Пространственные конструкции

1.

Лекция 19
КДиП-И
Лекция 2
№19/1
1. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ПЛАН ЛЕКЦИИ:
1 Пространственные конструкции
1.1 Общие сведения
1.2 Своды
1.2.1 Гладкие своды
1.2.2 Ребристые своды
1.2.3 Волнистые своды
1.2.4 Структурные сводчатые покрытия
1.2.5 Кружально-сетчатые своды
1.2.6 Двойной сплошной свод (Шухова)
ЗАДАНИЕ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ ПОДГОТОВКУ:
1. Блок-фермы

2.

Лекция 19
№19/2
1 Пространственные конструкции
1.1 Общие сведения
Пространственные конструкции (ПК) это технические системы, в
которых обеспечена совместность работы составляющих их элементов
в двух и более плоскостях. ПК отличаются большим многообразием
схем и решений, однако не все виды их широко применяют.
В основу классификации пространственных конструкций
можно положить геометрическую форму, принципы
статической работы и способ монтажа на строительной
площадке.
Особенности геометрической формы в значительной мере определяют
тип конструкции и принципы статической работы.
Пространственные конструкции на основе древесины для покрытий и перекрытий
обычно разделяют на две основные группы: 1) вспарушенные пространственные
конструкции; 2) структурные плиты или структуры. В последние десятилетия к ним
добавилась третья группа - блочные конструкции.
Каждая группа конструкций состоит из классов; в свою очередь классы образуются
типами конструкций. В некоторых случаях классы образуют подгруппы со своими
особенностями.

3.

Лекция 19
№19/3
Характерные
Характерные конструктивные
конструктивныесхемы
схемыгрупп
групппространственных
пространственных
конструкций
конструкцийиз
издревесины
древесиныиидревесных
древесныхматериалов
материалов
L = 42…100 м
L = 42…72 м
L = 4,5…8,0 м
ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ СВОД С РЕБРАМИ ИЗ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ СВОД С РЕБРАМИ ИЗ СИСТЕМЫ БАЛОК С ПЕРЕКРЕСТНОЙ СТЕНКОЙ
ДВУХШАРНИРНЫХ АРОК КРУГОВОГО
ТРЕХШАРНИРНЫХ АРОК КРУГОВОГО
ОЧЕРТАНИЯ
ОЧЕРТАНИЯ
L = 18…42 м
L = 12…24 м
L = 18…36 м
СТЕРЖНЕВЫЕ СТРУКТУРЫ С
ШАТРОВОЕ ПОКРЫТИЕ ИЗ
ШАТРОВОЕ ПОКРЫТИЕ ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ
ТРЕУГОЛЬНЫМИ ПОЯСНЫМИ
КРУПНОРАЗМЕРНЫХ СОВМЕЩЕННЫХ
ЛОМАНОГО ОЧЕРТАНИЯ
ЯЧЕЙКАМИ
ПЛИТ
L = 18…36 м
L = 9…15 м
L = 42…90 м
РАМНО-ШАТРОВЫЙ КУПОЛ С
КОНСОЛЬНЫМИ РЕБРАМИ-РИГЕЛЯМИ
ШАТРОВЫЕ РЕБРИСТЫЕ ПОКРЫТИЯ
РЕБРИСТО-КОЛЬЦЕВЫЕ КУПОЛА
(ПРЯМО- ИЛИ КРИВОЛИНЕЙНЫМИ)
L = 42…100 м
L = 50…100 м
L = 50…100 м
СЕТЧАТЫЕ КУПОЛА
ШАТРОВЫЕ ВИСЯЧИЕ ПОКРЫТИЯ С
ЦЕНТРАЛЬНОЙ ОПОРОЙ И
ДВУХСЕКЦИОННЫЕ СЕДЛОВИДНЫЕ
ВИСЯЧИЕ ПОКРЫТИЯ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ

4.

Лекция 19
№19/4
Характерные конструктивные схемы групп пространственных
конструкций из древесины и древесных материалов
L = 12…24 м
L = 12…24 м
L = 18…30 м
ОДНОСЕКЦИОННЫЕ РЕБРИСТЫЕ
ГИПЕРБОЛИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ
ДВУХСЕКЦИОННЫЕ РЕБРИСТЫЕ
ГИПЕРБОЛИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ
МНОГОСЕКЦИОННЫЕ РЕБРИСТЫЕ
ГИПЕРБОЛИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ НА ПЛАНЕ
КОМПАКТНОЙ ФОРМЫ
L = 18…30 м
L = 18…30 м
L = 12…24 м
РЕБРИСТЫЕ ПОЛОГИЕ ОБОЛОЧКИ
КРЕСТОВЫЙ СВОД
РЕБРИСТАЯ ОБОЛОЧКА ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ
ГАУССОВОЙ КРИВИЗНЫ
Свойства этого универсального материала - древесины - определяют большой
диапазон пролетов; возможность решения широкого круга инженерных,
композиционных и функциональных задач; разнообразие архитектурных решений,
реализуемых на основе индустриальных методов; наличие предпосылок для
пластической выразительности архитектурных форм и их декоративного
убранства; использование клееной древесины не только в качестве
конструкционного материала, но и художественного средства.

5.

Лекция 19
№19/5
Высокий формообразующий потенциал клееной древесины
обусловливается широкими возможностями для создания
конструктивных систем, реализующих ее работу на сжатие,
изгиб, растяжение и их сочетание.
В группу вспарушенных пространственных конструкций входят
купола, своды и складки. Чаще - конструкции заводского
изготовления, которые классифицируют по следующим видам:
своды - на прямоугольном плане и опирании на продольные
стены или по контуру здания;
сомкнутые своды - при опирании по контуру здания,
многоугольные в плане;
купола - при опирании по контуру круглого или многоугольного
здания;
складки.
Из числа типов деревянных оболочек наиболее распространены
конструкции в виде гиперболических параболоидов, коноиды,
купола.

6.

Лекция 19
№19/6
Многообразие структур и форм куполов:
ребристые,
ребристо-кольцевые,
сетчатые,
с волнистой внутренней поверхностью,
“геодезические” (образованные из стандартных многоугольных
элементов), сборные
и другие купола.
Универсальным в отношении использования строительных материалов
являются оболочки и вантовые покрытия.
Область применения куполов охватывает как средние, так и большие
пролеты. Оболочки в виде гиперболических параболоидов более
характерны для средних пролетов
Распорные своды представляют собой пространственные
конструкции из отдельных клеефанерных плит-скорлуп круглого
или ломаного очертания с одной или двумя обшивками.
В группу структурных конструкций входят наиболее распространенные типы
регулярных стержневых структур: а) перекрестные фермы двух или трех
направлений, устанавливаемые вертикально; б) ортогональные сетки поясов,
сдвинутые на половину ячейки.

7.

Лекция 19
№19/7
Перекрестные балочные системы образуются балками двух или трех
направлений и совместно работающих с ними настилов из досок или плитных
материалов. Такие конструкции применяют для перекрытия квадратных или
прямоугольных в плане зданий с соотношением сторон не более 1:1,5. При
опирании по всему контуру балки одного направления, как правило, вдоль
меньшего пролета представляют собой неразрезные конструкции высотой
1/18...1/20 пролета, а балки другого направления образуются вставками между
первыми. Вставки соединяются между собой при помощи накладок или
металлических стержней, вклеенных в древесину.
1.2 Своды
Обширную группу пространственных конструкций составляют своды.
Геометрическая форма этих конструкций образована поверхностью вращения
вокруг горизонтальной оси (цилиндрические своды).
Цилиндрические своды могут быть:
распорными, опирающимися на продольные стены или по контуру,
безраспорными, опирающимися на торцовые стены, столбы и
диафрагмы.

8.

