Распорные плоскостные конструкции

К основным распорным конструкциям относятся рамы и арки (цилиндрические своды, опертые на фундаменты по всей длине, можно рассматривать как разновидность арки со значительно увеличенной шириной). Рамы могут быть разнообразного очертания как с одним пролетом, так и со многими. Чем сложнее рама, тем большему числу ограничительных условий она должна удовлетворять, например в отношении надежности фундаментов, распределения нагрузок и т. п. Поэтому чаще всего в практике строительства применяют однопролетные рамы П-образного очертания. Из однопролетных рам, комбинируя их с балками, можно получить конструкции разнообразных очертаний с разным числом пролетов.

Арки чаще всего проектируются кругового очертания, так как такие арки выполняются просто как в монолитном, так и в сборном варианте. Однако ось арки может быть очерчена и в виде других плавных кривых, например параболы и эллипса, а также кривых, состоящих из отрезков окружностей разных радиусов.

Рамы и арки могут быть бесшарнирными с жесткой заделкой опор, двухшарнирными (сшарнирнымопи-ранием на фундамент) и трехшарнирными, у которых помимо двух шарниров на опорах есть еще один, который обычно располагают посередине пролета (рис, XII. 13).

Бесшарнирные рамы и арки особенно чувствительны к неравномерным осадкам опор, поэтому их проектируют только на надежных основаниях, не допускающих таких осадков. В то же время среди распорных конструкций бесшарнирные рамы и арки наиболее экономичны по расходу материала; величина распора, т. е. горизонтальная составляющая реакции, в бесшарнирных наименьшая по сравнению с другими. Вместе с тем двухшарнирные рамы и арки менее чувствительным к небольшим осадкам грунта, чем бесшарнирные.

Трехшарнирные рамы и арки еще менее чувствительны к неравномерным осадкам, зато распор у них еще больше, чем у двухшарнирных, и тем более бесшарнирных. Важное преимущество трехшарнирных арок и рам заключается в том, что их можно заранее изготавливать из двух одинаковых частей и монтировать простым соединением в шарнирах.

Что касается очертаний П-образных рам и круговых арок, то при рациональном распределении в этих конструкциях материала они имеют одинаковые формы сечения в пролетах и у опор только в бесшарнирных вариантах. При наличии шарниров высота сечения их у шарниров уменьшается в 2...3 раза. На рис. XII.13 наглядно показаны очертания рам и арок в зависимости от наличия шарниров, а в прилагаемой таблице даются примерные высоты сечений этих конструкций относительно пролета. Ширина сечений у железобетонных рам и арок принимается обычно в пределах 1/2- 1/4 его высоты.

Распорные конструкции требуют выполнения особого вида фундаментов, тем больше развитого во внешнюю сторону от пролета, чем больше распор, который, как известно, увеличивается с увеличением числа шарниров и при уменьшении отношения высоты сечения конструкции к пролету. Это вытекает из известного требования к фундаментам, по которому равнодействующая опорных реакций не должна выходить за пределы средней трети подошвы фундамента, В случае значительного распора подошве придается уклон, близкий к нормали на равнодействующую, что предупреждает возможность сдвига фундамента под воздействием этого распора.

Все плоскостные распорные конструкции обладают достаточной жесткостью в своей плоскости. Но в другом направлении — из плоскости — такой жесткостью они не обладают.

В этом направлении пространственная жесткость системы в целом обеспечивается теми же способами, которые применяют в стоечно-связевой системе, т. е, включением связей или стенок жесткости в каждом продольном ряду вертикальных опор, В арочном покрытии этого же результата можно достигнуть замоноличиванием плит покрытия криволинейного очертания.

Для уменьшения изгибающих моментов в рамах, а тем самым уменьшения высоты их сечения, применяют консольные выносы, расположенные в продолжении ригелей и загруженные соответствующим образом. Таким решением можно почти полностью избавиться от распора, т. е. проектировать фундаменты как под обычную безраспорную конструкцию (рис. XII,14,а). Безраспорности арки можно полностью достигнуть, соединив ее опоры металлической затяжкой, которую обычно располагают под уровнем пола (рис. XII.14,б). Такие безраспорные арки с затяжками можно устанавливать на колонны и стены подобно балкам или фермам. При проектировании многопролетных рам их удобно комбинировать с балочными вставками, опертыми на консольные выносы П-образных рам. На том же рисунке схематически показаны примеры решения опорных шарниров, применяемых в распорных конструкциях.

Своды, которые можно рассматривать как разновидность арок большой ширины, в настоящее время изготовляются преимущественно из железобетона, реже из бетона или камня. Наиболее простую конструкцию представляют собой гладкие цилиндрические своды, опирающиеся по всей длине своими нижними краями на фундаменты (рис. XII. 15, а). Более прогрессивный вид цилиндрического свода представляет собой ребристый свод, собираемый из однотипных железобетонных плит, окаймленных ребрами. Основными несущими элементами служат поперечные ребра, представляющие бой несущие арки, и продольные ребра, являющиеся связями.

Высота поперечных ребер, при их шаге 1.. .2 м составляет 1/70…1/100 пролета продольных — 10.. .20 см, толщина плиты между ребрами 3.. .4 см. При отсутствии плит между ребрами и замене их любым несущим материалом например стеклом, свод превращается в сетчатый.

