Состояние вопроса.

Страница 11

В 1942 г. Менгеринхаузеном в Германии предложено первое конструктивное решение металлической структуры. В 1944-1945 гг. Ваксманн по заданию американского правительства разработал перекрестно-стержневую конструкцию для ангара размером 116x236 м. Конструкция покрытия из металлических труб представляла собой горизонтально расположенную стержневую плиту с консольными свесами и опиранием в нескольких местах. По мнению Ваксманна, сооружение можно было расширять путем добавления стержней и узлов.

С 60-х годов, когда были найдены рациональные решения схем, узлов и появились методы расчета на ЭВМ сложных многократно статически неопределимых конструкций, решетчатые пространственные покрытия получили бурное развитие в мировой строительной практике и среди прогрессивных конструкций выдвинулись на одно из первых мест. Экономичность по расходу металла, индустриальность изготовления, активное участие архитекторов в эстетическом осмыслении этих конструкций способствовали появлению различных пространственных систем, характеризующихся богатым многообразием форм. В целом все решетчатые пространственные конструкции можно разделить на две основные группы: перекрестно-стержневые конструкции и сетчатые оболочки.

Стержневые плиты.

Конструктивная характеристика стержневых плит

Типы ячеек стержневых плит позволяют компоновать покрытия любой формы в плане - квадратной, прямоугольной, треугольной, шестиугольной, криволинейного и произвольного очертания. Основным условием при назначении формы плиты (имеется в виду очертание формы на участке между опорами) является обеспечение пространственной работы конструкции покрытия, т.е. воспринятия ею расчетных усилий в двух или трех направлениях. Только при таком подходе к применению стержневых плит покрытие будет легким и экономичным.

Для стержневых плит с квадратной ячейкой наиболее рациональна квадратная форма плана, в этом случае конструкция работает равноценно в обоих направлениях. При переходе к прямоугольной форме плана изгибающие моменты в коротком и длинном направлениях плиты становятся различными по значению. Уже при соотношении сторон прямоугольника 1:0,8 в плите с опиранием по контуру влияние изгибающих моментов в коротком направлении увеличивается в 1,56 раза, а в плите с опиранием по углам на четыре колонны влияние изгибающих моментов в длинном направлении возрастает в 2,25. При дальнейшем увеличении отношения сторон прямоугольника применение плит с ортогональной поясной сеткой становится нецелесообразным, поскольку практически всю нагрузку воспринимают фермы одного направления. При диагональном расположении поясной сетки под углом 45° к контуру плиты возможно соотношение сторон и более 1:0,8 [3]. Плиты с квадратной и шестиугольной ячейками состоят из геометрически изменяемых стержневых призм и пирамид, вследствие чего они не могут под нагрузкой работать на кручение. При назначении различных консольных свесов покрытий и перекрытий необходимо следить за тем, чтобы изгиб консольных участков в основном был вдоль вылета. Из соображений жесткости консолей их вылет не должен превышать пять высот поперечного сечения плиты. Плиты с треугольными поясными ячейками имеют геометрически неизменяемую пространственную сетку и являются более жесткими. Они удобны для сложных планов с разнообразными консолями. Однако такие плиты более сложны в конструктивном отношении и более трудоемки при монтаже из-за большего числа элементов.

Пространственный характер работы стержневой плиты позволяет назначать высоту поперечного сечения покрытия h в пределах 1/15-1/30 пролета. Необходимо помнить, что высота покрытия, прежде всего, определяется очертанием сооружения в плане и условиями опирания плиты.

Следующим генеральным размером стержневой плиты является размер поясной ячейки. Обычно размер стороны ячейки назначают 1,2-3 м. В этом случае кровля оказывается простой по конструкции и легкой. Если покрытие монтируют из отдельных стержней "россыпью", то целесообразно унифицировать длину раскосов и элементов поясов. В частности, при пентаэдрах из однотипных стержней размер панели поясов составляет h/cos45 = l,4142h, при тетраэдрах - h/sin54°44/08/- 1,2247h (где h - расстояние между поясами плиты). Опирание стержневых плит.

Расположение опор для стержневых плит определяется архитектурно-планировочным решением помещений. Одно из существенных преимуществ плит - возможность размещения опор в любой зоне конструкции в соответствии с замыслом архитектора. Однако эта возможность не освобождает от требований заставить покрытие работать пространственно, т.е. под действием нагрузки воспринимать усилия в двух или трех направлениях. На рисунке 1.10 приведены основные варианты симметричного размещения опор в простейших случаях. Аналогично решается расположение колонн для покрытий с трапециевидным, шестиугольным и другим очертанием в плане. При назначении той или иной схемы опирания плит наряду с архитектурно-планировочными соображениями необходимо учитывать следующие конструктивные свойства.