больших пролетов имело применение предварительного напряжения.

391 :

Особым видом железобетонных оболочек являются армоцементные, отличающиеся больщой насыщенностью тонкой арматурой (диаметром 0,5-2 мм) и приготовляемые на цементно-песчаиом растворе (бесщебеночный бетон).

Армоцементные, преимущественно сборные оболочки имеют небольшую толщину (15-30 мм), сравнительно небольшую массу и экономичны по расходу цемента и арматуры.

Арматурой служат специальные проволочные (тканые) сетки с мелкими ячейками (размером до 1 см), укладываемые в 5-10 слоев.

§ 2. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ

Покрытие в виде цилиндрической оболочки образуется из тонкой плиты (собственно оболочки), изогнутой по цилиндрической поверхности, усиленной по свободным краям бортовыми элементами и опирающейся по торцам на диафрагмы (рис. 12.1).

Расстояние между осями опорных диафрагм /] назы-ейется пролетом оболочки, расстояние между бортовыми элементами Zj -длиной волны. Стрелу подъема оболочки, считая от бортовых элементов, обозначают f, а включая бортовые элементы, - h (рис. 12.1,а).

Среди цилиндрических оболочек различают (рис. 12.1,6,в): однопролетные, многопролетные, однополно-$]bie, многоволновые, гладкие, ребристые, усиленные поперечными ребрами жесткости.

Цилиндрические оболочки выполняют монолитными или сборными (рис. 12.2). В зависимости от отношения пролета к длине волны цилиндрические оболочки делят на две группы: при UIWl-длинная оболочка, а при lifl2<. 1 - короткая оболочка.

При отсутствии предварительного напряжения высоту оболочки рекомендуется принимать равной

Л> (Vi6 ... Vio) ll или Л > (Ve ... Ve) k-

Толщину плиты монолитных оболочек принимают равной бмон (V200-7зоо) h, но не менее 5-6 см, а сборных оболочек - бсбЗ см.

1. Длинные оболочки в целом работают подобно балке пролетом /[, имеющей фигурное поперечное сечение высотой h.

Рис. 12.1. Типы цилиндрических оболочек

а - однопролетная; б - мно-гопролетиая; в - многоволновая

Рис. 12.2. Сборные цилиндрические оболочки

а - из криволинейных элемеитов; б - из плоских плит н бортовых балок

Тип1

TtinJB

rufi,

Tanlt

Рис. 12.3. Типы бортовых элементов

в - сбор-

а - монолитные; ные

Рис. 12.4. Диафрагмы цилиндрических оболочек

а -сплошная (балка); б - арка с затяжкой; в - рама; г - ферма

1Г==

в отличие от обыкновенных балок массивного сечения тонкостенный открытый поперечный профиль длинной оболочки при ее изгибе деформируется. Этим .деформациям препятствуют бортовые элементы. Кроме того, в бортовых элементах размещается основная растянутая арматура оболочки.

Бортовые элементы бывают различными (рис. 12.3).

Диафрагмами длинных оболочек могут служить балки, арки, рамы и фермы (рис. 12.4). Если в здании есть внутренняя поперечная стена, то диафрагму заменяют криволинейным ребром, уложенным по стене. Для повышения жесткости поперечного сечения элементы сборных оболочек проектируют с продольными и поперечными ребрами.

При длинных оболочках и наличии не менее трех поперечных ребер высотой не менее 0,04 отдельные вол-

Рис. 12.5. К расчету цилиндрической оболочки

а - схема усилий, действующих в продольном направлении; б - эпюра поперечных изгибающих моментов в одноволновой оболочке; в -то же, в средней волне многоволновой оболочки

ны одноволновых и многоволновых оболочек симметричного профиля можно рассчитывать как балки корытообразного сечения по методу предельного равновесия с учетом образования трещин.

Рассмотрим расчет прочности длинной цилиндрической оболочки кругового симметричного профиля на действие вертикальной симметричной нагрузки на стадии предельного равновесия. Расчет ведут, как и расчет железобетонной балки корытообразного сечения, в предположении, что ниже нейтральной оси вследствие образования трещин бетон исключен из работы, а в сжатой зоне сечения напряжения достигли призменной прочности бетона.

Напряженное состояние поперечного сечения оболочки приведено на рис. 12.5.

Примем следующие обозначения:

/?а. ?11р - расчетные сопротивления в растянутой арматуре и сжатой зоне бетона;

Fa - полная площадь сечения растянутой арматуры;

В; - половина центрального угла дуги оболочки;

Ор - половина центрального угла дуги сжатой зоны; с-расстояние от равнодействующей усилий в растянутой арматуре до центра кривизны круговой части сечения оболочки;

6, г - толщина и радиус цилиндрической части оболочки;

d - высота бортового элемента;

rfi«0,5 rf -расстояние от равнодействующей усилий в растянутой арматуре до верха бортового элемента. Условие прочности имеет вид

М < Мсеч-

Момент внешних сил М вычисляют как для балки пролетом li и шириной /г:

Момент внутренних сил, действующих в сеченин оболочки, по предложению П. Л. Пастернака, берут относительно центра круговой части сечения:

Мсе, = 2Р„р6гЫпвр-сЯаРа- 02.»)

Равнодействующая продольных растягивающих усилий в арматуре равна равнодействующей сжимающих усилий в бетоне:

2/?„рерГб = /?аа. (12.2)

Из уравнений (12.1) и (12.2) получаем

sInGp--вр-

= 0.

(12.

Из уравнения (12.3) можно определить вр с помощью номограмм или методом последовательных приближений, полагая в первом приближении

sinep = ep.

Зная 6р, можно по формуле (12.2) определить площадь сечения арматуры fa-

Из статического расчета оболочки как балки определяют лишь продольные нормальные усилия. Далее по значениям нормальных усилий из условий равновесия

ззя,