Сетчатые цилиндрические оболочки

Сетчатые оболочки

Сетчатые цилиндрические оболочки обладают большой архитектурной выразительностью (см. рис. 39, в). В большепролетных покрытиях общественных зданий применяют оболочки одинарной кривизны, имеющие цилиндрическую форму. Оболочки представляют собой тонкостенные жесткие конструкции с криволинейной поверхностью. Толщина оболочек весьма мала по сравнению с другими ее размерами. Тонкостенность конструкции исключает возможность работы оболочки на поперечный изгиб и обеспечивает ее работу на осевые усилия. Геометрические и статические свойства оболочек зависят от их кривизны и ее непрерывности. Знак кривизны зависит от расположения центров радиусов кривизны по отношению к поверхности. При расположении центров по одну ее сторону К имеет положительное значение, по обе стороны – отрицательное (рис. 40).

Рис. 40. Поверхности двоякой положительной (а) и отрицательной (б) кривизны

К оболочкам положительной гауссовой кривизны относятся все купольные оболочки (сферодид или эллипсоид вращения и т. п.), оболочки переноса (бочарные своды) и т. п. Характерным примером поверхности отрицательной кривизны является гиперболический параболоид, формируемый перемещением параболы с ветвями вверх по параболе с ветвями вниз (рис. 41). Если поверхность оболочки в одном из направлений имеет конечную величину кривизны, а в перпендикулярном ему – нулевую, то ее называют оболочкой одинарной кривизны (цилиндрическая и коническая оболочка – коноид). Оболочки являются пространственными конструкциями как по форме, так и по существу статической работы. Их большая по сравнению с плоскостными конструкциями несущая способность определяется не дополнительным расходом материалов, а только изменением формы конструкции, способствующей повышению ее жесткости.

Рис. 41. Гиперболический параболоид

1 – парабола с вершиной вверх; 2 – парабола с вершиной вниз; 3 – прямолинейные образующие; 4 – пространственный четырехугольник – гипар

Это становится очевидным при сопоставлении конструкций плоской плиты с пространственной конструкцией (длинного цилиндрического свода – оболочки одинарной кривизны), примененных в условиях равенства пролетов и нагрузок (рис. 42).

Рис. 42. Схемы конструкций

а – плоской плиты; б – цилиндрического свода-оболочки; в – цилиндрического свода; 1 - оболочка; 2 – бортовой элемент оболочки; 3 – диафрагма жесткости Большой интерес представляют сборные железобетонные оболочки двоякой кривизны, которые по расходу материалов выгоднее, чем оболочные одинарной кривизны. Распространенным типом покрытия подобного рода является пологая двояковыпуклая оболочка (рис. 43). Контурными диафрагмами оболочки служат железобетонные арки, свод имеет форму многогранника. Каждая грань представляет собой ромбовидную плоскую плиту с контурным и диагональными ребрами. Свод оболочки опирается на четыре колонны, расположенные по углам, благодаря чему, площадь 1600 м2, не имеет промежуточных опор.

Рис. 43. Схема пологой оболочки двойной кривизны размером 40x40 м

К оболочкам двоякой кривизны относятся также оболочки типа гиперболических параболоидов (гипары). Это очень эффективные конструкции для покрытий больших пролетов: они дают возможность создать довольно тонкую оболочку и получить экономию в материале по сравнению с другими оболочками того же пролета. Форма гипаров в плане может быть квадратной, прямоугольной, овальной и т. д. (рис. 44).

Рис. 44. Сетчатые конструкции

Для перекрытия круглых в плане помещений наряду с гладкими применяют ребристые, складчатые или волнистые своды и купола.

Рис. 45. Тонкостенные оболочки двоякой кривизны

а – волнистый купол; б, в – оболочки переноса на прямоугольном и квадратном плане; г – сферическая парусная оболочка на треугольном плане; 1 и 2 – образующая и направляющая оболочки переноса; 3 – диафрагма жесткости Волнистые своды и купола представляют собой варианты оболочек, гладкая поверхность которых заменена волнистой. Применение волнистой поверхности может быть вызвано статическими (устройство светопрозрачных включений по боковой поверхности волн или в их торцах) или композиционными требованиями. Наибольший пролет (206 м) перекрытий такими конструкциями в здании Дворца выставок в Париже. Перекрытие опирается только на три точки и состоит из трех взаимно пересекающихся волнистых парусных фрагментов, образующих сомкнутый свод. Для повышения жесткости и устойчивости конструкции железобетонная оболочка свода выполнена двухслойной с вертикальными связями-диафрагмами (рис. 46) и общий вид (рис. 47).

Рис. 46. Париж. Дворец выставок.

Конструкция сомкнутого трехлоткового свода из многоволновых двухрядных оболочек

Рис. 47. Общий вид Главного павильона Национального центра промышленности и техники в Париже.

Расстояние между опорами — 205,5 м, высота оболочки в ее верхней точке — 46,3 м. Покрытие представляет собой треугольный купол, выполненный по принципу крестового свода Купольные покрытия являются наиболее эффективными с инженерной точки зрения, позволяя с незначительным расходом материалов перекрывать большие пространства. Конструкции куполов могут быть гладкими, ребристыми, ребристо-кольцевыми, кристаллическими, звездчатыми и т. д. (рис.48). При проектировании купольных покрытий необходимо обращать внимание на создание благоприятных акустических условий, так как в залах с купольным покрытием создается концентрация отраженного звука, что вынуждает принимать дополнительные меры по звукопоглощению. Купольное покрытие состоит из оболочки купола, опорного кольца, а иногда и верхнего кольца, если вверху купола имеется центральный проем.

Рис. 48. Оболочки-купола

На рис. 49 приведен пример гладкого монолитного купола диаметром 55 м над зрительным залом оперного театра (г. Новосибирск)

Рис. 49. Купол Новосибирского академического театра оперы и балета Толщина оболочки купола 80 мм.

Железобетонное опорное кольцо имеет сечение 500?800 мм. На рис. 50 изображен вариант металлического ребристо - кольцевого купола, являющегося покрытием зала диаметром 76 м. Ребра купола выполнены из алюминиевого сплава и имеет трехгранную решетчатую форму.

Рис. 50. Проект металлического ребристо-кольцевого купола диаметром 76 м:

а – схема купола; б – сечение ребра

Нижнее опорное кольцо стальное