Комбинируя пересекающиеся между собой цилиндрические поверхности, можно получить сомкнутый на прямоугольном или квадратном плане свод, многогранный купол, четырехгранный с горизонтальной вставкой, так называемый зеркальный свод, а также цилиндрический свод с врезкой цилиндров меньших размеров, называемый еще сводом с распалубками. Свод, образуемый пересечением двух цилиндров, открытых наружу, на квадратном плане, называется крестовым сводом, который в отличие от остальных сводов опирается на четыре стоящие отдельно фундамента.

На рис. XII. 16 показано несколько приемов передачи распора на массив и на затяжки. Цилиндрические своды, установленные на колонны без затяжек, представляют при оформлении интерьера здания одну из интересных архитектурных задач, На рис. XII. 16, а показано одно из таких решений. Согласно этому решению ряд арок опирается на ригели рам, стойки которых представляют собой колонны, размещенные внутри здания. Распор от этих арок, кроме крайних, взаимно погашается на ригелях поперечных рам, на которые они оперты. Распор же крайних арок передается на монолитную плиту покрытия и на стены, на которые она опирается.

Отдельно стоящий цилиндрический свод также опирается на ригели рам, размеры которых позволяют принимать распор и передавать его на стойки. Однако при отсутствии конструкции, которая могла бы передать этот распор на фундаменты, его можно погасить только затяжками. В случае крестового свода, реактивные усилия от него сосредоточены непосредственно на четырех опорах. Для восприятия и погашения распора необходимо предусмотреть затяжки, попарно объединяющие все четыре колонны, либо устроить контрфорсы, как это принято в готических соборах.

Наряду с каменным материалом дерево тоже может быть использовано как материал для изготовления рам и арок, особенно с использованием клееной древесины. Как правило, их делают двух-, трехшарнирными, с изготовлением в мастерских и монтажом на стройке.

Устанавливаются деревянные рамы и арки с шагом не более 3...4 м и применяются для пролетов до 15,20 м.

Покрытия по деревянным рамам и аркам выполняют либо из брусьев, уложенных с шагом 1 ... 1,5 м, с двумя слоями досок поверх них, либо из деревоплиты, панели которой собираются из досок или брусьев, поставленных на ребро, плотно сбитых гвоздями или соединенных с помощью синтетического клея. Высота деревоплиты принимается примерно 1/20 от шага накрываемых ею конструкций.

Конструируются металлические фермы с применением прокатных уголковых и швеллерных профилей.

При пролетах более 40... 50 м и при больших нагрузках эти профили рационально заменить трубчатыми или коробчатыми сечениями.

Подстропильные фермы из металла проектируются по тому же принципу, что и несущие фермы с той только разницей, что нижний пояс их должен быть достаточно широк, или иметь уширения в местах опирания несущих ферм.

По балкам и фермам укладываются, как правило, типовые ребристые плиты заводского изготовления, приведенные в гл. XXII. Иногда снизу фермы закрываются подвесным потолком, над которым обычно размещаются вентиляционные, электроразводящие и другие установки. Если вместо подвесного потолка по нижнему поясу ферм уложить плиты перекрытия, то образованное таким образом межферменное пространство может быть использовано не только для проводки коммуникаций, но и как дополнительные служебные помещения.

Укладка многопустотных плит может производиться непосредственно на нижний пояс железобетонных ферм или на уголки, приваренные с боков к этому поясу.

Деревянные балки в покрытиях одноэтажных зданий с пролетами в 12 м и более выполняются гвоздевыми, составленными из брусков и досок, и клееными — из досок, уложенных плашмя и прочно соединенных между собой синтетическим клеем. Гвоздевые балки имеют сшитую на гвоздях стенку из двух слоев досок, наклоненных в разные стороны под углом в 45°. Верхний и нижний пояса этих балок образуются нашитыми с двух сторон продольными брусьями, соединенными между собой вертикальными накладками. Высота таких балок 1/6-1/8 пролета. Клееные балки до 12 м длины имеют прямоугольное сечение, а более длинные — двутавровое. Высота их принимается 1/10 – 1/12 пролета.

Деревянные фермы из брусьев и досок применяют для пролетов в 15 м и более.

Покрытие по деревянным балкам и фермам выполняют либо в виде двухслойного дощатого настила, уложенного на брусья (прогоны), опертые на несущую конструкцию, либо в виде щитов из деревоплиты. Эти щиты представляют собой ряд брусков толщиной 60... 120 мм и высотой 100...

240 мм, плотно соединенных между собой на гвоздях или на клею. И такие щиты длиной 3... 6 м укладывают поверх балок и ферм, после чего по ним прибивается настил из досок, уложенных под углом в 45° к направлению щитов, и укладывается слой гидроизоляции.

Следует заметить, что деревянные конструкции покрытия должны быть надежно защищены от гниения и возгорания. Обычно это делается пропиткой древесины антипиренами. Но может быть применен и другой способ защиты, например покрытие всех видимых поверхностей специальной штукатуркой или устройством подвесных потолков из несгораемых материалов.

Деревянные клееные конструкции покрытия перспективны. Их допускается применять в зданиях гражданского назначения II класса по капитальности, таких, как спортивные залы, общественные центры и т. п.