Основные формы пространственных КДП. Классификации пространственных конструкций по признакам геометрической формы и конструктивного решения

Пространственные конструкции, в отличие от конструкций плоскостных, расположены не в параллельных плоскостях, а имеют пересечения или образуют единую сложную геометрическую форму, перекрывая пространство не в одном, а в двух направлениях. Поэтому и усилия в пространственных конструкциях распределены не в одном направлении (как в балках - вдоль оси балки, образуя одноосное напряженное состояние), а как минимум в двух направлениях, перпендикулярных поперечной нагрузке. В силу работы конструкции в разных направлениях, а также в силу многократной статической неопределимости системы, материал используется более эффективно. Пространственные конструкции по сравнению с плоскостными менее материалоемкие, более легкие, что, в частности, позволяет перекрывать большие пролеты.

Элементы пространственной работы конструкции имеют место и в конструкциях плоскостных. В частности, незначительный эффект пространственной работы имеет место при приложении к зданию из плоских каркасов неравномерной по длине здания нагрузки.

Таким образом преимуществами пространственных конструкций являются их низкая материалоемкость, повышенная жесткость, эстетическая выразительность форм. Недостатки - сложность изготовления и монтажа, а также снижение прочности в узлах, плохая работа на восприятие локальных и несимметричных нагрузок.

Классификации пространственных конструкций в силу их исключительного многообразия имеют условное значение и различны в зависимости от признака, положенного в основу классификации.

Классификация по геометрическому признаку:

· Пространственные конструкции, образующие одну плоскость. Могут быть металлодеревянными, сплошностенчатыми (системы перекрестных балок (СПБ)) или стержневыми (структурные конструкции).

· Пространственные конструкции, состоящие из нескольких пересекающихся плоских элементов (складки, рис. 20.2). При проектировании складчатых конструкций необходимо решать проблемы с повышенными снеговыми отложениями и водоотведением, а также с конструктивным устройством линий сопряжений складок.

· Пространственные конструкции, образующие поверхности нулевой Гауссовой кривизны – это цилиндрические оболочки: открытые и замкнутые; короткие, средней длины и длинные; своды и коноиды, висячие «обратные» своды. Эффективность последних обеспечена хорошей работой древесины на растяжение, а также отсутствием требований устойчивости (рис. 20.3).

· Пространственные конструкции, образующие поверхности положительной Гауссовой кривизны (купола, пологие оболочки двоякой кривизны на прямоугольном плане).

· Пространственные конструкции, образующие поверхности отрицательной Гауссовой кривизны (гипары) (рис. 20.5), в том числе с использованием деревянных вант.

· Пространственные конструкции смешанного и комбинированного типа .

Рис. 20.2. Складчатые конструкции

Рис. 20.3. Цилиндрические оболочки: длинная (а), короткая; свод, опертый по контуру

Кроме того, с геометрической точки зрения выделяют оболочки вращения и оболочки переноса.

Одна и та же конструктивная форма может быть образована при помощи различных конструктивных решений. Поэтому имеет место классификация по конструктивным признакам:

· ребристая система.

· тонкостенная система.

· система, образованная вписанными в данную поверхность плоскими элементами

Например геометрическая форма в виде купола может быть реализована при помощи :

· меридиональных несущих ребер (рис.20.6, а ),

· ребер, направленных по винтовой поверхности (сетчатые купола из отдельных «косяков») (рис.20.6, б )

· нескольких перекрестных дощатых слоев, подкрепленных часто поставленными меридиональными и кольцевыми ребрами, образующих поверхность, которую можно рассматривать как поверхность одной толщины (рис.20.6, в )

· плоских элементов и подкрепляющих стержней, образующих вписанный в сферу многогранник (геодезический купол, купол складчатый, купол шатровый) (рис.20.6, г )

Рис. 20.6. Многогранный купол

Рис. 20.7. Расчетная схема пологой оболочки