Для  студентов архитектурных специальностей

Металлические конструкции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ

Перекрестно-стержневыми называются пространственные конструкции покрытия, состоящие из связанных между собой в узлах пересечения балок или ферм, работающих на изгиб в двух или более направлениях. В зависимости от формы и характера соединения этих элементов перекрестно-стержневые конструкции можно разделить на перекрестные балки или фермы, перекрестно-стержневые плиты,    пластинчато-стержневые    системы.

 Перекрестные балки или фермы состоят из вертикальных пересекающихся в двух или трех направлениях ребер (балок или ферм)

В зависимости от расположения ребер по отношению к сторонам перекрываемого плана различают ортогональные ( 196,а—ж); диагональные ( 196,з) и треугольные ( 196, и—«) системы.

Ортогональные и диагональные системы не воспринимают крутящих моментов, ввиду малой крутильной жесткости плоских ребер, поэтому они более металлоемки, чем треугольные. Крутильную жесткость в ортогональных и диагональных системах повышают постановкой диагональных стержней в поясных сетках только в угловых зонах ( 196, б), где действуют максимальные сдвигающие силы, или по всему плану конструкции

Перекрестно-стержневые плиты представляют собой конструкции, состоящие из многократно повторяющихся элементарных ячеек (пирамид, призм и т. д.), построение которых основано на законах кристаллографии ( 197). Такие конструкции называют регулярными системами ( 197, а, б). При нарушении геометрической структуры, например наличии отдельных пропущенных стержней в зонах конструкции с зенитными фонарями, системы становятся нерегулярными, а при организованной нерегулярности — дифференцированными ( 197, в—ж, к, л).

В настоящее время в практике строительства наиболее распространены регулярные ортогональные стержневые системы на основе пентаэдров (полуоктаэдров) ( 197, а) и регулярные на основе равносторонних треугольников-тетраэдров

Перекрестно-стержневые плиты могут иметь одинаковое или различное строение верхней и нижней поясных сеток ( 197, в—е), что в значительной степени влияет на изгибающие и крутящие моменты, возникающие в системе, на ее металлоемкость и трудоемкость изготовления.

Значительный интерес в этом плане представляют малоизученные системы с ортогонально расположенной верхней и диагонально расположенной нижней сетками поясов ( 197, д). В них верхние сжатые стержни проектируют короткими, а растянутые нижние — длинными; число узловых соединений, определяющих трудоемкость изготовления, сокращается на 20—25 %. Такими же достоинствами обладают и более сложные сетки в системах, состоящих из пирамид на шестиугольном и восьмиугольном основаниях ( 197, к—м).

Большое разнообразие планов, перекрываемых с помощью перекрестно-стержневых плит, может быть достигнуто путем комбинированного решения покрытий из пирамид на квадратном, треугольном и шестиугольном основаниях ( 197, л, м). Пластинчато-стержневые (кессонные) системы состоят из тонкостенных алюминиевых пирамид, выполняющих роль среднего слоя в двухпояс-ных конструкциях, что придает им высокую жесткость. Тонкостенные пирамиды на квадратном или треугольном основании выполняют главным образом из алюминиевых сплавов.

В зависимости от положения пирамиды — вершиной вверх или вниз — усиленные ребра основания кессона работают как верхние или нижние пояса системы, а другой пояс образовывают стержневыми элементами, шар-нирно закрепленными в вершинах пирамид.

Компоновочные схемы конструкций из тонкостенных пирамид совпадают со схемами перекрестно-стержневых плит. Перекрестно-стержневые конструкции сопротивляются внешним силам, приложенным в любой точке системы и действующим в любом направлении.

Благодаря пространственной работе перекрестно-стержневой конструкции в ней имеется возможность перераспределения усилий между максимально нагруженными и малонагруженными элементами. В результате повышается эксплуатационная надежность и уменьшается чувствительность конструкции к большим сосредоточенным нагрузкам, сейсмическим воздействиям, подвижным нагрузкам и т. д. Кроме того, эти конструкции обладают высокой жесткостью, что в необходимых случаях позволяет подвешивать крановое оборудование грузоподъемностью до Юти переставлять опоры в процессе эксплуатации здания, а также вдвое снижать строительную высоту конструкции покрытия по сравнению с высотой покрытий по обычным фермам.

В отличие от других типов пространственных конструкций, перекрестно-стержневые обеспечивают простоту устройства плоских малозаносимых снегом, солнцезащитных, водоналивных крыш, а плоская нижняя поверхность с частым шагом узлов облегчает устройство легких подвесных потолков и трансформирующихся стен и перегородок.

Перекрестно-стержневые плиты, состоящие из мелкоразмерных унифицированных стержневых и узловых элементов полной заводской готовности, создают возможность взаимозаменяемости элементов в различных конструктивных формах, которая способствует организации их массового поточного изготовления на высокопроизводительных поточно-механизированных линиях непосредственно на склад завода-изготовителя с последующей комплектацией по заявке заказчика. Благодаря малому размеру и небольшой массе отправочных марок конструкций их компактно транспортируют любым видом транспорта, легко собирают вручную на земле в крупные блоки и монтируют на рабочую отметку с помощью легких самоходных кранов, лебедок или блоков.

Перекрестно-стержневые конструкции обладают прекрасными архитектурно-эстетическими свойствами, позволяющими их применять без подвесного потолка не только в промышленных, но и в зданиях общественного назначения. Известны следующие области рационального применения таких конструкций: в промышленном строительстве — одноэтажные отдельно стоящие и блокированные производственные здания универсального назначения, ангары; в гражданском строительстве — крупные спортивные залы, выставочные павильоны, крытые рынки, покрытия театров и кинотеатров, станции технического обслуживания, гаражи-стоянки; в сельскохозяйственном строительстве—механические мастер-кие по ремонту сельскохозяйственной техники, крытые стоянки и тока, общественные сооружения.

Во всех случаях для заполнения каркасов перекрестно-стержневых конструкций экономически оправдано использование облегченных настилов в виде профилированного стального листа по дополнительным легким прогонам,    или в виде    каркасных    щитов с   обшивкой из древесно - стружечных плит, плоского асбесто-цементного листа, фанеры и т. п.

Оптимальная высота перекрестно - стержневых конструкций зависит от ряда факторов: однотипности элементов, характера опирания покрытия и нагрузок, наличия подвесного транспорта и навесного ограждения, разрежения конструкции.

Оптимальная высота конструкции в значительной степени зависит от характера опорной зоны и количества опор. Так, при опирании на четыре точки даже при наличии развитых опорных капителей оптимальная высота из условия   деформа-

тивности конструкции находится в пределах 7i2—Vis пролета. Оптимальный наклон раскосов исходя из минимального расхода металла и равенства длин всех стержней составляет 45—60°.

Из условия оптимизации для стержневых элементов принимают основной модульный размер (размер поясной сетки в осях узлов) 3 м и дополнительные размеры 1,5,2 и 4,5 м, что соответствует модульной системе, принятой в стране, и способствует широкому формообразованию пространственных конструкций. Наибольшее применение в практике отечественного строительства и за-рубежом получили перекрестно-стержневые конструкции

Перекрестно-стержневыми конструкциями можно перекрывать пролеты до 100 м и более, причем двухпояс-ные (однослойные) системы ( 198, а) предусматривают при пролетах до 60 м. При увеличении пролета до 100 м, из условия сохранения унифицированных элементов, целесообразно переходить на трех- или четырехпо-ясную (двух-или трехслойную) несущую конструкцию ( 198, б—е). Дальнейшее увеличение пролета достигается проектированием комбинированных конструкций в виде решетчатой плиты, подкрепленной выносным шпренгелем, выполняемым из прокатных профилей или высокопрочных канатов. Пример такой конструкции, разработанной МАрхИ, показан на  199.

Перекрестно-стержневые конструкции обладают возможностью создавать разнообразные композиционные решения не только покрытий, но и зданий в целом. Пространственная шатровая форма каркаса в виде куба, четырех- или трехгранной пирамиды и др. достигается высечкой из объемной фигуры, сплошь заполненной образующими пирамидами или призмами, необходимого объема ( 200, а, б) или путем комбинации нужного объема здания из отдельных плоских плит, связанных одна с другой по линиям сопряжения.