ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Общие сведения

В принципе совокупность конструкций покрытия любого здания или сооружения представляет собой пространственную систему. Например, обычное покрытие из плоскостных стропильных ферм: фермы объединены между собой связями, распорками, настилом или плитами покрытий и фактически работают совместно. В общем случае определение усилий и напряжений в такой системе — сложная многократно статически неопределимая задача. В целях упрощения расчета и конструирования эти системы расчленяются на отдельные плоские конструкции, условно работающие независимо друг от друга. Фактическая же пространственная работа конструкций, не учитываемая расчетом, создает дополнительную надежность и, как правило, идет в запас прочности.

Таким образом, к собственно пространственным деревянным конструкциям (ПДК) относятся такие системы, которые обеспечивают совместную работу большинства элементов покрытия, включая ограждающие конструкции, в двух или более плоскостях на воздействие расчетных нагрузок. Совместная работа элементов покрытия обеспечивается конструктивными мерами — путем устройства надежных связей элементов между собой.

Достоинства ПДК в сравнении с плоскостными конструкциями:

- меньший расход материалов за счет включения в работу вспомогательных элементов;

- более надежная работа — выход из строя отдельных элементов не
приводит к аварии всего сооружения за счет включения в работу
смежных элементов;

- более эффективно используется внутреннее пространство помещения;

- высокая архитектурная выразительность.

Недостатки ПДК: повышенная сложность и трудоемкость монтажа, необходимость устройства лесов, менее надежная работа при воздействии больших односторонних нагрузок и сосредоточенных сил.

Области применения ПДК: общественные здания (выставочные павильоны, рынки, цирки, спортзалы); производственные и вспомогательные здания (склады, гаражи, ангары).

Классификация ПДК. Пространственные деревянные конструкции отличаются большим многообразием статических схем и конструктивных особенностей. Условно их можно классифицировать по следующим признакам:

- по геометрической форме поверхности: цилиндрические; сферические; складчатые; параболические, гиперболические и т. д.;

- по форме в плане: круглые; квадратные; прямоугольные; много
угольные и т. д.;

- по конструктивным особенностям: купола; цилиндрические своды-оболочки; кружально-сетчатые своды и купола; структурные
системы.

Из оболочек отрицательной кривизны наибольший интерес представляют гиперболические параболоиды — гипары. В качестве примеров рассмотрим два характерных типа ПДК, нашедших применение в практике строительства: купола и кружально-сетчатые своды.

Купола

Конструктивные особенности куполов

Очертание оси куполов зависит от диаметра, архитектурных и технологических требований и других факторов. Диаметр куполов изменяется в пределах от 30 до 100 м и более. Например, покрытие, разработанное фирмой «Вайерхозер» (США) в форме ребристого купола из клееной древесины и фанеры, имеет диаметр 257 м.

По конструктивным особенностям купола подразделяются на тонкостенные купола-оболочки, ребристые купола, ребристо-кольцевые, сетчатые купола и т. д.; по форме поверхности вращения — сферические, эллипсоидные, конические и т. д.

При конструировании куполов используется принцип многосвязности системы, при котором нагрузка через систему жестких связей передается не только основным элементам каркаса, но и элементам покрытия (прогонам, плитам покрытия и др.). Благодаря этому купола более экономичны по сравнению с обычными плоскими системами, в которых реализуетсяпринцип концентрации материала в несущих конструкциях, а другие элементы выполняют лишь вспомогательные функции.

Наибольшее распространение получили ребристые и ребристо-кольцевые купола. Основными элементами таких куполов являются меридиональные арочные ребра, верхнее кружальное кольцо и нижнее опорное кольцо (рис. 11.1, 11.2). Меридиональные ребра воспринимают сжимающие усилия в оболочке по направлению меридианов и передают их на верхнее и нижнее кольца.

Ребра изготавливают из клееной древесины. Ширина поперечного сечения ребер принимается 140...300 мм, высота предварительно назначается не менее 1/100 диаметра купола. Шаг ребер по нижнему опорному кольцу назначают в пределах 3.. .6 м.

На опорные кольца передаются продольные и поперечные силы. От действия этих усилий нижнее кольцо работает на растяжение, а верхнее — на сжатие. Нижнее кольцо проектируют, как правило, железобетонным, а верхнее — металлическим.

Крепление ребер купола к кольцам осуществляется классическими шарнирами по типу узлов клееных деревянных арок (см. главу 7). Для обеспечения устойчивости ребер из плоскости, а также общей жесткости купола устраивается система связей (см. рис. 11.1, б и 11.2).

Особенности расчета куполов

Основными нагрузками, действующими на купол, являются: собственная масса конструкций покрытия, снеговая нагрузка, нагрузка от подвесного технологического оборудования и для высоких куполов ветровая нагрузка. Для пологих куполов ветровая нагрузка в расчетное сочетание не входит, поскольку разгружает купол. Примерная схема приложения нагрузок на пологие купола дана на рис. 11.1, а. Если угол α = 50° выходит за границы купола, то в формулу для определения максимальной ординаты снеговой нагрузки подставляется угол наклона опорного радиуса (см. рис. 9.4, а).

Методика расчета куполов зависит от типа оболочки и вида действующих нагрузок. Точный расчет куполов весьма сложен. В учебных целях расчет куполов можно выполнять по приближенному, упрощенному методу, который практически не отличается от расчета плоских трехшарнирных арок (см. главу 7). Суть этого метода состоит в разделении пространственной системы на отдельные плоские арки и введении ряда допущений. Основные допущения приближенного метода: две полуарки, прерванные верхним кружальным кольцом, условно рассматриваются как единая арка с шарниром в коньке; при расчете на несимметричные нагрузки упругий отпор арок, расположенныхпод углом к рассматриваемой арке, не учитывается. При отношении f/D< 1/4 ветровая нагрузка не учитывается.

В этом случае пространственная работа не учитывается или учитывается приближенно с помощью коэффициентов условий работы. Более точные методы при ручном расчете достаточно трудоемки, поэтому наиболее целесообразно использовать универсальные программы статического расчета конструкций для ЭВМ.

Нижнее растянутое железобетонное кольцо рассчитывается по нормам и правилам для железобетонных конструкций. Верхнее металлическое кружальное кольцо рассчитывается по нормам и правилам для стальных конструкции. Диаметр верхнего кружального кольца назначается минимальным, исходя из условия размещения требуемого количества меридиональных ребер.

Требуемый момент инерции сечения верхнего кружального кольца находится по формуле

J_к> 1/32 ∙ H / cos α ∙ a² m² /πE(11.1)

По требуемому моменту инерции по сортаменту подбирается соответствующий номер швеллера или конструируется сварной швеллер кружального кольца, которое затем проверяется на устойчивость по формуле

N_к = [ 4π / m]²∙ E J_к / a² ≥ N = H / 2cos α(11.2)

J_к — момент инерции сечения верхнего кружального кольца относительно вертикальной оси;

H — распор арки при расчетном сочетании нагрузок;

а— длина стороны многоугольника;

т— число сторон правильного многоугольника - число ребер (полуарок);

Е — модуль упругости стали;

α — половина внутреннего угла между сторонами многоугольника:

α = (180 – β) / 2, β = 360/m.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 593; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!