Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Конструктивные решения железобетонных оболочек

22.12.2018

Оболочки в покрытиях, и во многих других конструкциях зданий и сооружений, имеют ряд несомненных преимуществ перед традиционными плоскостными конструкциями:

1. Они отличаются малой материалоемкостью по сравнению с традиционными плоскостными конструкциями, в них можно успешно применять высокопрочные материалы.

2. Покрытия из оболочек могут иметь большие пролеты без внутренних опор.

3. Некоторые оболочки отличаются высокой трещиностойкостью.

4. Пространственные конструкции являются визуально экологичными конструкциями, они хорошо воспринимаются зрением человека.

5. Комплексная эффективность оболочек позволяет считать их рекомендуемыми для строительства.

Пространственные конструкции оболочек — это наиболее природоподобные конструкции (рис. 6.1). В живой природе все без исключения конструкции, выполненные из сравнительно твердых и жестких материалов, выполнены пространственными; плоских конструкций в природе нет, они были исключены в ходе естественного отбора как неоптимальные, главным образом с точки зрения затрат материалов. Принцип сфероидальности (придания пространственной формы) — один из принципов конструирования в природе.

Одно из основных преимуществ оболочек перед плоскостными конструкциями заключается в их благоприятном напряженно-деформированном состоянии как следствии криволинейной формы. Если определяющим в напряженно-деформированном состоянии плоскостных конструкций является работа на изгиб, и как следствие — рост высоты сечения для создания необходимого плеча zb внутренней пары сил (усилий в сжатой зоне бетона Nb и в растянутой арматуре Ns), то в оболочках изгибающие моменты M в основном преобразуются в продольные усилия N (рис. 6.2). Поэтому толщина оболочки не связана с действием значительных моментов, и может быть существенно снижена, а армирование сокращается вплоть до назначения в отдельных случаях конструктивного армирования. Некоторые оболочки работают преимущественно на двухосное сжатие, что очень выгодно для бетона. В связи с этим в оболочках можно успешно применять высокопрочные бетоны. Сокращается толщина конструкций и их собственный вес, а пролеты покрытий с оболочками значительно увеличиваются по сравнению с плоскостными. Вместе с тем в оболочках возникают усилия на контуре, чаще всего — это усилия распора, растяжения, местные изгибающие моменты. Для обеспечения более благоприятного напряженного состояния оболочки должны иметь значительную подъемистость (стрелу подъема f). Толщина оболочек 5 намного меньше толщины плит, и благодаря малой жесткости оболочек из плоскости, изгибающие моменты не передаются на большие расстояния, они быстро затухают (поэтому их называют краевыми моментами).

Многолетний и даже многовековой опыт эксплуатации оболочек в целом полностью положителен, но в мировой и отечественной практике известны единичные, очень редкие, случаи разрушения покрытий из оболочек. Как правило, эти единичные случаи связаны с нарушениями в производстве работ и в эксплуатации конструкций, и не являются следствием конструктивных недостатков оболочек. В то же время можно отметить, что особо тонкие предварительно напряженные конструкции оболочек с большими перекрываемыми пролетами требуют высококачественного выполнения на всех стадиях производства работ, и тщательного соблюдения правил эксплуатации. В частности, необходим постоянный контроль состояния наиболее ответственных участков оболочек — опорных зон, и пр. Например, известное обрушение купола Дворца правосудия в Берлине в XX в. было вызвано тем, что в зоне контакта купола с опорным кольцом образовались небольшие трещины, по которым атмосферная влага стала поступать к напряженной кольцевой арматуре опорного кольца; небольшое снижение площади сечения вследствие коррозии вызвало ее разрыв и обрушение купола.

Небольшая толщина оболочек требует особого конструирования: тонкостенные оболочки, как правило, вследствие малой толщины, не могут опираться непосредственно на конструкции здания (стены, колонны) без дополнительных элементов, усиливающих контур оболочки, и иногда — ее поле. Оболочки по способу образования делят на оболочки вращения и переноса (дополнительно можно считать способ образования складчатых оболочек как перелом поверхности), по форме поверхности — на оболочки положительной, отрицательной и нулевой гауссовых кривизн. Оболочки вращения образуются вращением плоской кривой или прямой, называемой образующей, вокруг оси (купола, конические оболочки). Оболочки переноса образуются переносом прямолинейной или криволинейной образующей вдоль направляющих (цилиндрические, складчатые, гипары и др.). Если оболочку разрезать вертикальными двумя взаимно перпендикулярными плоскостями, и в месте разреза образуются кривые, выпуклые в одну сторону, то оболочка имеет положительную гауссову кривизну (купол, оболочка положительной кривизны на квадратном или прямоугольном планах, и др.); если кривые направлены выпуклостью в разные стороны — кривизна оболочки отрицательна (гиперболические параболоиды); если в месте разреза образуются прямые линии — оболочка имеет нулевую кривизну (складки, коническая оболочка).

Многолетний опыт исследований, проектирования, строительства и эксплуатации показал, что в пространственных конструкциях покрытий эффективны определенные типы железобетонных оболочек — цилиндрические, купола, пологие оболочки двоякой кривизны на квадратном или прямоугольном планах, гиперболические параболоиды (гипары) (рис. 6.3). Эти оболочки не только хорошо воспринимают распределенные нагрузки, но и позволяют создать визуально приемлемый интерьер ввиду большой подъемистости, эффективно передать усилия распора на контурные конструкции, обеспечить отвод поверхностных вод с кровли, создать возможность ввода естественного освещения через фонари. Круг эффективных оболочек в покрытиях и в перекрытиях, и в инженерных сооружениях, постоянно расширяется. Все большее распространение получают оболочки сложных составных форм.

Оболочки используют в инженерных сооружениях (рис. 6.4). Они хорошо работают на действие распределенного давления воды и грунта, поэтому их успешно применяют в подпорных стенах, резервуарах. Недостатком оболочек является повышенная трудоемкость изготовления ввиду криволинейности формы, а также для некоторых типов — наличие неэксплуатируемого объема, требующего отопления (например, в большепролетных оболочках покрытий). Оболочки эффективны в подземном строительстве. Некоторые типы оболочек эффективны и в перекрытиях зданий, когда нужно получить большой пролет. В этих случаях применяют шатровые и вспарушенные перекрытия. Оболочки являются частями эффективных большепролетных сборных железобетонных покрытий — панелей КЖС, и др.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: