Пространственные покрытия

Пространственные покрытия от плоскостных отличаются тем, что тонкая плита оболочки работает преимущественно на сжатие, а растягивающие усилия рационально сосредоточены в контурных элементах, причем все эти элементы работают в разных плоскостях. Основными видами пространственных покрытий являются: свод, оболочки одинарной и двоякой кривизны, гипары.

Свод — в архитектуре тип перекрытия или покрытия сооружений, конструкция, которая образуется выпуклой криволинейной поверхностью.

Рис. 9.24. Основные формы сводов:
а — гладкий свод и его опорные реакции, б - ребристый, в—д — сомкнутый, е — зеркальный, ж - цилиндрический, и - крестовый

Своды позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор, используются преимущественно в круглых, многоугольных или эллиптических в плане помещениях.

Оболочки бывают одинарной и двоякой кривизны. Первые представляют собой цилиндрические или конические поверхности. Оболочки двоякой кривизны могут быть и оболочками вращения с криволинейной образующей (купол, гиперболический параболоид, эллипсоид вращения, поверхность тора и др.).

Оболочки одинарной кривизны делятся на цилиндрические, конические, коноидальные.

Виды оболочек одинарной кривизны: а - цилиндрическая; б - коническая; 1 - диафрагма; 2 - бортовой элемент

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, выпукло-вогнутые (седловидные) оболочки, бочарные своды, волнистые своды, очертание которых в поперечном сечении может быть криволинейным или складчатым.

Виды оболочек двоякой кривизны: а - оболочка вращения; б, в - оболочки переноса положительной и отрицательной Гауссовой кривизны; г - волнистый свод; д - висячая оболочка; 1 - опорное кольцо; 2 - диафрагма; 3 - затяжка

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

В железобетонных тонкостенных покрытиях необходимо стремиться к тому, чтобы бетон использовался в работе на сжатие по максимально большей части поверхности, 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.

Гипар (сокращение от гиперболический параболоид)- самая простая форма предварительно напряженной мембраны отрицательной гауссовой кривизны. Но несмотря на простоту поверхности, мембраны такой формы обладают очень высокими показателями устойчивости и несущей способности. Используются как отдельно стоящие гипары так и сблокированные из нескольких модулей.

Рис. 1. Способы образования поверхности гипара: а, г - образование поверхности переносом параболы; б - то же. прямой по скрещивающимся направляющим; в - пространственный прямоугольник

Гипар принадлежит к поверхностям двоякой разнозначной кривизны - центры его кривизны лежат по разные стороны поверхности. Используют три способа его графического построения (рис.1). Поверхность гипара может быть образована:

- плоскопараллельным перемещением образующей параболы по направляющей параболе (параболы имеют кривизны разного знака);

- скольжением образующей прямой по .двум скрещивающимся в пространстве прямолинейным направляющим,

- смещением по вертикали углов плоского четырехугольника, который становится пространственным.

В сечениях гипара плоскостями, параллельными координатным плоскостям xOz и yOz, лежат параболы; в сечениях плоскостями, параллельными плоскости хОу, - гиперболы. Отсюда название поверхности - гиперболический параболоид.

Покрытия из гипаров бывают одиночными и составными, в виде сочетаний нескольких элементов оболочки, одно- и многопролетными. Вдоль линий сопряжения устраивают ребра жесткости.

В архитектурной практике чаще всего используются гипары с прямолинейным контуром. Известны также покрытия с криволинейным контуром из трех и более элементов.

Гипары имеют две разновидности: в одном случае линии главной кривизны поверхности направлены вдоль диагоналей основания, в другом - линии главной кривизны параллельны сторонам.

Для покрытий чаше всего применяют пологие оболочки, что определяется возможностями унификации сборных элементов и условиями возведения оболочек.

Гипары проектируют с опиранием по контуру на стены, фермы, арки, рамы, балки и другие конструкции, называемые диафрагмами, кроме того, они могут иметь точечное опирание в углах на пилоны (контрфорсы) или фундаменты.