Лекция 19
№19/8
Пересечением цилиндрических сводов образуются крестовые
своды — безраспорные конструкции, опирающиеся
преимущественно на колонны, и сомкнутые своды —
квадратные или шестиугольные в плане, опирающиеся
преимущественно по периметру.
По конструктивному исполнению своды подразделяются на:
сплошные тонкостенные, образуемые слоями досок или
фанеры,
ребристые, опирающиеся на арки,
кружально-сетчатые, собираемые из стандартных косяков.
1.2.1 Гладкие своды
Для небольших пролетов (до 4-х м) применяют однослойные сплошные или
двухслойные гладкие своды.
Гладкие трехслойные своды имеют две обшивки из листовых
материалов и средний слой из пенопласта. Панели могут
быть криволинейного очертания, плоскими или складчатыми.
Размер панели по хорде обычно не превышает 6 м, при
ширине до 3 м.

9.

Лекция 19
№19/9
1.2.2 Ребристые своды
Расчетной схемой свода
является трехшарнирная арка
шириной 1 м или на панель.
Ребристые своды имеют
обшивки из листовых
материалов и ребра.
Ребристые своды могут быть
цилиндрической или
стрельчатой формы.
1.2.3 Волнистые своды
Волнистые своды в основном выполняются в
пластмассовом исполнении при пролетах до 21
м и из фанерных элементов двоякой кривизны
при пролетах до 30 м.

10.

Лекция 19
№19/10
Лотковые пластмассовые элементы изготавливают их
полиэфирного стеклопластика толщиной 1…4
мм, шириной
профиля до 0,6 м.
пояса 0,75…1,6 м, при высоте
Волнистые элементы соединяют внахлестку на клею или на
болтах.
Расчет волнистых элементов ведут как арочных конструкций.
1.2.4 Складчатые своды
Складчатые своды чаще всего выполняют из
ромбических элементов, согнутых по большой
диагонали. Ромбические панели образованы
контурными ребрами и обшивками.
Обшивки делают из одного или двух слоев
стеклопластика или фанеры.
Расчет свода из ромбовидных складчатых
элементов выполняют как арочной полоски
шириной, равной ширине панели.

11.

Лекция 19
№19/11
1.2.5 Структурные сводчатые покрытия
Структурные сводчатые покрытия
пролетами 12…24 м изготавливают из
однотипных тонкостенных объемных
элементов стеклопластиковых или
фанерных и соединяющих их вершины
стержней.
Объемные элементы могут быть
пирамидальной или седловидной
формы.

12.

Лекция 19
№19/12
1.2.6 Кружально-сетчатые своды
Кружально-сетчатые своды собирают из
стандартных косяков.
Применение косяков и других сборных
элементов позволяет в большей степени
индустриализировать изготовление
пространственных конструкций.
Косяки могут пересекаться
между собой под прямым или
острым углом (обычно 45°) –
сетка будет прямоугольной или
ромбической.
Кружально-сетчатый цилиндрический свод
образуется из стандартных косяков,
устанавливаемых по двум взаимно
пересекающимся ломаным линиям. Косяки
соединяют между собой на врубках или при
помощи болтов. Чем шире косяки, тем больший
пролет можно перекрыть кружально-сетчатым
сводом. В связи с ограниченной шириной целых
досок косяки для большепролетных сводов
делают клееными или из фанерных щитов. В
этом случае могут быть получены своды
пролетом до 80
м.

13.

Лекция 19
№19/13
Цельные косяки могут соединяться между собой в узлах
шипами при любой сетке свода (система Песельника) и
болтами при ромбической сетке (система Цольбау).
Основные узлы сетки
образуют из сквозного
косяка, проходящего
через узел, не
прерываясь, и двух
«набегающих» косяков,
примыкающих к
сквозному.
Для дощатых косяков
необходимо соблюдать
следующие размеры и
их отношения:
bк ≥ 25 мм;
hк / bк ≤ 4,5;
L3/hк ≥ 10;
h1 ≥ hк / 2≥10 см

14.

Лекция 19
№19/14
Верхнюю грань косяка выполняют треугольного или ломаного
очертания. Гнезда располагают на середине его длины и
высоты.
Длину шипа при прямоугольной сетке
≥1,5 bк , а при
ромбической с углом 45° lш ≥1,5 bк (по
принимают lш
короткой стороне шипа).
Кружально-сетчатые своды могут быть
двухшарнирными с круговым очертанием
со стрелой подъема не менее 1/3
пролета.
Подъем дуги полусвода стрельчатого
очертания должен быть не менее 1/15
хорды полусвода.
Распор свода воспринимается стальными
затяжками или фундаментами. Затяжки
из круглой стали располагают по длине
свода через 1…3
(1,5…3
м).
шага узлов косяков

15.

Лекция 19
№19/15
Стрела подъема свода обычно небольшая. Наличие продольного
распора не позволяет опирать двойной свод на торцовые стены.
Сетку свода в торцах рекомендуется замыкать арками
кружального типа.
Нецентрированное и центрированное
сопряжение косяков (свод
Песельника)
Сопряжение косяков на болтах (свод
Цольбау)

16.

Лекция 19
№19/16
Точный статический расчет кружально-сетчатого свода как
пространственной системы весьма сложен. Поэтому обычно
такие своды рассчитываются приближенно. Для этого из
покрытия выделяется расчетная полоса шириной с, равная
расстоянию между узлами по образующей свода. Выделенная
полоса рассчитывается как двух- или трехшарнирная арка.
Такое допущение расчетной схемы для цилиндрических сводов
большой длины вполне оправдано.
Для сводов небольшой длины на пространственную работу косяков разгружающее
влияние оказывают торцевые фронтоны (диафрагмы). В этом случае учет
пространственной работы свода достигается введением в расчетные формулы
коэффициента Кф, учитывающего влияние фронтонов. Коэффициент Кф
принимается:
1 .........................................................Кф = 2;
при B/S< 1,5.......................................................Кф = 1,4;
при B/S<
при
B/S<2.........................................................Кф = 1,1;
при B/S<2,5.......................................................Кф
= 1,
где В - расстояние между фронтонами или диафрагмами, S - длина дуги свода.

17.

Лекция 19
№19/17
1.2.7 Двойной сплошной свод (Шухова)
Двойной гнутый свод состоит из
верхней и нижней обшивки по
прогонам, расположенным
параллельно образующей свода.
Верхняя обшивка состоит из рабочего
настила толщиной 19…35 мм с
просветами между досками для
вентиляции полости и косой обшивки
толщиной 16…25 мм, служащей
основанием под мягкую кровлю.
На нижнюю обшивку по слою
пароизоляции укладывается
утеплитель.
Недостатком является повышенная
гибкость свода при односторонних
нагрузках.
Ось свода очерчивается по дуге
окружности со стрелой подъема
f=1/5. Пролет свода должен быть
более 20 м.

18.

Лекция 19
№19/18
Конструктивное решение
крытого тренировочного
манежа, прямоугольного в
плане, с искусственным
футбольным полем
размером 55х90 м
(г.Томск).
Архитектурную форму свода определяет направляющая кривая, в данном случае
свод круговой (циркульный) с расчетным пролетом 66 м и высотой подъема 22 м.
Выбор профиля свода круговым (обладающим постоянной кривизной) был
обусловлен необходимостью обеспечить однотипность элементов и единообразие
узлов.
Двойной кружально-сетчатый свод представляет собой пространственную
структурную систему, состоящую из двух концентрически расположенных
кружальносетчатых сводов, соединенных между собой при помощи раскосной
решетки и собираемых из отдельных однотипных элементов, выполненных из
клееной древесины типа LVL Kerto-S, так называемых косяков, поставленных на
ребро и расположенных по двум взаимно пересекающимся направлениям, при
этом сетка обоих сводов косоугольная (ромбическая).

19.

Лекция 19
№19/19
Легкоатлетический манеж «Динамо» в Гомеле
Ед. измерения
м
м2
м3
Всего
49,0
6174,0
678,0
На 1 м2
0,110
м3
247,0
0,040
строганная м3
пиленая м3
122,3
308,7
0,020
0,050
Наименование
Пролет
Площадь покрытия
Расход древесины в
"чистоте"
в т.ч.:
клееная

20.

Лекция 19
№19/20