/
Похожие
Текст
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ
ПОКРЫТИЯ
(КОНСТРУКЦИИ И МЕТОДЫ ВОЗВЕДЕНИЯ)'
Под общей редакцией Г. РЮЛЕ
В двух томах
т о м П
МЕТАЛЛ, ПЛАСТМАССЫ, КЕРАМИКА, ДЕРЕВО
Перевод с немецкого С. Б. Ермолова
МОСКВА, СТРОИИЗДАТ, 1974
УДК 69.024.4
Научный редактор перевода д-р техн, наук проф. В. В. Е р м о л о в
Авторы: Г. Рюле, Г. Аккерман, У. Бекман, Х.-П. Мош,
О. П а це л ь т, Р. Шульц
Пространственные покрытия. (Конструкции и методы возведе-
ния). В 2-х т. Под общей редакцией Г. Рюле. Т. II. Металл, пласт-
массы, дерево, керамика. Пер. с нем. С. Б. Ермолова. М., Стройиз-
дат, 1974, 247 с. Авт.: Рюле Г., Аккерман Г., Бекман У. и др.
Во II томе рассмотрены висячие покрытия, пространственные
конструкции из металла и пластмасс, .пневматические и тентовые кон-
струкции, а также оболочки из дерева и керамики. Приводится клас-
сификация пространственных покрытий. Дается обзор инженерных
методов расчета оболочек и других пространственных систем, реко-
мендации по конструированию, способам изготовления и монтажа.
Книга хорошо иллюстрирована, снабжена обширной библиографией.
Том I выпущен в 1973 г. Он посвящен проектированию прост-
ранственных конструкций покрытий — оболочек и складок из желе-
зобетона и армоцемента.
Книга предназначена для инженерно-технических работников и
архитекторов.
Табл. 30, ил. 413, список лит.: 172 назв.
Н. Ruble, G. Ackermann, U. Beckmann, H.-P. Mosch, О. Patzelt, R. Schulz
RAUMLICHE DACHTRAGWERKE
Konstruktion und Ausfiihrung
Band II Stahl, Plaste, Keramik, Holz
VEB Ver lag fur Batiwesen
Berlin — 1970
30205—735
П47(01)—74 89 74
© Перевод на русский язык, Стройиздат, 1974
ОТ РЕДАКЦИИ
Второй том книги «Пространственные покрытия», написанной
коллективом авторов ГДР под руководством Г. Рюле, издается в
русском переводе с некоторыми изменениями. В частности, в перево-
де опущена глава, посвященная устройству кровель, водостоков и
других элементов пространственных покрытий (автор Х.-П. Мош);
значительная часть материала этой главы включена в главу 4. Гла-
вы 5 «Керамические оболочки» и 6 «Деревянные оболочки» в немец-
ком издании были помещены в первом томе. При переводе и редакти-
ровании исправлены замеченные неточности.
Глава I написана Г. Аккерманом и У. Бекманом, глава 2 —
О. Пацельтом, глава 3 — Г. Рюле и Р. Шульцем, главы 4—6 —
Г. Рюле.
Зак, 283
ВВЕДЕНИЕ
Появление оболочек в классическом железобетоне ознаменовало по
существу начало целенаправленной работы по созданию облегченных конструктивных
форм покрытий. Сформировавшиеся на основе обширных исследований и практичес-
кого опыта принципы конструирования, развитие и совершенствование методов строи-
тельства позволили примерно за 40 лет заметно повысить эффективность железобетон-
ных пространственных покрытий. Обстоятельный анализ этого развития и основных
его достижений дан .в первом томе книги «Пространственные покрытия».
Создание облегченных конструкций стало в последнее время общей тенденцией
современного строительства; открывающиеся в связи с этим возможности и перспек-
тивы весьма велики и еще не (раскрыты полностью. Решающее значение здесь опять-
таки имеет использование эффекта пространственной работы конструкций, выполняе-
мых из стали или из совершенно новых материалов, таких, как пластмассы.
Разработка облегченных конструкций представляет собой метод научно обоснован-
ного конструирования, причем его конечная цель может быть достигнута разработкой
рациональных конструктивных форм, обеспечивающих максимально эффективное ис-
пользование свойств существующих материалов (конструкции облегченных форм), и
соответствующим выбором и применением новых материалов (конструкции из легких
материалов). Речь идет, таким образом, не столько о простой замене одних конструк-
ционных материалов другими, сколько о применении легких материалов (и в особен-
ности их комбинаций) для создания наиболее легких и экономичных конструкций,
удовлетворяющих всем условиям технологии изготовления. Решение этой задачи ос-
ложняется постоянно растущими функциональными требованиями к зданиям и соо-
ружениям.
Характерная черта современного этапа в проектировании конструкций—развитие
системного подхода и сокращение разрыва во времени между разработкой конструк-
тивной идеи и ее широкой практической реализацией. О высоком уровне современного
строительного проектирования свидетельствует создание таких пространственных сис-
тем, как вантовые покрытия, легкие металлические структуры, пневматические конст-
рукции, пластмассовые оболочки. Здесь еще более быстрыми темпами, чем при разви-
тии железобетонных оболочек, происходит становление многообразных конструктивных
форм и совершенствование методов возведения конструкций.
Во втором томе книги «Пространственные покрытия» содержится информация о
состоянии и тенденциях развития новых облегченных конструкций покрытий, освеще-
ние накопленного в этой области практического опыта. Естественно, что многие про-
блемы еще не исследованы, а конструктивные принципы находятся в ряде случаев на
стадии становления. Однако необходимость решения этих вопросов сама по себе уже
является стимулом для дальнейшей научно-технической работы. Именно с этой точки
зрения и следует оценивать принятую авторами систему изложения материала в от-
дельных главах.
Авторы выражают самую сердечную признательность всем, кто своим личным уча-
стием или предоставлением материалов .внес вклад .в создание этой .книги.
Дрезден, декабрь 1969 г.
Г. РЮЛЕ
Глава 1
ВАНТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Когда в 1834 г. был изобретен проволочный трос, это оз-
начало появление конструктивного элемента, незаменимого во многих
отраслях современной техники, что определяется его замечательными
свойствами — высокой прочностью при малом весе, гибкостью, долго-
вечностью. В строительстве проволочные тросы были впервые примене-
ны в качестве несущих элементов висячих мостов, а затем и в больше-
пролетных висячих покрытиях. Прообразы таких покрытий—палатки
или шатры; их мягкая оболочка (мембрана) является одновременно и
ограждающей, и несущей конструкцией покрытия. В вантовых (тросо-
вых) покрытиях эти функции разделены: несущими элементами явля-
ются тросы, а ограждением — конструкция заполнения (кровли).
Впервые вантовые покрытия были сооружены В. Г. Шуховым в Рос-
сии (в Нижнем Новгороде) еще в 1896 г. Однако только постройка
Рэлей-арены в США (1952 г.) наглядно продемонстрировала широкие
возможности применения тросов в конструкциях покрытий1. С тех пор
в мире сооружено множество вантовых покрытий различных форм и
конструктивных систем с использованием разнообразных методов стро-
ительства.
Висячие покрытия оказываются наиболее экономичными по срав-
нению с другими конструкциями в тех случаях, когда требуется пере-
крывать средние и большие пролеты без внутренних опор. Уже сущест-
вуют висячие покрытия пролетом до 130 м. На основе дальнейшего раз-
вития конструктивных форм покрытий пролеты могут быть еще больше.
В висячих покрытиях на несущие элементы (тросы) расходуется при-
мерно 5—6 кг стали на 1 м2 перекрываемой площади. Вантовые конст-
рукции имеют высокую степень готовности; монтаж их, как правило,
несложен и требует немного времени.
Наиболее обширная область применения висячих (вантовых) по-
крытий— общественные сооружения; эти конструкции целесообразно
использовать также для производственных и складских зданий. Расту-
щая потребность в наиболее эффективных строительных конструкциях,
имеющих возможно меньший вес и полностью использующих резервы
прочности материалов, постоянное совершенствование свойств материа-
лов, весь ход экономического и социального развития создают весьма
1 Вантовое покрытие Рэлей-арены — эллиптическое в плане, размером 97x92 м.—
Прим. пер.
5
^благоприятные перспективы для дальнейшего совершенствования ван-
товых конструкций.
1. СТАТИКА ВАНТОВЫХ СИСТЕМ
ОСНОВЫ РАСЧЕТА
Однопролетный, абсолютно гибкий трос (нить), подвешенный к
двум жестким опорам, передает приложенную к нему нагрузку q(x) на
<опору в виде усилий S (рис. 1.1). В отличие от жестких балок или
арок, в которых нагрузка вызывает малые по величине упругие переме-
щения, очертание оси нити определяется в основном большими кинема-
тическими перемещениями отдельных ее точек и мало зависит от жест-
кости EF нити при растяжении. К таким системам, отличающимся боль-
шой кинематической подвижностью, уже неприменимы некоторые из
обычно используемых в статике упрощений, в частности принцип су-
перпозиции (независимости действия сил). Вантовые конструкции сле-
дует, таким образом, рассчитывать с учетом геометрической нелиней-
ности.
Для невесомой и нерастяжимой пологой нити (при ///>10, где / —
пролет нити; I—стрела провеса) уравнение оси имеет вид:
d2 у
Н = ~с> (ХУ> 0)
d х2
его решение
# = — ~ jj Я (х) d № + Сх лс + С2; (2)
постоянные интегрирования Ci и С2 при заданной нагрузке q(x) опре-
деляются взаимным расположением опор. В табл. 1.1 приведены урав-
нения оси нити с опорами в одном уровне (рис. 1.1,о) для некоторых
схем загружения. Очертание оси нити однозначно определяется задан-
ной величиной горизонтальной составляющей опорной реакции Н или
стрелы провеса /.
Длина нити
£ = ( 1/[ h+v dx=z f + dx’ (3)
V o’ I 2 \dxJ J ь' 2//2 /
где dyldx=QIH-, Q—поперечная сила для свободно опертой однопро-
летной балки. При постоянном Н
L = l+ —-1— f Q2 d х = I + . (4)
г2№ J ^2Н2
о
Значения jD=J Q2dx приведены в табл. 1.1. Из выражения (4), при
заданной длине нити L
<S)
6
Рис. 1.1. Расчетная схема
одиночного троса (гибкой ни-
ти)
а — с точками подвеса в одном
уровне; б — в разных уровнях
[1Ш11ДШ1ШП11ПЙЛ1ШШ111П]
С учетом растяжимости нити выражение (4) принимает вид:
откуда получается кубическое уравнение относительно Н
EF DEF
tP + (L-l)— (7>
При расположении опор в разных уровнях с превышением h—
= Ztgcp (рис. 1.1,6) уравнения (4) и (7) видоизменяются [1.1].
Если допущение о невесомости нити использовать нельзя, то урав-
нение (1) принимает в’ид:
ил W \ и. X /
где g— погонный вес нерастяжимой нити. Решения уравнения (8) для
некоторых схем загружения .приведены в [1.2].
Однопролетная нить под нагрузкой q(x) (рис. 1.1) представляет,
собой устойчивую геометрически изменяемую систему. Если же нагруз-
ка меняет знак (например, при ветровом отсосе [я(х)=—<?(*)])» сис-
тема становится неустойчивой и уже не может быть использована как
оо Таблица i.i
Формулы для расчета однопролетного троса с точками подвеса в одном уровне
Схема нагрузки Уравнение оси Максимальная стрела провеса D = f Q* dx
1 41111 iirimim qP У = ~7777' (£-£2) Zn qP f = ~ при 5 = 0,500 on q*P 12
* р У = '.777 К2 91 + 9г) Е — 3 Qi 52 + on + (9i — 9г) 58] 1 - „ 91 ± 3 F 3 (9? + 919г + 9г) при 5- 91 — 9г (91+92) 73' 45 + 7 q^P Ф 180
к- 3? г; । I qP 9 (2 / == при g — 0,577 9 У 3 Н <?г73 45
4 4 ЩТ+^^ттГТф _ t/z [ Z/Z | q P 91 - J2H (3 5-6 52 + 4 £3) qP f=~y— при Е = 0,500 ’ 24/7 р ь дгР 80
5 /‘ Pjb , 0 _ z/z _ [ _ t/г _ | qP У1-~7Г (3 5-4 52) о ti qP Уъ- Лц О П 9 qP f = , при 5 — 0,375 ' 128 Н н 5 д*Р 192
Уравнение оси
Схема нагрузки
6 ?'1 Z/7 HllllllLl^z /2 У1 — „ „ 1(3 <71 + 9г) 5—4 <71 £2] О п I2 У*- ян 1<5 <72-91) 5-4 92 52) О П
7 О—, г PZ ,
/ 1 J/7 , 2 1/2 Ух ~ 2 Н £
8 О Г 1 —Г^ а' 3 Pl V „ л= н 5 92 «= (1-5) п
|Р |Р У1 = (2 — 2 С — 1)5
' I 2 I 17 «/2= [(1-2 С-1) 5 +С]
g I с J н
Уз~ (2 C + D (1-5)
Продолжение табл. 1.1
Максимальная стрела провеса D = J Q2 dx
F ( ?2 /== 128Н |^ + С^+ qi ) при 5- (з+ ) ° \ <71 / 5 (<?f + ql) Р , 1S2 + <71<7г/3 + 32
Р1 Р2/
при 5 = 0,500 4 И 4
Р1 С С' /= н при £ = ? Р2 СС 1
Pl с f~ (2-2 С-1) при 5 = С п t= -^-(2С-2С2-ЗХС+1-12) н при £ «= С +1 Р21 [4 Х(1-1-С) + + 1 V-ЭД
Обозначения: £ = x//; t = ajl‘, (.'—а'/Г, & = с/1.
Продолжение Табл. 1.1
Максимальная стрела провеса D = j Q> dx
_ 1 Г <?/2 > р2 GT Н | 8 2 g 7 I р С \| 1 2 ql Л 1 , Р г при g — + 2 ql V Г ' Р2 -2 f = —— = _ л- И L 8 2 g - / i Р 'С \1 + Pl Ч 9 + / \ 2 ql /J q2 la ~- + gP «' P + + P2 CC I
„ 1 Р С
при-Л = —— ——~
; ; 2 ql
1 ( qP * \ П \ О J при £ = 0,500 g2 P y— + 2gPCC P+ + 2 P2 U
несущая конструкция. Поэтому необходимы специальные конструктив-
ные мероприятия, обеспечивающие устойчивость системы при любых
возможных нагрузках.
СПОСОБЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ГИБКИХ ТРОСОВ
Стабилизация пригрузкой (рис. 1.2, а). Если пригрузка осуществ-
ляется грузами жестко между собой не связанными (например, сборны-
ми железобетонными плитами), то для обеспечения устойчивости систе-
мы вес грузов должен соответствовать условию g(x) >а <?(х), где
q(x)—отрицательная нагрузка (ветровой отсос); а — коэффициент за-
паса, принимаемый равным 1,1-—1,5 с учетом возможных погрешностей
в определении нагрузок.
Если пригрузка осуществляется с помощью жесткой конструк-
ции (например, монолитной железобетонной оболочки), то приведенное
выше условие можно уже не выдерживать, что позволяет уменьшить вес
покрытия._Не уравновешенная пригрузкой отрицательная нагрузка
А^(х) =ас/(х)—g(x) воспринимается жесткой оболочкой (одинарной
или двоякой кривизны), в которой возникают преимущественно сжима-
ющие усилия. Эти усилия должны быть восприняты опорным контуром
покрытия. При действии на покрытие в стадии эксплуатации временной
нагрузки р(х) в закрепленной по контуру оболочке могут появиться и
растягивающие усилия. Чтобы их избежать, применяют предваритель-
ную пригрузку покрытия (до замоноличивания оболочки) весом Рр(х);
коэффициент запаса р принимают равным 1,1-—1,5 с учетом возможных
погрешностей в определении нагрузок, а также потерь напряжения:
вследствие ползучести.
Двухпоясные системы (рис. 1.2,6). Отрицательная нагрузка (отсос)
<7(х), действующая на несущий трос, может быть воспринята располо-
женным ниже него стабилизирующим (натяжным) тросом, который свя-
зан с несущим системой соединительных стержней; при этом в стержнях
действуют растягивающие усилия о(х)—<?(х). Чтобы ограничить пере-
мещения системы, стабилизирующему тросу придают предварительное
натяжение; тогда при любой нагрузке и(х)>0. Величины деформаций
системы при различных нагрузках зависят от конфигурации соедини-
тельной решетки.
Аналогичная система образуется при расположении стабилизирую-
щего троса выше несущего; при этом в соединительных стержнях возни-
кают сжимающие усилия. В этом случае система должна быть закреп-
лена от потери устойчивости из плоскости.
Перекрестные системы (рис. 1.2, в) При этом способе стабилизации'
отрицательная нагрузка <?(х) воспринимается стабилизирующими, тро-
сами, располагаемыми поперек несущих. Чтобы усилия Sn в стабилизи-
рующих тросах от нагрузки Vk, n=q{x) не были чрезмерно велики, эти
тросы должны иметь достаточно большой подъем. При этом несущие и.
11
Рис. 1.2. Способы стабилизации тросов в вантовых покрытиях
а— гибкая пригрузка; б — жесткая пригрузка; в — двухпоясные системы; г — перекрестная
система
стабилизирующие тросы образуют седловидную поверхность отрица-
тельной гауссовой кривизны. Выполнение условия Vk, n>q(x) обеспечи-
вают предварительным натяжением тросов. При соединении обоих се-
мейств тросов в местах их пересечения создается устойчивая несущая
система, характеризуемая малыми перемещениями при любых сочета-
ниях нагрузок.
Предварительное натяжение или пригрузка, как и стабилизация
отдельных тросов, — характерный признак вантовых конструкций.
Чем больше предварительное натяжение, тем меньше при той же
нагрузке деформации троса. Благодаря этому можно настолько ограни-
чить деформации вантовых систем, что они не превысят соответствую-
щих величин для обычных (жестких) конструкций. С другой стороны,
предварительное натяжение приводит к увеличению усилий в тросах,
поэтому величина натяжения в значительной степени определяет эконо-
мичность конструкции. Следует отметить, что предварительное напря-
жение (пригрузка) значительно улучшает ра’боту вантовых конструк-
ций при динамических воздействиях.
ТИПЫ ВАНТОВЫХ СИСТЕМ
Различными способами стабилизации отдельных тросов можно со-
здать вантовые системы различных типов (рис. 1.3). Для однопоясных
систем (рис. 1.3,а) необходимо устройство достаточно тяжелой конструк-
ции покрытия; для двухпоясных и перекрестных систем (рис. 1.3,6 и в)
можно принять легкие покрытия. Форма поверхности покрытия опреде-
ляется принятым типом вантовой системы. При параллельном располо-
жении отдельных тросов или тросовых ферм образуется поверхность
одинарной кривизны; при радиальном их расположении либо при ис-
пользовании перекрестной системы тросов — поверхность двоякой кри-
визны. Расчет вантовых систем сводится к тем же уравнениям, что и
для отдельных тросов. Однако учет совместной работы целой системы
тросов приводит к довольно сложным зависимостям, и лишь в немногих
случаях выражения усилий в отдельных тросах могут быть получены в
замкнутом виде. Поэтому для расчета вантовых систем используют ите-
рационные методы, позволяющие применять ЭВМ.
Для систем из одиночных тросов с гибкой конструкцией покрытия
(рис. 1.3, о) усилия в тросах могут быть определены по формулам, при-
веденным выше. Следует иметь в виду, что в радиальной системе тро-
сов, если в центре нет жесткой опоры, возможны горизонтальные сме-
щения центрального узла цри неосесимметричной нагрузке; это смеще-
ние должно быть учтено в расчете отдельных тросов [1.3]. При односто-
ронних нагрузках (снег, ветер) усилия в отдельных тросах могут уве-
личиваться на 15% по сравнению с полным загружением покрытия
[1.4]. Если покрытие по тросам жесткое, то оно работает в стадии экс-
плуатации аналогично оболочке, что требует более детального исследо-
вания его напряженного состояния с учетом влияния временных нагру-
зок, начальной пригрузки, усадки, ползучести бетона и т. п. [1.5]. Неко-
13
Рис. 1.3. Основные типы вантовых систем
а — из одиночных тросов; б — двухпоясная (тросовые фермы): в — перекрестная (тросо-
вая сетка)
торые результаты экспериментального исследования конструкций это-
го типа приведены в [1,6, 1.7].
Для двухпоясных систем типа тросовых ферм (рис. 1.3,6) усилия
также можно определять по формулам для одиночных тросов; при этом
следует учитывать обусловленную наличием связей взаимную зависи-
мость усилий и перемещений несущего и стабилизирующего тросов. Со-
ответствующая методика .расчета приведена в [1.8—1.10]; там же рас-
смотрены вопросы предварительного напряжения тросовых ферм. Влия-
ние температуры на несущую способность тросовых ферм исследовано в
[1-И].
Расчет перекрестных тросовых сеток (рис. 1.3, в) часто основывают
на расчете одиночного троса как элемента основной (статически опре-
делимой) системы. Из рассмотрения равновесия узлов, геометрии сетки,
кинематических и упругих перемещений получают систему разрешаю-
щих уравнений статики, решаемых, как правило, итерационными мето-
дами [1.12, 1.13]. При более общем подходе тросовая сетка рассматри-
вается как геометрическая система узловых точек, для которой форму-
лируют условия равновесия и совместности [1.14]; в результате получа-
ют систему нелинейных уравнений, решить которые можно лишь итера-
ционными методами. Иной путь расчета основан на рассмотрении тро-
совой сетки как мембраны, не обладающей сдвиговой жесткостью; он
приводит к интегродифференциальным уравнениям, приближенные ре-
шения которых описаны в [1.15, 1.16].
14
Особое значение имеет правильная оценка поведения вантовых кон-
струкций при динамических воздействиях. Поэтому всегда следует пред-
ставлять, в каком объеме должен быть выполнен аэродинамический
расчет, чтобы исключить значительные колебания покрытия соответст-
вующими конструктивными мероприятиями [1.17—1.19].
2 КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ ВАНТОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Вантовые покрытия можно применять для покрытий зданий прак-
тически любого очертания в плане. Геометрические формы покрытия
могут быть самыми различными, в зависимости от принятого типа ван-
товой системы и от очертания опорного контура. Обычная форма ван-
тового покрытия с гибкими тросами — вогнутая, провисающая; выпук-
лая форма может быть создана лишь при применении тросовых ферм с
жесткими распорками либо систем перекрестных тросов. При некото-
рых конструктивных формах вантовые системы существенно отлича-
ются от обычных железобетонных или легко'бетонных покрытий харак-
тером своей статической работы: конструкция работает как висячая
оболочка.
Вантовые покрытия могут различаться по конструкции заполнения
покрытия (легкие или тяжелые покрытия) и по геометрической форме
поверхности (цилиндр, конус, эллипсоид, гиперболический параболоид,
складки и т. п.) [1.20, 1.21]. В качестве определяющих признаков раз-
личных конструктивных форм приняты кривизна поверхности покры-
тия и тип тросовой системы. Рассмотрим последовательно покрытия
одинарной и двоякой кривизны, а внутри этих двух классов —системы
из одиночных тросов, двухпоясные системы (тросовые фермы) и пере-
крестные системы (тросовые сетки).
ВАНТОВЫЕ ПОКРЫТИЯ ОДИНАРНОЙ КРИВИЗНЫ
Системы из одиночных тросов. Несущая конструкция покрытия сос-
тоит из параллельно расположенных растянутых элементов (тросов),
образующих вогнутую поверхность. Для системы этого типа необходи-
ма тяжелая конструкция заполнения покрытия. Заполнение выполняют
преимущественно из кессонированных сборных железобетонных, плит;
монолитный бетон применяют реже, в связи со сложностью и дорого-
визной устройства лесов и опалубки. Собственный вес железобетонных
плит, составляющий 170—200 кг/м2, не является необходимым для урав-
новешивания ветрового отсоса, поэтому часто применяют заполнение из
легкобетонных плит толщиной 50—60 см. При малых пролетах покры-
тия бетонное заполнение может быть без предварительного напряжения,
так как растягивающие напряжения в бетоне от временных нагрузок
невелики. При больших пролетах необходимо предварительное напря-
жение бетона для ограничения трещинообразования, одновременно ог-
раничивается деформативность конструкции. В этом случае покрытие
представляет собой вогнутую (висячую) предварительно-напряженную
оболочку. Некоторые покрытия этого типа выполнены с предваритель-
15
Рис. 1.4. Покрытие из
одиночных тросов на
прямоугольном плане
Рис. 1.5. Формы тросо-
вых ферм
1 — несущий трое: 2 —
стабилизирующий трос; 3 —
решетка
16
ным напряжением также в продольном направлении, при этом вся кон-
струкция покрытия совместно с бортовыми элементами работает как
монолитная цилиндрическая оболочка.
Величина растягивающих усилий в тросах зависит от их провеса в
середине пролета: чем меньше стрела провеса, тем 'больше усилия. Оп-
тимальное значение стрелы провеса составляет Vis—V20 пролета.
Вантовые конструкции этого типа, по данным исследований Яверта
[1.17], весьма чувствительны к динамическим воздействиям, поскольку
собственная частота их колебаний практически не зависит от собствен-
ного веса покрытия и не изменяется при увеличении его изгибной жест-
кости.
Вантовые покрытия с параллельными одиночными тросами приме-
няют для прямоугольных в плане зданий (рис. 1.4). Конструкции покры-
тия достаточно просты; основные его элементы одинакового размера.
Такие покрытия можно возводить отдельными отсеками. Располагая
точки подвеса тросов к несущему контуру в различных уровнях или да-
вая тросам различную стрелу провеса, можно выполнять покрытия с
кривизной в продольном направлении, что обеспечивает простоту осу-
ществления наружного водоотвода.
Двухпоясные вантовые системы. Несущие элементы таких систем
состоят из несущего и стабилизирующего тросов, имеющих кривизну
разного знака; покрытия по ним могут иметь небольшой вес 40—
60 кг/м2. Двухпоясные системы выполняют обычно в виде тросовых
ферм, в которых несущий и стабилизирующий тросы связывают между
собой стержнями круглого сечения или тросовыми растяжками (рис. 1.5).
Наиболее широко применяют тросовые фермы с диагональной ре-
шеткой, обеспечивающей восприятие сдвигающих усилий. С этой же
целью несущий и стабилизирующий тросы в фермах с вогнутыми поя-
сами связывают между собой посредине пролета.
Фундаментально исследовал несущую способность тросовых ферм
Яверт [1.8, 1.17, 1.22]; результаты натурных испытаний ряда конструк-
ций приведены в [1.23, 1.24].
Преимущество двухпоясных вантовых систем состоит в том, что
загруженной собственным весом покрытия тросовой ферме предвари-
тельным напряжением можно придавать очертание, соответствующее
веревочной кривой для преобладающей временной нагрузки, при этом
существенно ограничивается деформативность конструкции. Усилия
предварительного напряжения передаются диагональными связями на
пояса фермы. Горизонтальные кинематические перемещения в плоскости
фермы, возможные, например, при односторонней временной нагрузке,
ограничиваются благодаря жесткости при сдвиге, которой обладают
связанные между собой диагональная решетка и пояса. Таким образом,
при любой нагрузке возможны лишь незначительные по величине верти-
кальные перемещения системы, вызванные главным образом упругими
деформациями ее элементов. Тросовые фермы отличаются высоким зна-
чением декремента затухания колебаний и, следовательно, достаточной
надежностью при динамических воздействиях.
Двухпоясные системы с вертикальными связями между несущим и
17
Рис. l.fj. Покрытие из тросо-
вых ферм на прямоугольном
плане
Рис. 1.7. Покрытия из одиноч-
ных тросов на круглом плане
а — с центральным кольцом; б —
с центральной опорой
Рис. 1.8. Кольцевые на пряже
ния в висячей круговой желе-
зобетонной оболочке при осе-
симметричной нагрузке
18
стабилизирующим тросами уступают этой конструкции в отношении де-
формативности и динамических характеристик в связи с возможностью
горизонтальных кинематических перемещений.
Оптимальная величина стрелы провеса (’подъема) поясов тросовых
ферм для верхнего пояса составляет Vi?—Уго, для нижнего пояса У20—
V25 соответствующего пролета.
На рис. 1.6 показана схема покрытия с тросовыми фермами на
прямоугольном плане. Такие покрытия можно применять и для много-
пролетных зданий, поскольку величина горизонтальных составляющих
опорных реакций, передаваемых на анкерные фундаменты, не зависит
от числа пролетов.
Тросовые фермы для покрытия можно изготовлять заранее; их мон-
таж несложен и требует немного времени. Наружный водоотвод с по-
крытия получают, придавая покрытию уклон в направлении торцов зда-
ния. Другое возможное решение, при котором одновременно улучшает-
ся освещенность помещений, состоит в устройстве складчатого покры-
тия с заполнением, опирающимся попеременно на верхний и нижний
пояса смежных тросовых ферм.
ВАНТОВЫЕ ПОКРЫТИЯ ДВОЯКОЙ КРИВИЗНЫ
Системы из одиночных тросов. Покрытия этого типа могут быть в
плане различного очертания, чаще всего их выполняют с круговым пла-
ном. Растянутые элементы (тросы) располагают радиально, реже — по
хордам. Круговое покрытие в форме вогнутой поверхности вращения
ограничивается по контуру сжатым опорным кольцом. Радиальные тро-
сы, усилия в которых одинаковы при равномерной нагрузке, прикреп-
ляют в середине к растянутому центральному кольцу (рис. 1.7, а). Ус-
танавливая в центре опору, получают шатровое вантовое покрытие
(рис. 1.7,6).
Усилия в несущих тросах покрытий с круговым планом возрастают
с уменьшением стрелы провеса, а при постоянном отношении стрелы к
радиусу — пропорционально увеличению диаметра покрытия (в случае
равномерно распределенной нагрузки). Оптимальные значения стрелы
провеса тросов находятся примерно в тех же пределах, что и для сис-
тем с параллельными тросами. Необходимое в данном случае тяжелое
заполнение покрытия может быть выполнено из кессонированных сбор-
ных железобетонных плит трапециевидного очертания различных раз-
меров. Заполнение из монолитного железобетона применяют редко вви-
ду сложности и дороговизны устройства лесов и опалубки.
В настоящее время уже построены круглые в плане сооружения с
вантовыми покрытиями диаметром до 100 м (без внутренних опор).
При диаметре до 30 м заполнение покрытия можно выполнять без пред-
варительного напряжения; при больших размерах покрытия железобе-
тонное заполнение делают предварительно-напряженным, чтобы огра-
ничить трещиноо'бразование и повысить жесткость конструкции. В по-
следнем случае покрытие вместе с наружным опорным кольцом и
поддерживающими конструкциями образует единую пространственную
19
несущую систему. Собственно покрытие представляет собой висячую
оболочку вращения, воспринимающую временные нагрузки.
Исследования экспериментального покрытия такого типа диамет-
ром 20 м [1.6] .показали, что в предварительно-напряженной висячей
оболочке действуют сжимающие кольцевые усилия у наружного опор-
ного кольца и растягивающие — в центральной части. Распределение
напряжений от кольцевых усилий показано на рис. 1.8.
Предварительное напряжение оболочки существенно повышает же-
сткость конструкции при неравномерной нагрузке. Исследования того
же экспериментального покрытия показали, что прогиб оболочки в цен-
тре при равномерной нагрузке в 4,75 раза меньше, чем соответствующее
вертикальное перемещение обычной вантовой системы. Следовательно,
оболочка воспринимает значительную часть временной нагрузки на по-
крытие.
Работа круговых в плане висячих покрытий при динамических воз-
действиях пока еще не исследована.
Вантовые покрытия из одиночных тросов часто применяют и для
перекрытия эллиптических планов. Недостаток этого типа покрытий со-
стоит в том, что усилия в тросах при равномерной нагрузке оказывают-
ся неодинаковыми, вследствие чего в наружном кольце возникают и
сжимающие усилия, и изгибающие моменты. В еще большей степени
проявляется этот недостаток в покрытиях с прямоугольным планом.
Монтаж вантовых покрытий двоякой кривизны из одиночных тро-
сов несложен и при заполнении из сборных плит не требует устройства
лесов или подмостей; только для центрального кольца устраивают лег-
кую временную опору. Предварительное напряжение покрытий этого
типа создают либо натяжением тросов домкратами, либо пригрузкой.
Такие покрытия можно выполнять только .с внутренним водоотводом.
Двухпоясные системы. При конструировании таких систем ванто-
вых покрытий используют те же принципиальные решения, что и для
двухпоясных систем одинарной кривизны или покрытий двоякой кривиз-
ны из одиночных тросов; предварительное напряжение легкого запол-
нения покрытия не требуется.
В покрытиях с круговым планом возможны следующие схемы взаи-
много расположения несущего и стабилизирующего тросов, образую-
щих пояса вантовых ферм: эти тросы расходятся, либо сходятся от цен-
трального кольца к опорному, или же .пересекаются между собой, рас-
ходясь в центре и у периметра покрытия. Поэтому одно или оба коль-
ца выполняют из двух параллельно расположенных поясов. Некоторые
формы круговых двухпоясных систем показаны на рис. 1.9; возможны
и комбинированные системы из радиальных и параллельных вантовых
ферм.
Перекрестные системы (тросовые сетки). Эти системы образуются
двумя взаимно ортогональными семействами параллельных тросов (не-
сущих и стабилизирующих); поверхность покрытия при этом имеет сед-
ловидную форму. Усилия предварительного напряжения в стабилизи-
рующих тросах передаются на несущие тросы в виде сосредоточенных
сил, приложенных в узлах пересечения. Под действием внешних нагру-
20
Рис. 1.10. Конструктивные формы пере-
крестных вантовых систем
/ — трос-подбор
Рис. 1.9. Конструктивные формы двух-
поясных вантовых систем на круглом
плане
зок несущие тросы, удлиняются, и усилия ® стабилизирующих тросах
падают. Если при этом усилия предварительного напряжения недоста-
точно велики, то стабилизирующие тросы могут оказаться вообще нена-
пряженными; таким образом, утрачивается основное преимущество тро-
совых сеток — их повышенная жесткость. Поэтому усилия предвари-
тельного напряжения следует назначать с таким расчетом, чтобы даже
при максимальной нагрузке они не снижались до нуля. В этом случае
тросовая сетка не 'будет иметь кинематических перемещений, а только
упругие. Связывая несущие и стабилизирующие тросы в узлах (напри-
мер, хомутами), можно существенно улучшить распределение усилий в
сетке при неравномерных или сосредоточенных нагрузках.
Применение перекрестных систем дает архитекторам возможность
создавать весьма разнообразные формы вантовых покрытий (рис. 1.10).
Следует, однако, отметить, что эти формы не являются вполне произ-
вольными, поскольку при заданном очертании плана и геометрии по-
верхности покрытия должны быть обеспечены определенные условия
закрепления сетки по контуру. В ряде случаев, исходя из статических и
архитектурных соображений, выбирают конструкцию опорного контура,
которая определяет и геометрию покрытия.
Для перекрестных вантовых систем оптимальная величина стрелы
подъема стабилизирующих тросов составляет 712—Vis пролета, а стре-
лы провеса несущих тросов Vss—V75 пролета. Усилия в тросах могут
быть уменьшены в результате увеличения их кривизны; однако это уве-
личивает и строительный объем здания. По данным [1.15] усилия
предварительного напряжения минимальны в случае, когда отношение
стрел провеса (подъема) несущего и стабилизирующего тросов при-
мерно равно отношению рмакс/рмин '[1.15], где рмакс— сумма собствен-
ного веса покрытия и снеговой нагрузки; рмин — сумма собственного ве-
са и ветрового отсоса. Выполнение этого условия, а также использова-
ние тросов различных сечений в зависимости от действующих в них
усилий позволяют достичь значительной экономии материала при уст-
ройстве покрытий из тросовых сеток.
Перекрестные вантовые системы сочетают с легким кровельным
покрытием, в качестве которого часто применяют сборные плиты из лег-
кого бетона или армоцемента.
Ввиду малого собственного веса покрытий из тросовых сеток суще-
ственное значение приобретает ветровая нагрузка. Испытания моделей
показали, что при горизонтальном ветровом потоке в средней части сед-
ловидного покрытия возникает почти равномерное отрицательное дав-
ление (отсос), а у наветренных высоких краев покрытия — пики отри-
цательного давления. Существует опасность появления флаттера (ди-
намической неустойчивости) таких покрытий, особенно при малой кри-
визне.
Конструкции этого типа характеризуются повышенной чувствитель-
ностью к температурным воздействиям. Для них опасны также динами-
ческие нагрузки, особенно при 'больших пролетах. Наличие ячеек раз-
ного размера способствует затуханию колебаний сетки, однако из прак-
22
тических .соображений обычно применяют сетки с одинаковыми разме-
рами ячеек.
При некоторых формах покрытий возможна замена жестких борто-
вых элементов тросовым подбором (ом. рис. 1.10). Однако применение
таких систем ограничено из-за повышенной деформативности, что надо
специально учитывать при устройстве кровли.
Предварительное напряжение тросовых сеток выполняется обычно
напряжением тросов домкратами либо опусканием бортовых элементов
(которые в этом случае должны иметь шарнирные устройства на опо-
рах).
ПРОЧИЕ ФОРМЫ ВАНТОВЫХ ПОКРЫТИИ
Струнное покрытие состоит из параллельно расположенных сталь-
ных отрун (диаметром до 5 мм), которые натягивают между жесткими
(неподвижными) торцевыми конструкциями. Чтобы ограничить проги-
бы струн и предотвратить их поднятие при ветровом отсосе, струны
подкрепляют в пролете 'балками или фермами, располагаемыми с ша-
гом до 12 м. Такая конструкция [1.15] и [1.56—1.58] может быть ис-
пользована для протяженных в плане покрытий железнодорожных плат-
форм, складов и промышленных зданий.
Другой возможный тип конструкции покрытия — ортогональная
тросово-балочная сетка, образованная семейством тросов и .семейством
перпендикулярных к ним жестких 'балок (рис. 1.11). Благодаря жест-
Рис. ,1.11. Тросово-балочная сетка
1 — тросы; 2 — балки
кости балок покрытию можно придать в одном из направлений любую
желаемую форму. При предварительном. натяжении тросов создается
конструкция, работающая аналогично перекрестной вантовой системе.
Этот конструктивный принцип использован в покрытии ОЛИМПИЙСКОГО
плавательного бассейна в Токио (см. етр. 56-—57).
(Высокие прочностные .свойства тросов эффективно используются в
разного рода плоскостных и пространственных конструкциях из стали
или железобетона с вантовыми подвесками (рис. 1.12) [1.59—1.61].
23
В последние годы все 'большее распространение получают тентовые
покрытия в виде мягких мембран, усиленных тросами, для временных
сооружений (выставочных павильонов, спортивных площадок и т. п.)
[1.62].
Рис. 1.12. Подвес-
ное круговое по-
крытие с вантовы-
ми растяжками
(выставочный па-
вильон в Москве,
СССР)
3. ОПОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ВАНТОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Форма вантового покрытия и очертание плана перекрываемого со-
оружения определяют геометрию опорного контура покрытия и, следо-
вательно, форму опорных (поддерживающих) конструкций. Эти конст-
рукции представляют собой плоские либо пространственные рамы
(стальные или железобетонные) со стойками постоянной или перемен-
ной высоты. Элементами опорной конструкции являются ригели, стойки,
подкосы, тросовые оттяжки и фундаменты.
Опорные конструкции должны обеспечивать размещение анкерных
креплений тросов (вант), передачу реакций от усилий в тросах на ос-
нование сооружения и создание жесткого опорного контура покрытия
для ограничения деформаций вантовой системы.
Существенное условие экономичности вантовой конструкции — от-
сутствие изгибающих моментов при любых сочетаниях нагрузок. Это
условие должно определять и геометрию опорной конструкции, посколь-
ку стоимость ее влияет на экономичность сооружения в целом. Вполне
безмоментную работу опорной конструкции можно обеспечить лишь для
24
определенных вантовых систем цри некоторых частных видах загруже-
ния. Если же величина или характер распределения нагрузки изменяет-
ся, то в опорной конструкции всегда возникают значительные изгибаю-
щие моменты. Поэтому при проектировании вантовых покрытий необ-
ходимо увязывать геометрию вантовой системы и геометрию опорной
конструкции с учетом изменений нагрузки; важно обеспечить по воз-
можности безмоментную работу опорной конструкции даже ценой уве-
личения усилий в тросах. Однако безмоментная опорная конструкция
оказывается более чувствительной к изменениям усилий .в тросах, что
требует особой тщательности при ее расчете и конструировании.
Рассчитывать опорные конструкции в виде пространственных рам
следует по методу, описанному в [1.25]. Численный расчет таких конст-
рукций с учетом упругих реакций вантовой системы весьма трудоемок,
особенно при большом числе стоек; целесообразно поэтому использо-
вать вычислительную технику.
Характер действующих на опорную конструкцию нагрузок от уси-
лий в тросах зависит от очертания покрытия в плане; поэтому класси-
фикация дается именно по этому признаку.
ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ
В покрытиях с прямоугольным или квадратным планом тросы (или
тросовые фермы) обычно расположены параллельно друг другу. При
этом горизонтальные усилия распора оказываются приложенными в
верхних точках опорной конструкции. Безмоментная работа опорной
конструкции может 'быть обеспечена лишь в том случае, если эти уси-
лия передаются непосредственно на основание сооружения. Рассмотрим
варианты решения несущих конструкций и оснований (фундаментов).
Передача распора через жесткие балки на торцевые диафрагмы
(рис. 1.13,а). Усилия распора в тросах воспринимают жесткие балки,
расположенные в плоскости покрытия, и передают на торцевые диа-
фрагмы (сплошные стены или контрфорсы). Промежуточные стойки не-
большой жесткости воспринимают лишь часть вертикальных составля-
ющих усилий в тросах. Экономически рациональное расстояние b меж-
ду диафрагмами зависит от конструктивной высоты балок (в плоскости
покрытия); при большой протяженности сооружения опорную конструк-
цию делят на ряд отсеков длиной b каждый.
Примером такой конструкции (рис. 1Л4) является плавательный
бассейн в Вуппертале, ФРГ [1.26]. Предварительно-напряженные жест-
кие бортовые балки покрытия опираются каждая на девять гибких про-
межуточных стоек, частично воспринимающих усилия распора; основ-
ная часть этих усилий передается на торцевые диафрагмы. Южная
торцевая сторона здания имеет сквозную конструкцию, образованную
сжатым ригелем и вертикальными стойками остекления, которые вос-
принимают дополнительные усилия, обусловленные криволинейным
очертанием ригеля.
Передача распора на рамы, расположенные в плоскостях тросив
(рис. 1.13,6). В этом варианте усилия распора передаются непосредст-
25
Рис. 1.13. Опорные конструкции ван-
товых покрытий с прямоугольным
планом
а — с передачей распора на торцевые
диафрагмы; б — то же, на рамы в плос-
костях тросов ; в — то же, на тросовые
оттяжки
1 — тросы (тросовые фермы); 2—колон-
ны; 3 — жесткие балки; 4 — торцевые
диафрагмы; 5 — контрфорсы; 6 — ригели;
7 — поперечные рамы; 8 — растянутые
подкосы; Р—анкерные фундаменты; 10 —
тросовые оттяжки
26
Рис. 1.14. Опор-
ные конструкции
вантового по-
крытия плава-
тельного бассей-
на в Вуппертале
(ФРГ)
1 — 'Криволинейный
ригель; 2 — торце-
вая стена - диаф-
рагма; 3 — бО|рто-
вые балки
Рис. 1.15. Вися-
чее покрытие Го-
родского зала в
Бремене (ФРГ).
Разрез
/ — жесткие предва-
рительно - напря-
женные ванты; 2 —
поперечные рамы;
3 — фундамент-
ные блоки; 4 —
распорки; 5 — пред-
варительно - напря-
женные затяжки;
6 — свайное осно-
вание
27
oo9i sos ' ssis
Рис. 1.16. Крепление к ко-
лоннам тросовых ферм и
оттяжек вантового покры-
тия стадиона «Юханне-
схоф» в Стокгольме (Шве-
ция)
1 — несущий трос фермы; 2—
стабилизирующий трос; 3 —
опорный подкос решетки; 4 —
оттяжки
Рис. 1.17. Опорные конст-
рукции круговых вантовых
покрытий с кольцами
а — горизонтальными; б — на-
клонными
I — колонны; 2 — сжатое опор-
ное кольцо; 3 — растянутое
центральное кольцо; 4 — тросы
венно на жесткие рамы или контрфорсы, состоящие из растянутых и
сжатых стержней (стоек и подкосов). Применение таких рам экономи-
чески оправдано, если они функционально необходимы в сооружении,
например для устройства пристроек, трибун и т. п.; конструкция рам
имеет значительный вес, что позволяет экономично решить колонны и
фундаменты. В подкосах рамных контрфорсов возникают большие рас-
тягивающие усилия, для восприятия которых необходимы специальные
анкерные устройства в грунте. Эти устройства выполняют в виде мас-
сивных фундаментов либо конических железобетонных анкеров (полых
или сплошных). При такой конструкции каждый трос (или тросовая
ферма) натягивается отдельно; сооружение может иметь любую длину
Ь, и расширение его возможно.
Типичным примером является Городской зал в Бремене, ФРГ
[1.27]. На рис. 1.15 показаны массивные рамы опорной конструкции по-
крытия зала, расположенные с шагом 12,5 м и воспринимающие распор
от несущих элементов висячего покрытия, выполненных из предвари-
тельно-напряженного железобетона.
Передача распора через тросовые оттяжки (рис. 1.13, в) наиболее
экономична. Этот способ применяется для легких покрытий. Узлы креп-
ления оттяжек к стойкам и анкерным фундаментам должны быть реше-
ны таким образом, чтобы возможные перемещения системы не вызыва-
ли дополнительных усилий в тросах. Следует учитывать возможность
коррозии оттяжек вне помещения. Целесообразно закреплять несколько
оттяжек к одному анкерному фундаменту. Это облегчает производство
работ, хотя и связано с увеличением длины оттяжек.
На рис. 1.16 показана конструкция несущих стоек и оттяжек ванто-
вого покрытия ледового стадиона «Юханнесхоф» в Стокгольме [1.23].
Узлы анкеровки несущего и натяжного тросов разделены шарниром (из
стального литья). Благодаря этому обеспечиваются свободные горизон-
тальные перемещения обоих узлов при изменении нагрузки на покры-
тие. Диагональный стержень (подкос) тросовой фермы закреплен к
стойке через пружину, что обеспечивает его натяжение в случае увели-
чения нагрузки на несущий трос. Каждая оттяжка состоит из 12 сталь-
ных стержней диаметром 26 мм с резьбой на концах.
КРУГОВЫЕ ПОКРЫТИЯ
Вантовые покрытия кругового очертания выполняют, как правило,
с радиальным расположением тросов или тросовых ферм. При действии
на покрытие равномерно распределенной нагрузки усилия во всех тро-
сах одинаковые и наружное опорное кольцо оказывается равномерно
сжатым. Все горизонтальные усилия взаимно уравновешиваются в пло-
скости кольца, благодаря чему отпадает необходимость устройства
сложных анкерных фундаментов. Изгибающие моменты в наружном
кольце (из его плоскости) вызываются только вертикальными состав-
ляющими усилий в тросах, действующими на участках между опорами.
Круговое очертание покрытия поэтому идеально с точки зрения созда-
ния безмоментной опорной конструкции. При неравномерной нагрузке
29
79000
30000
Рис. 1.18. Вантовое покрытие выставочного павильона в Нью-
Йорке (США)
а — план; б — разрез; в — узел опирания
/ — трубчатая колонна; 2-—пояс опорного кольца; 3—сварной стык;
4 — .стяжка
на покрытие усилия в тросах уже не будут одинаковыми, вследствие че-
го возникнут изгибающие моменты в плоскости опорного кольца и в
стойках [1.4]. Если сжатый пояс опорного кольца не лежит целиком в
горизонтальной плоскости, а очерчен по некоторой пространственной
кривой, то напряженное состояние опорной рамной конструкции оказы-
вается довольно сложным, и ее деформации необходимо учитывать в
расчете вантовой системы покрытия.
В предварительно-напряженных вантовых покрытиях особенно
важно оценить величину и распределение усилий от каждого этапа
предварительного напряжения, чтобы не допускать перенапряжения
элементов опорной конструкции.
Для круговых покрытий применяют два основных варианта опор-
ных конструкций (рис. 1.17): с передачей распора на горизонтальное
наружное опорное кольцо и с передачей усилий в тросах на наклонные
наружные опорные кольца [1.28].
Интересно решение стальной опорной конструкции, которая может
быть применена и для круговых покрытий, — павильон штата Нью-
Йорк на Международной выставке 1964—1965 гг. в Нью-Йорке, США
[1.29] (рис. 1.18). Наружное опорное кольцо вантового покрытия па-
вильона состоит из трех поясов, соединенных мощными связями. Верх-
ние и нижние тросы Байтовой системы прикреплены к двум наружным
поясам кольца. Покрытие, собранное на земле, поднято и прикреп-
лено к пустотелым железобетонным колоннам, установленным по пери-
метру здания. Покрытие оперто на заделанные в колоннах стальные
консольные балки, составные по длине; консольные части балок соеди-
нены с опорным кольцом уже при сборке покрытия на земле. После
подъема покрытия в проектное положение консоли приварили к сталь-
ным балкам в колоннах и стянули напряженными стержнями.
ПОКРЫТИЯ С ДРУГИМИ ФОРМАМИ ПЛАНА
В покрытиях с отличающимся от прямоугольного или кругового
очертанием плана применяют все рассмотренные ранее типы вантовых
систем. Чтобы обеспечить взаимное уравновешивание усилий распора
(как в круговых покрытиях), элементам опорных конструкций придают
криволинейное очертание. Правильным выбором геометрии криволиней-
ных контурных элементов (например,арок) можно добиться того, что дей-
ствующие в их (плоскости усилия от нагрузки и предварительного на-
пряжения не 'будут создавать изгибающих моментов в опорной конст-
рукции. При неравномерной нагрузке на покрытие в контурных элемен-
тах (арках) могут возникать значительные изгибающие моменты, для
восприятия которых необходимы мощные, сильно армированные сече-
ния. Обычно применяют контурные элементы (арки) коробчатого се-
чения или двухпоясные (сквозные), что обеспечивает простоту разме-
щения анкерных устройств для тросов. Формулы для расчета параболи-
ческих контурных арок приведены >в [1.30].
Передача распора через криволинейные стены на торцевые диа-
фрагмы (рис. 1.19, а). В криволинейных стенах действуют преимущест-
венно усилия, направленные вдоль кривой (как в арках). Торцевые диа-
31
Ряс. 1.19. Опорные конструкции вантовых покрытий
а — с передачей распора «а криволинейные стены-диафрагмы; б на наклонные арки _
/ — тросы (тросовые фермы); 2— ригели; 3—колонны; 4— диафрагмы (контрфорсы); о арки
Рис. 1.20. Схема опорных конструкций вантового покрытия спортзала в Бернаму
(Швеция)
Рис. 1.21. Висячее покрытие Зала конгрессов в Западном Берлине
а — план покрытия со схемой напряженной арматуры; б — разрез
/ — а.рка; 2 — железобетонная оболочка покрытия; 3 — кольцевой пояс (балка); 4— напряжен-
ная арматура; 5 — деформационные швы; 6 — лифтовая шахта; 7 — предварительно-напряжен-
ные затяжки
фрагмы могут воспринимать только усилия, действующие в их плос-
кости; для восприятия усилий, нормальных к плоскости диафрагм, не-
обходимы затяжки или контрфорсы. Криволинейные стены выполняют
либо сплошными, либо в виде рам с рядом стоек и ригелем, очерченным
по пространственной кривой. Примером использования опорной конст-
рукции с криволинейными стенами является спортивный зал в Вернаму,
Швеция [1.31] (,рис. 1.20).
2 Зак. 283
33
Передача распора на наклонные контурные арки (рис. 1.19,6). В
конструкциях этого типа применяют обычно наклонные плоские арки,
опирающиеся на ряд стоек, которые воспринимают вертикальные уси-
лия от покрытия. Для восприятия усилий распора в арках их пяты оти-
рают на массивные фундаменты либо связывают затяжками. При 'боль-
шом подъеме контурных арок тросы покрытия иногда не заанкеривают
в них, а перекидывают через арки и закрепляют непосредственно к ос-
нованию сооружения, что связано с необходимостью устройства слож-
ных анкерных фундаментов.
Пример конструкции с наклонными контурными арками — покры-
тие Зала конгрессов в Западном Берлине [1.32]. Основные элементы
опорной конструкции покрытия — две наклонные арки и кольцевая бал-
ка (рис. 1.21). Арки не имеют промежуточных опор и для устойчивости
жестко заделаны в опорные блоки. Сечение арок коробчатое, усиленное
диафрагмами, расположенными с шагом 4,6 м. Кольпевая 'балка имеет
переменную высоту сечения (в плоскости покрытия); для обеспечения
пространственной жесткости опорной конструкции балка оперта на ко-
лонны и ‘прикреплена к опорным блокам арок. Нагрузки от покрытия
передаются через арки и кольцевую балку на опорные блоки. Распор от
постоянной нагрузки воспринимает предварительно-напряженная за-
тяжка.
4. ПРИМЕРЫ ВОЗВЕДЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Во многих странах мира сооружено много вантовых покрытий са-
мых разнообразных форм. Этот опыт свидетельствует о широких воз-
можностях применения вантовых конструкций для создания экономич-
ных и архитектурно-выразительных сооружений.
Плавательный бассейн в Вуппертале, ФРГ [1.26] (рис. 1.22).
Проект выполнен фирмой «Диккерхоф и Видман» (авторы Леонгардт,
Хецельт). Размер покрытия 38X65 м. Оно представляет собой висячую
монолитную оболочку одинарной кривизны с несущими вантами из
круглых стальных стержней диаметром 26 мм (сталь St 80/105). Ванты
размещены в каналах в толще оболочки, стыки стержней выполнены на
муфтах. В поперечном направлении оболочка усилена предварительно-
напряженными ребрами высотой 9 см (с шагом 3 м), в которых разме-
щены муфтовые стыки вант. Усилия предварительного напряжения обо-
лочки приняты с таким расчетом, чтобы три эксплуатации в бетоне не
возникало трещин. Усилия в вантах воспринимают наклонные бортовые
балки и почти полностью передают их на сжатые верхние пояса торце-
вых стен здания (см. рис. 1.14).
Спортивно-выставочный зал в Дортмунде, ФРГ [1.33] (рис. 1.23).
Проект выполнен фирмой «Хохтиф АГ». Размер покрытия 80X1Ю м.
Поверхность висячего покрытия имеет небольшую кривизну в продоль-
ном направлении для водоотвода. Несущие элементы покрытия — сбор-
ные железобетонные ребра, внутри которых размещены ванты, каждая
из 12 проволок диаметром 8 мм. По ребрам уложены сборные плиты из
железобетона толщиной 5 см.
ksoo
Рис. 1.22. Плавательный бассейн в Вуппертале (ФРГ)
«я — разрез; б — общий вид
/ — ван-ia бассейна; 2 — рамы трибун
2 Зак. 283
OOSS
Рис. 1.23. Спортивно-выставочный зал в Дортмунде (ФРГ)
а — разрезы; б — общий вид
Покрытие возведено отсеками шириной по 5 м с использованием
монтажных подмостей, перемещаемых вдоль здания. Ванты натянуты с
обоих концов домкратами и заанкерены в 'бортовых балках. Предвари-
тельное натяжение обеспечило совместную работу плит покрытия с реб-
рами. Усилия в вантах воспринимают предварительно-напряженные на-
клонные бортовые ‘балки высотой 5,5 м (в плоскости покрытия) и перее-
дают на рамные опоры, установленные с шагом 10 м. Вертикальные со-
ставляющие усилий в растянутых подкосах рам воспринимают заделан-
ные в грунт анкеры.
Плавательный бассейн в Биле, Швейцария [1.34] (рис. 1.24). Авто-
ры: Шмидт, Шлюп. Размер покрытия 35X70 м. Конструкция <в целом
аналогична покрытию зала в Дортмунде; однако из функциональных и
архитектурных соображений покрытие выполнено несимметричным с
опиранием только в четырех углах. Усилия от покрытия воспринимают
пространственные рамы пролетом 35 м; ригели рам имеют коробчатое
сечение.
Спортивный зал в Жешуве, Польша [1.35] (рис. 1.25). Авторы
Кусь, Мартенс. Размер покрытия 37,6X39,2 м. Заполнение покрытия со-
стоит из кессонированных сборных железобетонных плит, подвешенных
к вантам выпусками арматуры; при монтаже тлит использованы легкие
подмости. Покрытие выполнено с предварительным напряжением в
продольном направлении и замоноличено в стыках плит; при этом обра-
зуется жесткая висячая оболочка, усилия распора в которой частично
передаются на продольные и поперечные стены здания.
Городской зал в Бремене, ФРГ [1.27] (рис. 1.15, 1.26). Проект вы-
полнен фирмой «Диккерхоф и Видман» (авторы: Райнер, Зейме). Раз-
мер покрытия 80X95 м. Несущие элементы покрытия — жесткие пред-
варительно-напряженные железобетонные стержни (ванты) сечением
310X370 мм, забетонированные в проектном положении (на лесах).
Концы вант выведены за габариты здания и заанкерены в мощных опор-
ных рамах трибун, по три ванты в каждой раме. Рамы выполнены с на-
клонными стойками, что позволяет сравнительно просто передать зна-
чительные усилия, действующие в вантах, на основание сооружения.
Чтобы уменьшить высоту опорных рам, висячее покрытие выполнено с
очень малой стрелой тровеса. Поэтому ограждающая конструкция по-
крытия была максимально облегчена; она состоит из обрешетки, кровли
из волнистого алюминия и подвесного потолка.
Укрытие для сельскохозяйственных машин в Гросс-Лангервише,
ГДР [1.36] (рис. 1.27). Авторы: Аккерман, Фридрих, Пешель, Хофман.
Диаметр покрытия 31,6 м. Покрытие представляет собой монолитную
висячую оболочку двоякой кривизны; опорная конструкция выполнена в
сборном железобетоне и состоит из 22 колонн и кольцевой балки. Ра-
диально расположенные прядевые тросы (24X160 по TGL1 17550) за-
анкерены в опорном кольце и закреплены петлями к центральному
кольцу из стальной трубы 273/16 мм. Монолитная оболочка толщиной
5 см забетонирована отсеками на опалубке из досок или просечного ли-
1 Обозначение государственных стандартов ГДР. — Прим. пер.
37
Рис. 1.24. Висячее покрытие плавательного бассейна в Биле (Швейцария) в процессе
монтажа
Рис. 1.25. Спортзал в Жешуве (Польша)
1—торцевая стена-диафрагма; 2— бортовые балки; 3—сборные плиты; 4—напряженные
тросы
мгоо
стового металла. Из экономических соображений оболочка выполнена
без предварительного напряжения; кровля — из одного слоя рубероида.
Автобусный парк в Берлине-Вайсензее, ГДР [1.37] (рис. 1.28, 1.29).
Авторы: Кисиг, Райциг, Вурцбахер. Размер покрытия 67,6X129 м.
Массивные формы стен-диа!ф.ратм на фасаде здания наглядно подчер-
кивают величину воспринимаемых ими усилий от покрытия. Вантовые
фермы покрытия имеют пояса из круглой стали St 60/90 диаметром
26 мм и вертикальные стяжки из проволочных тросов А 8X130. Чтобы
уменьшить деформации системы при неравномерных нагрузках, ванто-
вые фермы подкреплены диагональными оттяжками из круглой стали
St38 диаметром 30 мм; оттяжки крепятся к верхнему поясу фермы (в
четверти пролета) и к опорному узлу нижнего пояса. К вантовым фер-
мам подвешены монорельсовые пути; узел подвески показан на
рис. 1.29. Заполнение покрытия выполнено из плоских асбестоцемент-
ных листов толщиной 6 мм на каркасе из гнутых стальных швеллеров;
кровля — рубероидная, многослойная.
Ледовый стадион «Юханнесхоф» в Стокгольме, Швеция [1.23,
1.38] (рис. 1.30). Авторы: Яверт, Хедквист. Размер покрытия 83Х
XI18 м. Несущая конструкция покрытия состоит из тросовых ферм с
диагональной решеткой (системы Яверта). Внешний облик сооружения
свидетельствует о том, что конструкция вантового покрытия может быть
очень легкой. Фермы изготовлены из предварительно вытянутых закры-
тых стальных тросов с прядями из холоднотянутой проволоки проч-
ностью 140—160 кгс/мм2. Диаметр несущего троса 58 мм, стабилизирую-
щего— 48 мм. Усилия распора в тросах покрытия воспринимают от-
тяжки из круглой стали диаметром 26 мм с условным пределом текуче-
сти 80 кгс/м2, каждая оттяжка — из 12 стержней (см. рис. 1.16). От-
тяжки закреплены в грунте железобетонными анкерами. Конструкция
заполнения покрытия и кровли разработана с учетом требований к вну-
треннему климату здания. По тросовым фермам уложены прямоуголь-
ные рамы из гнутых стальных профилей, к которым прикреплены вол-
нистые стальные листы, а на них наклеены пропитанные асфальтом
древесноволокнистые плиты с трехслойным рулонным ковром. Эту кон-
струкцию можно считать примером тщательной проработки всех дета-
лей, необходимой для компенсации деформаций покрытия.
Производственный корпус в Лесьефорсе, Швеция [1.39] (рис. 1.31).
Авторы: Яверт, Бергстрем. Размер покрытия 14,25X92,75 м; конструк-
ция его аналогична покрытию ледового стадиона в Стокгольме, но тро-
совые фермы подвешены к жестким стальным фермам, установленным
поперек здания. Такое решение является весьма эффективным, так как
величина горизонтальных усилий распора в тросовых фермах не зави-
сит от числа пролетов, и анкерные фундаменты для восприятия этих
усилий можно устраивать только с торцов здания.
Павильон США на Всемирной выставке в Брюсселе, Бельгия [1.9,
1.40] (рис. 1.32). Автор Корнелиус. Диаметр покрытия 104 м. Несущая
конструкция кругового вантового покрытия состоит из радиальных тро-
сов (72 верхних и 36 нижних), закрепленных по периметру к сжатом'-'
опорному кольцу, а посредине — к верхнему и нижнему поясам цент-
39
рального кольца. Тросы — закрытые, из проволоки с пределом проч-
ности 150 кгс/мм2: верхние — диаметром 32 мм, нижние — 54 мм. Цент-
ральное кольцо представляет собой решетчатый 36-гранник; стойки ре-
шетки служат для фиксации расстояния между растянутыми поясами, а
раскосы — для их стабилизации. Тросы крепятся к поясам центрального
кольца литыми фасонными деталями. Сжатое опорное кольцо состоит
из двух поясов, связанных мошной решеткой, которая обеспечивает вос-
приятие усилий от покрытия, ветровой нагрузки и устойчивость поясов.
Опорное кольцо покоится на колоннах из стальных труб 318/24 мм.
Спортивный зал в Братиславе, ЧССР [1.41, 1.42] (рис. 1.33). Ав-
тор Постулка. Максимальный диаметр покрытия 66 м. Несущая конст-
рукция покрытия — предварительно-напряженная тросовая сетка в фор-
ме гиперболического параболоида. Несущие и натяжные тросы закреп*
лены к железобетонным параболическим аркам. В покрытии использо-
ваны старые тросы от подвесных канатных дорог. Легкая кровля сос-
тоит из уложенной по тросам проволочной сетки, фибролитовых плит,
цементной стяжки по сетке Рабитца и алюминиевых листов.
Выставочный зал в Оклахома-сити, США [1.43, 1.44] (рис. 1.34).
Авторы: Лин, Янг. Размер покрытия 97,5X122 м. Несущая конструкция
эллиптического в плане покрытия-—предварительно-напряженная тро-
совая сетка в форме эллиптического параболоида. Тросы расположены
с шагом 3,05 м параллельно главным осям эллипса (нижние тросы —
параллельно короткой оси). Квадратные ячейки сетки заполнены сбор-
40
Рис. 1.26. Городской зал в Бремене (ФРГ)
а — общий вид; б— висячее покрытие в процессе строительства (видна арматура несущих
элементов покрытия)
Рис. 1.27. Висячее покрытие в Гросс-Лангервише (ГДР)
а — разрез; б — общий <вид в процессе строительства
/ — железобетонная оболочка 50 мм; 2 — опорное кольцо 600X350 мм; 3— колонны 280X280 мм;
4 — центральное кольцо; 5 — опалубка из просечного листового металла (остается в покрытии)-
б — временная опора
u
Р.ис. 1.28. Автобусный парк в Берлине-Вайсензее (ГДР)
а — разрез; б — общий вид
1 — бортовые балки покрытия; 2 — оттяжки; 3 — подвески; 4 — монорельсы; 5 — внутренний во-
доотвод
Рис. L29. Подвеска монорельса к тросовой ферме (ав-
тобусный парк .в Берлине-Вайсензее)
/—несущий трос; 2 — оттяжка; 3 — зажимной хомут; 4
стабилизирующий трос; 5 — монорельс (двутавр № 24)
Рис. 1.30. Ледовый стадион «Юханнесх-оф» в Стокгольме (Швеция)
а — разрез; б — общий вид
1 — тросовые фермы; 2 — оттяжки; 3 — анкерные фундаменты
ними легкобетонными ребристыми плитами, подвешенными к тросам.
Чтобы обеспечить проектную форму покрытия, сетка в процессе монта-
жа плит была подперта в каждом четвертом узле. Величина усилий
предварительного напряжения и последовательность натяжения тросов
были обоснованы весьма детальным расчетом, поскольку сжатое опор-
ное кольцо имеет относительно небольшое сечение и значительную гиб-
кость, если учесть размеры сооружения. Вначале тросы были натянуты
в расчете на вес плит заполнения; после замоноличивания швов меж-
ду плитами тросы были натянуты до полного усилия (в три приема). В
результате предварительного напряжения в железобетонной оболочке
покрытия не возникает растягивающих усилий при равномерно распре-
деленной нагрузке.
45
»
3
2
1
Рис. 1.31. Производственный корпус в Лесьефорсе (Швеция)
1 — тросовые фермы; 2 — поперечные жесткие фермы; 3 — подкосы; 4 — оттяжки
Концертная эстрада в Таллине, СССР [145] (рис. 1.35). Авторы:
Паальман, Лауль, Колли. Максимальный размер покрытия 75 м. Несу-
щая конструкция покрытия — тросовая сетка в форме гиперболического
параболоида на овальном плане. Геометрия покрытия определена его
функцией как акустического экрана. Тросовая сетка натянута между
задней бортовой аркой из монолитного железобетона и передней аркой
из стальной трубы диаметром 2000 мм, заполненной бетоном. Первая
ступень предварительного напряжения тросов была создана опускани-
113000
Рис. 132. Павильон США в Брюсселе (Бельгия)
1—-колонны; 2 — кольцевая платформа; 3— кольцевой навес; 4— опорное кольцо; 5 — гибкая
стена-экран; 6 — центральное кольцо; 7 — тросы; 8—светопроницаемое покрытие
46
Рис. 1.33. Спортзал в Братиславе (ЧССР
а — разрез; б — общий вид
1 — тросовая сетка; 2 — параболические арки
Д-А’
Рис. 1.34. Висячее покрытие выставочного зала в Оклахома-сити (США)
1 — напряженная тросовая сетка с ячейкой 3,05X3,05 м; 2 — колонны. 1550X460 мм: 3 — сборные,
плиты; 4 —монолитный бетон; 5 — кровля (5 слоев рубероида)
№0Sl£ OOOSl
Рис. 1.35. Схема висячего покрытия концертной эстрады в Таллине (СССР)
Г —тросовая сетка; 2 — монолитная железобетонная арка; 3 —стальная трубчатая арка диамет-
ром 2 м; 4 — трибуна
1SS90
Рис. 1.36. Киноконцертный зал в Харькове (СССР)
ем передней арки, соединенной временными шарнирами с массивными
контрфорсами. Полное предварительное напряжение создано натяже-
нием тросов калиброванными натяжными ключами. Кровля состоит из
уложенных по тросам древесностружечных плит, слоя войлока, пропи-
танного битумом, диагонального настила из досок и стальных оцинко-
ванных листов.
Киноконцертный зал в Харькове, СССР [1.46] (рис. 1.36). Авто-
ры: Васильев, Плаксиев, Реусов, Фридган. Размер покрытия 45X56 м.
Аудитория на 2000 мест перекрыта ортогональной тросовой сеткой, при-
крепленной к двум монолитным железобетонным параболическим ар-
49
кам с различными углами наклона. К сетке подвешены сборные ребри-
стые армоцементные плиты размером 1X2 м, толщиной 28 мм. Плиты
соединены в стыках нахлесткой арматурных сеток с заливкой швов. На-
тянуты тросы домкратами, в два приема — до и после монтажа плит.
Кровля состоит из четырех слоев изоляционных древесноволокнистых
плит и четырех слоев рубероида.
Павильон Франции на Всемирной выставке в Брюсселе, Бельгия
[1.47] (рис. 1.37). Авторы: Жилле, Саржер. Размер покрытия 17X34 м.
Покрытие состоит из двух симметричных отсеков в форме гиперболиче-
ских параболоидов с ромбическим очертанием в плане. Несущие и на-
тяжные тросы перекрестной вантовой системы покрытия выполнены из
проволок диаметром 7 мм, раскрепленных фигурными пластинами и
.связанных между собой только в узлах пересечения тросов. По перимет-
ру покрытия тросы закреплены к бортовым элементам в виде ферм с
криволинейным сжатым поясом. Усилия от покрытия передаются через
бортовые элементы и диагональные фермы на центральную опору, рас-
положенную на оси симметрии сооружения. Благодаря оптимально вы-
бранной статической схеме одна центральная опора воспринимает почти
.80% всей нагрузки на покрытие.
Рис. 1.37. Павильон Франции в Брюсселе (Бельгия)
OOZSS
OOSM
Рис. 1.38. Вамтово-тентовое покрытие катка (Япония)
а — план; б — общий вид
1 — покрытие; 2 — торцевая стена; 3 — параболическая арка; 4— тросовая сетка; 5 — тросовый;
подбор; 6 — оттяжки: 7 — стойки; 8 — затяжки в грунте; 9 — бетонные фундаменты
Рис. 1.39. Олимпийский плавательный бассейн в Токио (Япония)
а — разрезы; б — общий вид; s — вид с птичьего полета
Покрытие катка, Япония (рис. 1.38). Проект выполнен фирмой
«Тайо Когио». Размер покрытия 35,5X65 м. Опорная конструкция сос-
тоит из наклонных параболических арок и подкосов, выполненных из
стальных труб и заанкеренных в фундаменте. По аркам натянута лег-
кая тросовая сетка, покрытая светопроницаемой поливинилхлоридной
пленкой, армированной стеклотканью. Нижняя часть стен выполнена в
виде мягкого занавеса, который при необходимости легко поднимается.
Такого рода вантовые конструкции, легкие и быстро возводимые, целе-
сообразно применять для сооружений самого различного назначения.
Олимпийский плавательный бассейн в Токио, Япония [1.18]
(рис. 1.39, 1.40). Авторы: Цубои, Кавагучи, 1964 г. Размер покрытия
120X214 м. Это — наиболее внушительное сооружение с вантовыми по-
крытиями1. К двум опорным пилонам покрытия подвешены два главных
несущих кабеля диаметром 330 мм, каждый состоит из 31 проволочного
троса диаметром 52 мм и 6 тросов диаметром 34,5 мм; разрывная проч-
ность проволок 150 кгс/мм2. Кабели закреплены в точках подвеса с по-
мощью специальных седельных шарниров и заанкерены в фундамент-
ных блоках. Горизонтальные составляющие усилий в кабелях восприни-
маются балочными распорками. Главные несущие кабели совместно с
продольными и поперечными вантами образуют предварительно-напря-
женную сетку. Принятая архитектором форма покрытия потребовала
применения жестких вант. Расчет вантовой системы покрытия основан
на общепринятых допущениях; дополнительно учитывалась собствен-
1 В 1972 г. в Мюнхене (ФРГ) построен Олимпийский стадион с (вантовым покры-
тием трибун еще больших размеров. — Прим. пер.
53
Рис. 1.40. Конструкция
висячего покрытия
Олимпийского плава-
тельного бассейна в То-
кио
а — схема; б — система
демпфирования колеба-
ний; в — опорный седель-
ный шарнир главного не-
сущего кабеля;
1 — главный несущий ка-
бель; 2 — оттяжная ветвь
кабеля; 3 — масляные демп-
феры
ная изгибная жёсткость сетки. Предварительно были проведены подроб-
ные исследования модели покрытия, позволившие определить наиболее
экономичные размеры элементов конструкции, оптимальную величину
усилий предварительного напряжения, а также напряжения и деформа-
ции при возможных сочетаниях нагрузок. Была, в частности, детально
проверена надежность конструкции при действии ветра с учетом дина-
мических эффектов и флаттера. Поскольку собственные частоты коле-
баний вантовой системы по симметричной и кососимметричной форме
оказались весьма близкими, было решено исключить симметричные ко-
лебания, используя систему масляных демпферов (гасителей колеба-
нии)— см. рис. 1.40,в. При разработке отдельных узлов конструкции
учтена возможность значительных деформаций системы, особенно в ста-
дии монтажа. Например, конструкция седельных шарниров в точках
подвеса несущих кабелей к пилонам (рис. 1.40,г) обеспечивает свобод-
ное перемещение кабеля в любом направлении. Учет деформаций систе-
мы оказался необходимым также при определении длин жестких вант
и решении узлов их крепления к несущим кабелям.
Многие не названные здесь примеры вантовых покрытий подробно
описаны в литературе [1.48—-1.55].
5. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ДЕТАЛИ ВАНТОВЫХ ПОКРЫТИЙ
ПРОВОЛОЧНЫЕ ТРОСЫ
Тросы (канаты) изготовляют из стальной проволоки диаметром
'0,5—6 мм. В зависимости от выработки (способа соединения отдельных
проволок) различают несколько типов тросов.
Спиральный трос (рис. 1.41,а) состоит из центральной (сердцевид-
ной) проволоки, на которую спирально навиты последовательно в левом
и правом направлении несколько рядов круглых проволок.
Многопрядевые тросы (рис. 1.41,6, в) состоят из сердечника (пень-
кового каната или проволочной пряди), на который навиты односторон-
ней или перекрестной круткой проволочные пряди. Пряди могут быть
круглыми или плоскими; иногда их делают из проволок различного диа-
метра. Если отдельные пряди имеют спиральную свивку, трос называют
спирально-прядевым.
Закрытые и полузакрытые тросы (рис. 1.41, г, д) имеют сердечник
из круглых проволок (например, в виде спирального троса), вокруг
которого навиты ряды проволок фигурного сечения, обеспечивающего
их плотное прилегание. Трос называют полузакрытым, если он имеет,
кроме сердечника, только один ряд навивки из круглых и фигурных про-
волок.
Тросы (пучки) из параллельных проволок (рис. 1.41,е) могут
иметь прямоугольное или многоугольное сечение; параллельно располо-
женные проволоки связывают между собой на определенных расстоя-
ниях либо заключают в общую оболочку.
Плоские (ленточные) тросы (рис. 1.41, ж, з) состоят из ряда витых
тросов (обычно четырехпрядевых) с попеременной правой и левой крут-
55
Рис. 1.41. Типы проволочных
тросов
а — спиральный; б — многопря-
девый, с пеньковым сердечни-
ком; в — то же, с пряденым сер-
дечником; г — закрытый; д —
полузакрытый; е — пучок из па-
раллельных проволок; ж — плос-
кий трос с одинарной прошивкой;
з — то же, с двойной прошивкой
9
кой, связанных между собой одинарной или двойной прошивкой прово-
локой либо тонкими проволочными прядями.
Для изготовления тросов используют холоднотянутую круглую
стальную проволоку с пределом прочности до 220 кгс/мм2. Фактическая
разрывная прочность троса оказывается на 10—25% ниже номинальной
(равной произведению предела прочности проволоки на площадь сече-
ния троса нетто), что объясняется неравномерным распределением уси-
лий между проволоками в результате свивки. Это снижение тем значи-
тельнее, чем больше число прядей и проволок в тросе. Минимальную
разрывную прочность троса устанавливают и гарантируют заводы-изго-
товители.
При действии растягивающего усилия трос получает и упругое, и
неупругое (остаточное) удлинение, обусловленное отчасти неупругой
деформацией стали, но главным образом так называемой вытяжкой
троса. При натяжении троса отдельные пряди и проволоки вытягивают-
ся в продольном и обжимаются в поперечном направлении. Величина
остаточной вытяжки троса определяется шагом крутки (углом закручи-
вания) и числом проволок; в зависимости от усилия в тросе она может
составлять 0,2—0,8%. Часть неупругой вытяжки троса выбирается сра-
зу же после приложения нагрузки, а остальная часть только с течением
времени. Чтобы исключить это крайне нежелательное для вантовых кон-
струкций явление, тросы подвергают многократной предварительной вы-
тяжке (калибровке) усилиями, составляющими примерно 1,2 расчетных
(от полной нагрузки). Калибровку выполняют обычно на натяжных
стендах. На рис. 1.42 видно, что многократно калиброванный трос де-
формируется почти упруго. Опыты показали [1.23], что аналогичный
эффект достигается при длительном выдерживании тросов, раскатанных
из бухт (с бобин). Если тросы предварительно не калибровать или не
выдерживать до монтажа, то в вантовой конструкции вскоре после за-
гружения возникают довольно значительные остаточные деформации.
В некалиброванных тросах со временем снижаются усилия предвари-
тельного напряжения. Поперечное обжатие тросов, вызванное их неуп-
Рис. 1.42. Диаграмма
напряжение — удлине-
ние для калиброванного
(/) и некалиброванного
(2) троса
57
ругой вытяжкой, приводит к ослаблению хомутов и других креплений,
например в тросовых фермах.
Поскольку тросы деформируются, вообще говоря, неупруго, величи-
на их модулей упругости зависит от нагрузки. Поэтому целесообразно
при калибровке тросов определять одновременно модули упругости в ди-
апазоне усилий, соответствующих постоянной и полной нагрузке на по-
крытие. Ориентировочные значения модулей упругости для некалибро-
вэнных стальных тросов [1.63]:
Многопрядевые тросы с волокнис-
тым сердечником .................
То же, без волокнистого сердечника
Спирально-прядевые тросы
Спиральные тросы . . ... . .
Закрытые проволочные тросы . . .
7000—10 000 кгс/мм2
10 000—12 500 »
10 000—12 500 »
12 500—14 500 »
14 500—17 200 »
Элементы вантовых систем, воспринимающие преимущественно по-
стоянную нагрузку, следует выполнять из тросов с большим шагом
крутки и малым числом проволок, так как при этом достигается макси-
мальный модуль упругости. Именно поэтому закрытые и спиральные
проволочные тросы выгоднее многопрядевых. В тросах из параллельных
проволок все проволоки нагружены почти равномерно (крутка отсутст-
вует), поэтому модуль упругости таких тросов достигает 19 000—
20 000 кгс/мм2.
Коэффициент запаса по прочности троса равен отношению разрыв-
ного усилия (принимаемого по соответствующим нормам или сертифи-
катам) к усилию от расчетной нагрузки. Рекомендуемые литературой
значения коэффициента запаса сильно отличаются: для покрытий да-
ются значения v=2,5---3,5, для мостов v=2---3. Чтобы обеспечить повы-
шенную жесткость главных несущих кабелей покрытия Олимпийского
плавательного бассейна в Токио, было даже принято v=5. Для пра-
вильного назначения коэффициента запаса следует учитывать различ-
ные факторы, влияющие как на величину разрывного усилия, так и на
величину усилия в тросе от расчетной нагрузки. Эти факторы не всегда
поддаются строгому учету, поэтому рекомендуется принимать v^3. Ко-
эффициент запаса для вантовой конструкции в целом может быть боль-
ше, чем рассчитанный по прочности отдельных тросов, так как зависи-
мость между нагрузкой и усилиями в тросах нелинейна. Расчет ванто-
вых конструкций по предельному состоянию пока еще не получил рас-
пространения.
Тросы имеют весьма развитую поверхность и поэтому требуют на-
дежной защиты от коррозии (в этом отношении предпочтительно приме-
нение тросов из проволоки большого диаметра). Возможны следующие
способы антикоррозионной защиты тросов: оцинкование, лакокрасоч-
ные покрытия или смазки, покрытие пластмассовой оболочкой, покры-
тие оболочкой из листовой стали с нагнетанием в оболочку битума или
цементного раствора, обетонирование.
Для вантовых конструкций больше подходят закрытые тросы, име-
ющие высокие механические показатели, а также малую площадь по-
верхности, в связи с чем они мало чувствительны к коррозии. Однако
58
чаще применяют более дешевые спиральные тросы. Многопрядевые
тросы имеют худшие механические показатели; тросы с пеньковым сер-
дечником требуют более надежной антикоррозионной защиты. Тросы
(пучки) из параллельных проволок часто применяют для тросовых се-
ток.
Растянутые элементы вантовых конструкций часто выполняют из
круглых стальных стержней; их недостатками являются жесткость при
изгибе и ограниченная длина.
ДЕТАЛИ КРЕПЛЕНИЯ И СОЕДИНЕНИЯ ТРОСОВ
Окончания тросов должны быть оформлены таким образом, чтобы
обеспечить передачу усилий на другие элементы конструкции, т. е. де-
тали крепления должны иметь по возможности такую же прочность, как
и сами тросы. Конструкция этих деталей должна исключать проскаль-
зывание тросов и быть простой в изготовлении.
Традиционный вид концевого крепления троса — петля со сплеткой
(рис. 1.43,а). Конец троса отгибается на 180° и распускается на пряди,
которые вплетают в трос. Чтобы обеспечить более равномерную переда-
чу усилия в соединении, в петлю вкладывают коуш. По длине тросы
сращивают также сплеткой; для закрытых тросов этот вид соединения
использовать нельзя.
Вместо сплетки для креплений и сращивания тросов часто приме-
няют зажимные соединения. При петлевом креплении обе ветви троса
запрессовывают в овальную муфту из легкого металла, внутренние раз-
меры которой соответствуют диаметру троса (рис. 1.43,6). Это соедине-
ние просто в изготовлении и обеспечивает такую же прочность, как и
сплетка; мягкий материал муфты при обжиме не повреждает троса
[1.64].
Аналогично выполняют крепление и сращивание тросов с винтовы-
ми соединениями [1.65]. Конец троса распускают на пряди, которые
укладывают вокруг стержня с винтовой нарезкой, и затем запрессовы-
вают в муфту из легкого металла (рис. 1.43,в). Сращивание тросов осу-
ществляют винтовой стяжной муфтой (рис. 1.43,г). Вместо стержня с
муфтой для крепления спиральных и многошрядевых тросов диаметром
до 20 мм можно использовать гильзу с резьбой на конце [1.66]. Толсто-
стенную гильзу с помощью специальной машины обжимают вокруг тро-
са; при этом пеньковый сердечник на конце троса должен быть удлинен
и заменен стальным стержнем (рис. 1.43,6). Прочность такого соедине-
ния возрастает с увеличением длины заделки троса. На рис. 1.43, е по-
казано устройство обжимной муфты для троса из параллельных про-
волок.
Крепления посредством хомутов (рис. 1.43, ж) не рекомендуются
для напряженных тросов вантовых покрытий, поскольку эти крепления
с течением времени ослабевают. Хомуты можно использовать лишь в
менее ответственных узлах конструкции, например для соединения не-
сущих и стабилизирующих тросов (рис. 1.43, з, и). Для закрытых и спи-
59
Рис. 1.43. Типы концевых креплений и соединений проволочных тросов
а — петля со сплеткой; б — петля с обжимной муфтой; в — обжимная муфта с нарезным стерж-
нем; г — сращивание тросов по длине (/ — стяжная муфта); д — обжимная гильза {2 — стальной
стержень); е — устройство обжимной муфтьг (3 — оправка; 4 — муфта; 6 — нарезной стержень);
ж — петля с хомутами; з— соединение несущих и натяжных тросов покрытия Рэлей-арены.
США; и — то же, покрытия выставочного зала в Лесковаце, Югославия (7 — несущий трос; 8 —
стабилизирующий трос)
Рис. 1.44. Узел тросовой фермы системы Яверта
1 — гильза из листовой мягкой стали, покрытой карборундовым порошком
Рис. 1.45. Концевые крепления тросов с заливкой
а — муфта с кольцом; б — муфта с проушинами; в — муфта с резьбой (до и после заливки); г —
сращивание тросов по длине; д — анкеровка троса с заливкой бетоном; е — то же, с заливкой
металлом
J — гильза; 2 — кольцо; 3 — стальной стержень; 4 — анкерный цилиндр; 5 — заполнение песком
Рис. 1.46. Клиновое крепление закрытого троса
1 — обвязка; 2 — сегментные клинья; 3—штыревые клинья
Рис. 1.47. Стандартная стяжная муфта по TGL 0—1480
I — «контргайка
ральных тросов применяют хомуты специальной конструкции, не име-
ющие острых граней, чтобы избежать местного смятия тросов.
Хомуты специальной конструкции применяют также в узлах тросо-
вых ферм системы Яверта (рис. 1.44). Тангенциальные составляющие
усилий в элементах решетки передаются через хомуты на поясной трос
благодаря трению в зажимах; при расчете усилий было учтено возмож-
ное поперечное обжатие троса [1.23].
В вантовых покрытиях, так же как и в висячих мостах, применяют
крепление тросов с заливкой. При устройстве такого крепления конец
троса расплетают, очищают, обезжиривают и помещают в коническую
внутреннюю полость специальной муфты-наконечника. Затем конец тро-
са заливают в муфте расплавленным при температуре 350—460°С свин-
цом или сплавом свинца с цинком [1.64]. Муфта может быть выполне-
на с кольцом, с проушинами либо с резьбой (рис. 1.45, с—в). На
рис. 1.45,г показано сращивание двух тросов с залитыми муфтами-на-
конечниками. На внутренней поверхности муфт сделаны продольные
выступы, чтобы исключить проворачивание тросов.
Тросы, которым придается предварительное натяжение, также вы-
полняют со специальными наконечниками различной формы, заливае-
мыми металлом или бетоном. При заливке следует тщательно подби-
рать марку бетона, обеспечивать достаточную длину заделки распле-
тенного конца троса, а также принимать меры, предотвращающие рас-
слоение бетона. На рис. 1.45, д,е показаны узлы анкеровки тросов с
заливкой оголовков бетоном (рис. 1.45, д) и металлом (рис. 1.45, е).
Клиновые крепления тросов редко применяют в строительных кон-
струкциях, так как в таких соединениях возможны большие люфты и
при их устройстве нельзя точно выдержать длину троса. Наиболее рас-
пространенное крепление такого типа (применяемое для закрытых тро-
сов) выполняют с помощью набора сегментных и штыревых клиньев,
вставляемых между проволоками расплетенного конца троса и закли-
нивающих его в конической полости крепежной гильзы (рис. 1.46). Ис-
пользуются и другие варианты клиновых креплений [1.66].
Для корректировки длины тросов при монтаже, а также для пред-
варительного натяжения тросов (при малых пролетах) применяют стяж-
ные муфты (рис. 1.47).
АНКЕРНЫЕ УЗЛЫ
Анкерные узлы служат для восприятия усилий в тросах и их пере-
дачи на опорные конструкции. В предварительно-напряженных ванто-
вых покрытиях эти узлы используют также для предварительного на-
тяжения тросов; при этом в узлах возникают значительные местные
напряжения. Конструкция узлов анкеровки должна обеспечивать сво-
бодные перемещения тросов при изменении нагрузки.
Способы анкеровки тросов в бетонных элементах описаны в [1.66],
На рис. 1.48, а показана анкеровка радиального троса кругового ван-
тового покрытия в сжатом опорном кольце. Чтобы обеспечить свобод-
ное перемещение троса при изменении угла его наклона, в опорном
64
Рис. 1.48. Узлы анкеров-
ки тросов в железобе-
тонных элементах
а — в сжатом опорном
кольце кругового покрытия;
б — в опорной арке покры-
тия выставочного зала в
Лесковаце, Югославия
1 — трос; 2 — трубка из ли-
стовой стали; 3 — заливка
битумом; 4 — резиновая
прокладка; 5 — кониче-
ская муфта; 6—клин; 7~
хомуты; 8— спиральная ар-
матура
3 Зак. 283
Труба 150 Ф
!-49- Узлы конструкции вантового
США на Всемирной выставке в Брюсселе
а — узел анкеровки тросов в сжатом опорном
центрального кольца и узел анкеровки тросов
покрытия павильон;?
кольце; б—развертка
Рис. 1.50. Крепление ра-
диальных тросов к труб-
чатому центральному
кольцу покрытия в
Г росс - Л ан г е р в и in е
(ГДР)
а — разрез; о — общий вид
Рис. 1.51. Узел анке-
ровки радиальных вант
из круглой стали в ли-
том чугунном централь-
ном кольце
1 — резиновая прокладка;
2 — анкерная плита; 3 —
сферическая упорная пла-
стина
3* Зак. 283
Ф2!В
Рис. 1.52. Крепление радиальных тросов к центральной опоре кругового
вантового покрытия в Еманжелинске (СССР)
кольце и примыкающей к нему оболочке покрытия устроены кониче-
ские гильзы, заполненные битумом. Жесткое опорное кольцо и гибкая
оболочка разделены деформационным швом. Если опорное кольцо и
оболочка должны работать совместно, то в зоне их примыкания следу-
ет предусматривать достаточное количество арматуры. Сосредоточен-
ная нагрузка от троса вызывает в опорном кольце раскалывающие уси-
лия, для восприятия которых необходима дополнительная арматура
(например, спиральная).
Аналогичная конструкция анкерных узлов применена в покрытии
выставочного зала в Лесковаце (Югославия) [1.49] (рис. 1.48,6). Тро-
сы, (из трех — восьми параллельных проволок) заанкерены в наклон-
ных железобетонных арках.
Анкерные крепления растянутых элементов из круглой стали и тро-
сов из параллельных проволок выполняют так же, как в предваритель-
но-напряженном железобетоне; крепления спиральных и прядевых тро-
сов описаны выше.
Крепление тросов к стальным конструкциям в принципе выполня-
ется так же, как и анкеровка в бетоне. Особого внимания требует пра-
вильная передача усилий на элементы конструкции. На рис. 1.16 было
показано крепление тросовых ферм покрытия стадиона «Юханнесхоф»
в Стокгольме (Швеция). Верхний и нижний пояса ферм шарнирно за-
креплены к несущим колоннам.
В покрытии павильона США на Всемирной выставке в Брюсселе
[1.9, 1.40] крепление верхнего поясного троса к пространственной кон-
струкции наружного опорного кольца обеспечивает возможность пред-
варительного натяжения троса (рис. 1.49,а). Крепление нижнего пояс-
ного троса к решетчатому центральному кольцу (рис. 1.49,6) выполне-
но без натяжного устройства. Средняя прокладка в стыке нижнего поя-
са кольца выполнена с выпуском, к которому двумя пластинами при-
креплен анкерный оголовок троса. Оба троса, верхний и нижний, — за-
крытые, с литыми оголовками.
68
На рис. 1.50 показано крепление радиальных тросов к трубчатому
центральному кольцу кругового висячего покрытия. Тросы крепятся к
кольцу петлями; такое решение обеспечивает свободное перемещение
тросов, но не позволяет регулировать их длину со стороны центрального
кольца. Этого недостатка лишена конструкция (рис. 1.51), в которой
центральное растянутое кольцо выполнено литым из чугуна. Подвиж-
ность тросов в вертикальном направлении обеспечивается уширенными
отверстиями в кольце и сферическими упорными пластинами.
На рис. 1.52 показано крепление радиальных тросов к стальному
оголовку центральной опоры кругового висячего покрытия шламбас-
сейна в Еманжелинске (СССР).
ПОКРЫТИЯ И КРОВЛИ
Требования к конструкции покрытия и кровли весьма разнообраз-
ны; они зависят от типа вантовой системы, от назначения сооружения
и соответствующих требований строительной физики. Вантовые конст-
рукции более дефюрмативны, чем другие типы конструкций; поэтому и
покрытие по вантам должно быть достаточно гибким, чтобы под нагруз-
кой в нем не образовывались трещины и не раскрывались швы. Кровли
по вантовым покрытиям выполняют из стальных или алюминиевых ли-
стов, асфальтовой или битумной массы, рубероида, технических тканей
и т. п. В зависимости от назначения сооружения покрытие может быть
теплым или холодным. Для теплых покрытий наряду с традиционными
теплоизоляционными материалами все шире применяют пенопласты.
В зависимости от типа вантовой системы применяют тяжелую либо
легкую конструкцию покрытия.
Тяжелые покрытия. Масса их достигает 170—200 кп/м2; выполняют
их преимущественно из железобетона. Иногда используют армирован-
ный легкий бетон. Для сборных покрытий иногда применяют плоские
плиты, но в основном ребристые, толщиной (между ребрами) 25—35 мм.
Плиты могут иметь прямоугольное или трапециевидное очертание, в за-
висимости от расположения тросов. При выборе вантовой системы сле-
дует стремиться к сокращению числа типоразмеров плит. Сборные пли-
ты обычно подвешивают между тросами; швы между плитами замоно-
личивают. Конструкция подвески должна быть тщательно проработана.
Примеры узлов подвески приведены на рис. 1.53, а, б.
При устройстве предварительно-напряженных висячих покрытий
одинарной кривизны ванты выполняют из круглой стали и размещают
в ребрах, собираемых из отдельных железобетонных элементов; в этом
случае плиты укладывают непосредственно по ребрам (рис. 1.53,в). На
рис. 1.53, а показан вариант конструкции с ребрами из монолитного бе-
тона.
Если покрытие целиком выполнено в монолитном железобетоне (та-
кое решение применяют сравнительно редко), то бетон укладывают по
опалубке, размещаемой ниже тросов, либо между ними (рис. 1.54). При
небольшом расстоянии между тросами в качестве опалубки можно ис-
69
5 г /
Рис. 1.53. Узлы вантовых покрытий
с заполнением из сборных железо-
бетонных плит
а — подвеска плит к радиальным тросам
кругового покрытия; б — то же, к тросо-
вой сетке; в — укладка плит по сборным
предварительно-напряженным железо-
бетонным ребрам; г — укладка плит по
стержневым вантам с устройством моно-
литных ребер
1 — сборные плиты; 2 — тросы; 3 — сбор-
ные ребра; 4 — напряженные стержни;
5 — монолитный бетон
пользовать подвешенную к ним тканую сетку или листы просечного ме-
талла.
Иногда покрытие по вантам рассчитывают и конструируют как мо-
нолитную висячую оболочку. Растягивающие усилия в такой оболочке
должны быть восприняты обычной арматурой, которую при использо-
вании сборных плит следует размещать в швах; это решение исключает
трудоемкую операцию сварки выпусков арматуры плит. Чтобы избе-
жать появления трещин в бетоне или раскрытия неармированных швов
между плитами, создают предварительное напряжение конструкции на-
тяжением вант.
Вопрос огнестойкости вантовых конструкций исследован недоста-
точно. В случаях, когда это возможно, следует применять ©бетонирова-
ние вант либо предусматривать с внутренней стороны покрытия защит-
ный слой бетона (штукатурки) в соответствии с противопожарными
нормами.
«Легкие покрытия. Максимальная масса таких покрытий 40—
60 кг/м2. Железобетон используется редко. В СССР применяют покрытия
из тонких (28 мм) армоцементных плит. Возможно также устройство
покрытий из слоя бетона толщиной 15—25 мм, который наносят на мел-
коячеистую проволочную сетку; для уменьшения деформаций сверху
укладывают слой легкого бетона.
Заполнение покрытия выполняют из крупноразмерных стальных
или алюминиевых профилированных листов (рис. 1.55), которые слу-
жат одновременно и несущими элементами ограждения, и кровлей, если
теплоизоляция отсутствует или размещается снизу (рис. 1.55,а, б). В
конструкции, показанной на рис. 1.55,6, пароизоляция выполнена из
Рис. 1.54. Сечения монолитных железо-
бетонных висячих оболочек
а — с размещением напряженных стержней
в толще оболочки; б — то же, под оболоч-
кой (/ — напряженные стержни; 2 — сталь-
ная ссгка; 3 — торкрет-бетон; 4 — штукатур-
ка)
Рис. 1.55. Сечения покрытий из профи-
лированного металлического настила по
вантам
а — без теплоизоляции; б — с расположением
теплоизоляции под настилом; в — г укладкой
теплоизоляции по настилу
71
5260
°)
Рис. 1.56. Детали вантового по-
крытия стадиона «Юханнес-
хоф» в Стокгольме (Швеция)
----, _ ----<->— примыкание покрытия к наружной стене
I — рубероидная кровля; 2 — древесноволокнистая плита толщиной 12 мм; 3 — гофрированный
стальной лист «прован» толщиной 0,6 мм; 4 — рама панели из гнутых стальных профилей; 5 —
оолты с пружинными шайбами; 6 — теплоизоляция из минеральной ваты толщиной 80 мм; 7 —
стальная сетка диаметром 4 мм; 8—бумага, оклеенная алюминиевой фольгой; 9 — несущие тросы
покрытия; 10—оттяжки; 11 — гофрированные стеклопластиковые листы
a — сечение; б — план панели покрытия; в —
Рис. 1.57. Кон-
струкция по-
крытия павиль-
она Франции
на Всемирной
выставке в
Брюсселе
1 — защитный слои;
2 — металлический
лист толщиной 0,4
мм; 3 — стекловата;
4 — стеклоткань; 5 —
арматурная сетка;
6 — деревянные под-
кладки; 7 — зажимы;
8 — натяжной трос;
9 — несущие тросы
Рис. 1.58. Детали вантового покрытия Городского зала в Бремене ,(ФРГ)
а — звукоотражающее заполнение; б — звукопоглощающее заполнение; в примыкание покрытия
к наружной стене - _ л , Лтт „ „„„„
/— кровля из гофрированного алюминиевого листа «фурраль»; 1 обрешетка;- слои мине-
ральной ваты толщиной 40 мм; 4— обшивка газ «ригипса» толщиной 12 мм; 5 перфорированные
акустические плиты толщиной 20 мм; 6—асбестовые прокладки; 7 —стропила 80X200 мм с ша-
гом 120 см; 8 — подвески; 9 — поливинилхлоридная пленка; 10 — теплоизоляционные плиты «дури-
золь» толщиной 40 мм
Рис. 1.59. Узел вантового по-
крытия с дощатым настилом
1 — трос; 2 — ребра
медной фольги, наклеенной на картон, и уложена непосредственно по
арматурной сетке. Иногда теплоизоляцию и кровлю размещают поверх
несущего профилированного листа (рис. 1.-55, в).
При большом расстоянии между тросами несущие элементы запол-
нения выполняют в виде стальных рам (из гнутых или прокатных про-
филей), к которым крепят профилированные или плоские листы. На
рис. 1.56 показана конструкция покрытия из стальных рам, уложенных
по верхнему поясу тросовых ферм и соединенных между собой болтами.
Болтовые соединения с пружинными шайбами обеспечивают гибкую
(шарнирную) связь между рамами, благодаря чему неравномерные де-
формации тросовых ферм не вызывают напряжений в рамах [1.23].
В конструкции заполнения покрытия, показанной на рис. 1.57, не-
сущий элемент — арматурная сетка диаметром 2 мм с ячейкой 100 мм.
В последнее время многие вантовые покрытия выполняют с дере-
вянным заполнением (рис. 1.58, 1.59); преимуществами такой конструк-
ции являются малая масса, простота изготовления и возможность ис-
пользования готовых сборных элементов.
Весьма перспективны для вантовых конструкций пластмассы, в том
числе стеклопластиковые панели и ткани с полимерными покрытиями.
Для временных сооружений, не требующих теплоизоляции, целесооб-
разны тентовые покрытия из технических тканей.
6. СООРУЖЕНИЕ ВАНТОВЫХ ПОКРЫТИЙ
ОПОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Типы железобетонных или стальных опорных конструкций весьма
многообразны. Для их возведения используют обычные методы строи-
тельства; однако при этом следует учитывать и взаимосвязь с процес-
сом возведения самого покрытия с тем, чтобы обеспечить рациональное
использование машин и подъемных механизмов, а также равномерность
потока работающих.
Чтобы избежать трудностей при монтаже конструкций покрытия,
следует строго соблюдать установленные допуски в положении анкер-
ных креплений и других узлов примыкания покрытия с учетом преду-
смотренных расчетом перемещений тросов. Необходимо также обеспе-
чивать устойчивость опорной конструкции в целом и отдельных ее
элементов на всех стадиях возведения. Иногда необходимо предусмат-
ривать временные опоры и крепления для тех элементов конструкции,
которые в проектном положении должны иметь шарнирное опирание.
Чтобы выдержать проектную геометрию конструкции, необходимо учи-
тывать возможные перемещения отдельных ее элементов в процессе
возведения.
В ряде случаев возведение вантовых покрытий связано с устройст-
вом достаточно сложного основания, что требует специальных методов
производства работ.
74
КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЯ
Часть подготовительных работ по устройству вантового покрытия
может быть выполнена в мастерских или даже на заводе, изготовляю-
щем тросы. Это—вытяжка (калибровка) и оцинкование тросов, заготов-
ка их по длинам, устройство оголовков и других крепежных анкерных
деталей. Ввиду большой гибкости тросов их можно транспортировать
намотанными на бобины; транспортный вес и объем при э'том весьма не-
велики. Чтобы сократить объем работ, выполняемых на строительной
площадке, целесообразно, например, заранее заготовить центральное
кольцо с радиальными тросами (для кругового покрытия) и доставить
их к месту монтажа в собранном виде.
Покрытия из одиночных тросов. Тросы затягиваются в анкерные от-
верстия гидравлическими домкратами или электрическими лебедками.
Геометрическое очертание тросов после их закрепления должно быть
проконтролировано точными измерениями. До монтажа плит заполнения
необходимо проверить, не вызывают ли сосредоточенные пли неравно-
мерные монтажные нагрузки недопустимых перемещений тросов. Если
таких перемещений нельзя избежать, то монгаж плит следует вести с
временных подмостей (кружал). При возведении покрытий оди-
нарной кривизны, монтируемых отдельными отсеками, целесообразно
применять передвижные подмости, перемещаемые вдоль здания
(рис. 1.60). Такие подмости могут быть использо-ваны и для бетониро-
вания монолитных висячих покрытий.
На рис. 1.61 показано натяжение гидродомкратами тросов покры-
тия спортивно-выставочного зала в Дортмунде (ФРГ) [1.33]. С по-
мощью восьми домкратов (по четыре с каждой стороны пролета) натя-
жение тросов выполнено на участке шириной 5 м. Привод масляных
насосов работает от электромоторов с синхронным включением с каж-
дой стороны.
Предварительное натяжение тросов покрытий одинарной кривизны
с заполнением из сборных железобетонных элементов может быть обе-
спечено пригрузкой балласта (камень, гравий и т. п.). Характер верти-
кальных перемещений тросов при укладке балласта показан на
рис. 1.62. Очевидно, что замоноличивать швы между сборными плитами
можно только после загрузки двух смежных отсеков между тросами.
Балласт можно снять лишь после того, как бетон или раствор в швах
наберет достаточную прочность; поэтому целесообразно пригружать
одновременно два участка покрытия. Разгрузку следует выполнять по-
степенно, чтобы избежать появления изгибающих моментов в плитах.
Аналогично производят предварительное натяжение тросов в кру-
говых покрытиях. Чтобы обеспечить симметричное распределение
усилий предварительного напряжения в оболочке покрытия, натяжение
тросов домкратами или загрузку балласта следует выполнять в не-
сколько приемов.
Тросовые фермы можно монтировать без подмостей. На рис. 1.63
показана схема монтажа покрытия стадиона «Юханнесхоф» в Сток-
гольме (Швеция) [1.23]. На объекте был смонтирован кабель-кран, с
75
Рис. 1.60. Передвижные подмости (кружала) для монтажа вантового по-
крытия
Рис. 1.61. Натяжение вант гидродомкратами
рительным напряжением
Рис. 1.62. Предварительное напряжение вантового покрытия пригрузкой
J — сборные плиты; 2— балласт; 3 — тросы; 4— подвески; 5 — монолитный бетон (в швах)
Рис. 1.63. Схема установки кабель-крана для монтажа вантового покрытия
1 — несущий трос кабель-крана; 2— тяговый трос; 3 — монтажная тележка; 4 —тросовые фермы;
5 — лебедки
Рис. 1.64. Стадии монтажа
кругового висячего покрытия
I — закрепление нижних ради-
•альных тросов (центральное коль-
цо лежит на временных опорах);
II — закрепление верхних тросов
(центральное кольцо подвешено);
III— натяжение верхних тросов
Рис. 1.65. Укладка панелей покрытия по тросовым фермам
Рис. 1.66. Предварительно-напряженная тросовая сетка в процессе монтаж*»
помощью которого раскатаны с бобин поясные тросы и заанкерены к
колоннам. После регулировки провеса тросов была установлена решет-
ка фермы и поясные тросы стянуты гидродомкратами. Использован
также кабель-кран со специальной монтажной тележкой, с которой
можно одновременно вести работу на двух соседних фермах. Натяже-
ние поясных тросов контролировали нивелировкой их геометрической
•оси и измерением частоты собственных колебаний, а натяжение стерж-
ней решетки — динамометрами.
Предварительное напряжение двухпоясных вантовых систем осу-
ществлялось натяжением тросов домкратами. На рис. 1.64 показаны
последовательные этапы предварительного напряжения вантового по-
крытия павильона США на Всемирной выставке в Брюсселе [1.40].
После окончательного натяжения тросов монтируют заполнение и
укладывают кровлю. На рис. 1.65 показаны плиты легкого покрытия,
уложенные по тросовым фермам. Чтобы повысить степень сборности
конструкций, заполнение покрытия часто выполняют из крупноразмер-
ных элементов.
Тросовые сетки. Монтаж тросовых сеток начинается с подготовки и
анкеровки несущих тросов; для этого используют гидродомкраты или
лебедки. Положение тросов корректируют подтяжкой их натяжными
ключами. Затем укладывают и натягивают стабилизирующие тросы,
устанавливают крепления в узлах их пересечения с 'несущими тросами.
В результате тросовая сетка приобретает значительную жесткость: по
ней можно ходить, и небольшие местные нагрузки при монтаже не вы-
зывают больших прогибов сетки. На рис. 1.66 показан монтаж тросовой
сетки покрытия аудитории университета в Брюсселе (Бельгия) [1.67].
При возведении небольших покрытий сетку собирают заранее и затем
лебедками натягивают по опорному контуру [1.68]. Предварительное
натяжение тросов выполняют при малых пролетах натяжными ключа-
ми, а при больших пролетах — гидродомкратами; в последнем случае
натяжение производят в несколько ступеней, в точном соответствии с
расчетом. Поскольку при большом числе натягиваемых тросов домкра-
ты приходится переставлять, они должны быть достаточно портатив-
ными; для удобства переноски домкратов необходимо устраивать лег-
кие подмости.
Глава 2
СТЕРЖНЕВЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ
КОНСТРУКЦИИ ИЗ МЕТАЛЛА
Стержневые пространственные конструкции в известной
мере аналогичны массивным (сплошным) конструкциям — плитам,
плоским дискам, оболочкам. С другой стороны, эти конструкции есть
дальнейшее развитие плоских стержневых (решетчатых) конструкций.
Развитие современных технологических методов производства
позволяет изготовлять крупные серии стандартных конструктивных
элементов при сравнительно небольших затратах. Эти успехи в облас-
сти технологии и обусловили экономическую эффективность примене-
ния стержневых пространственных конструкций.
Принцип стержневой пространственной конструкции известен чело-
вечеству с древнейших времен; он использован и в монгольских юртах,
и в хижинах жителей тропической Африки, и в каркасных постройках
средневековья, а в наше время — в конструкциях велосипеда, самоле-
та, подъемного .крана и т. д.
В последнее время стержневые пространственные конструкции про-
мышленного изготовления получили широкое распространение во мно-
гих странах, что объясняется простотой их производства и легкостью мон-
тажа сооружений. Основная заслуга в создании и развитии этих конст-
рукций принадлежит прежде всего Беллу, Фепплю и Швеллеру, рабо-
тавшим на рубеже двух столетий, а в настоящее время — Блумфилду,
Дю-Шато, Ледереру, Маковскому, Отто, Поницу, Райту, Фуллеру, Цу-
бои и др.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВЫ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ
Элементарная стержневая пространственная конструкция — трено-
га (рис. 2.1,а), образованная тремя сходящимися в узле стержнями, не
лежащими в одной плоскости. Из таких треног образуется, например,
конструкция, показанная на рис. 2.1,6; в таких конструкциях число
стержней равно утроенному числу свободных (не прикрепленных к ос-
нованию) узлов: С=ЗУСв- Эти стержневые системы принято называть
простейшими.
Приведенному соотношению отвечает также конструкция, показан-
ная на рис. 2.1,в; она, однако, уже не образуется, как предыдущая, из
элементарных треног; такие системы называются преобразованными.
Если тренога не прикреплена к массивному основанию (обычно к
земле), то для обеспечения ее геометрической неизменяемости необхо-
80
Рис. 2.1. Схема построения пространственных
стержневых систем
а — тренога (узел поддерживается тремя стержням-и, не
лежащими в одной плоскости); б — простейшая систе-
ма образования из треног; в — преобразованная стати-
чески определенная система; г — элементарная свобод-
ная система—тетраэдр; д — свободная система, обра-
зованная дополнением тетраэдра
дим о ввести еще три стержня (рис. 2.1,г). При этом образуется прост-
ранственный четырехугольник — тетраэдр, для которого С=ЗУ—6,
где У — полное число узлов. Последовательным соединением таких
элементов образуется так (называемая свободная стержневая система.
Стержневая пространственная конструкция, узлы которой лежат на
некоторой поверхности одинарной или двоякой кривизны (рис. 2.2),
образует сетчатую оболочку. В зависимости от формы поверхности раз-
личают сетчатые цилиндрические оболочки (рис. 2.2,с), сетчатые купола
(рис. 2.2,6), сетчатые конические оболочки (рис. 2.2,в) и оболочки пере-
носа (рис. 2.2,а).
Другой тип стержневых пространственных конструкций-—призма-
тические конструкции и плиты (рис. 2.3); здесь можно выделить трех-
81
Рис. 2.2. Формы стержневых (сетчатых) оболочек
а — цилиндрическая; б — купол; в — коническая; г — оболочка переноса
Рис. 2.4. Типы плоских стержневых решеток
а —с двумя семействами пересекающихся стержней;
б — с тремя семействами стержней; в — диагональная;
г — кольцевая
9
Рис. 2.5. Схемы статически определимых сетчатых куполов с открытым кольцом в вер’-
шине
а — кинематически неизменяемая (жесткая) система; б — изменяемая (подвижная) система
Рис. 2.6. 'Перемещения узла сетчатой оболочки под сосредоточенной силой
а —увеличение угла вследствие укорочения стержней и смещения соседних узлов; б — прощел-х
кивание узла при перегрузке с образованием новой равновесной конфигурации
грэнные (трехпоясные) фермы (рис. 2.3,а) и стержневые (структурные)
плиты (рис. 2.3, б).
Стержневые пространственные конструкции могут быть однослой-
ными (однопоясны1ми), двухпоясными или много поясными. Например,
структурные плиты выполняют двухпоясными; сетчатые купола и ци-
линдрические оболочки при обычных пролетах делают однослойными
(однопоясными).
Одним из признаков классификации стержневых конструкций явля-
ется число взаимно пересекающихся семейств стержней, лежащих в
плоскости решетки; оно может быть равно двум (рис. 2.4,а), трем (рис.
2.4,6) и более. Различают также диагональные (рис. 2.4,в) и кольцевые
(рис. 2.4,а) решетки. Эти термины не являются общепринятыми в ми-
ровой технической литературе. Работа по уточнению терминологии в
области стержневых пространственных конструкций, основанной на по-
нятиях стереометрии, продолжается.
При конструировании стержневых пространственных систем сущест-
венно, что они, будучи по существу кинематическими, должны вместе с
тем обладать геометрической неизменяемостью. Этому условию всегда
удовлетворяют простейшие стержневые системы (см. выше). Если же
система не является простейшей, то в каждом случае необходимо ис-
следовать ее кинематическую схему. Для этого систему приводят к про-
стейшей заменой (перестановкой) отдельных стержней; полученную сис-
тему рассчитывают, после чего замененные стержни возвращают в пер-
воначальное положение. Если в результате один (или несколько) из
этих стержней оказывается «пулевым» (т. е. усилие в нем равно нулю),
то стержневая система является кинематически подвижной (геометри-
чески изменяемой) и поэтому непригодной в качестве конструкции.
Современные ЭВМ быстро и надежно анализируют кинематическую
схему стержневой конструкции в процессе ее расчета; если система ге-
ометрически изменяема, машина автоматически прерывает расчет.
Для выпуклых сетчатых куполов с треугольными гранями и откры-
тым многоугольным кольцом в вершине (рис. 2.5) справедливо правило,
что купол является геометрически неизменяемым .лишь в том случае,
когда число сторон (или узлов) в горизонтальных сечениях нечетно.
Пространственная стержневая система статически определима, ес-
ли .выполняется соотношение С=.!ЗУСв или С—ЗУ—6. Каждый дополни-
тельный стержень увеличивает степень статической неопределимости
системы на единицу.
При разработке схем сетчатых конструкций полезно помнить ука-
зание Феппля: «Любой образованной из треугольников поверхности,
полностью заключающей в себе односвязную пространственную об-
ласть, соответствует геометрически неизменяемая и статически опреде-
лимая стержневая конструкция, причем стержни соответствуют ребрам
поверхности, а узлы — ее вершинам» [2.1].
Проблема устойчивости, актуальная прежде всего для однослой-
ных сетчатых оболочек, связана с возможностью их прищелкивания,
как и в сплошных тонкостенных оболочках (рис. 2.6). Угол а между
смежными стержнями должен быть значительно меньше 180°; в про-
84
Таблица 2.1
Стереометрические фцрмы (правильные и полуправильные многогранники),
используемые для построения (Пространственных стержневых систем
Кинематичес-
кая характе-
ристика
исходной
стержневой
системы
Вариант развития
стержневой системы
Примечание
Исходная форма
(многогранник)
Тетраэдр
Жесткая
Изменяемая1
Гексаэдр (куб)
Жесткая
Октаэдр
Додекаэдр
Изменяемая1
Оптимальная форма
для купольных конст-
рукций
Жесткая
ю же
Икосаэдр
Продолжение табл. 2.1
Исходная форма
(многогранник)
Кинематичес-
кая характе-
ристика
исходной
стержневой
системы
Вариант развития
стержневой системы
Примечание
Изменяемая1
Исходная форма для-
систем типа структур-
ных плит
Кубоктаэдр
Октаэдр с усе-
ченными вершина -
ми
Оптимальная форма
узловой детали для
структурных плит
Ромбокубэктаэдр
Жесткая
Сфера (шар)
1 Для обеспечения жесткости системы
тырех-, .пяти- и шестиугольных гранях.
необходима установка дополнительных стержней
в че-
86
дивном случае увеличение этого угла вследствие укорочения стержней
под нагрузкой приводит к тому, что усилия в стержнях (возрастают до
бесконечности, и происходит прогцелкивание отдельного узла. Это про-
щелкивание не приводит к обрушению всей сетчатой конструкции, кото-
рая в большинстве случаев приобретает другую устойчивую равновес-
ную конфигурацию, отличную от первоначальной.
В табл. 2.1 дан анализ форм правильных и полуправильных много-
гранников, используемых при создании стержневых пространственных
конструкций.
Расчет стержневых пространственных конструкций, за редкими ис-
ключениями (например, статически определимые стержневые складки),
выполняется с применением ЭВМ. В ГДР в настоящее время использу-
ются программы расчета для машин NE 503 и IBM-360/40. Эти и ана-
логичные программы позволяют определять усилия в стержнях, рас-
считывать их сечения (при сжимающих усилиях — с учетом коэффици-
ента продольного изгиба), определять перемещения свободных узлов
•и составляющие реакций в опорных узлах, а также проверять равнове-
сие системы при различных вариантах нагружения, определять макси-
мальные (расчетные) усилия во всех стержнях и подбирать сечения.
2. КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ И СОЕДИНЕНИЯ
В течение последних 20 лет были разработаны и проверены много-
численные системы стержневых пространственных конструкций. Эти
системы отличаются главным образом конструкцией узловых соедине-
ний. Обзор наиболее известных применяемых систем, а также некото-
рых интересных предложений, касающихся решения узлов, дан в табл.
2.2. Этот обзор охватывает лишь малую часть из огромной массы опуб-
ликованных патентов и других материалов.
В однослойных сетчатых оболочках следует применять только та-
кие узловые соединения, которые обеспечивают жесткое защемление
стержней в направлении нормалей к поверхности, так как иначе воз-
можно прощелкивание узлов. В структурных плитах, как и вообще в
многопоясных системах, жесткое соединение стержней в узлах не тре-
буется.
При разработке узловых соединений следует учитывать наряду с ус-
ловиями работы конструкции также и условия ее изготовления, в част-
ности технические возможности станочного оборудования, которым рас-
полагает предприятие-изготовитель.
Конструкция узловых соединений зависит от геометрии стержне-
вой системы [2.11]. В простейшем случае все стержни, соединяемые в
узле, наклонены под одинаковыми углами к нормали; при этом оси
стержней лежат на общей конической поверхности и сходятся в одной
точке (рис. 2.7,а). Однако стержни бывают наклонены и под разными
углами к нормали и не касаются одной общей окружности (рис. 2.7,6).
Поэтому, если по конструктивным соображениям желательно прикреп-
ление стержней по одной окружности (например, к кольцевой фасонной
детали), то точки пересечения их осей с нормалью должны лежать в
87
Таблица 2.2
Важнейшие системы стержневых пространственных конструкций и узловых соединений
Схема
Характеристика системы
(соединения)
Автор
Изготови-
тель
Источ-
ник
Кружально - сетчатые
своды системы «Цольбау»
(Германия, начало 1900-х
годов). Система с ромби-
ческой решеткой и жест-
кими узлами выполня-
лась преимущественно
из деревянных элемен-
тов.
Пролеты сводов до
30 м
Соединение для кон-
струкций типа структур-
ных плит со стальными
стержнями. Впервые при-
менено в начале 1900-х
годов
А. Белл
(США)
[2-3}
Соединение (до 20
стержней в одном узле)
преимущественно для
структурных плит. В
связи со сложностью
конструкции экономичес-
ки эффективно лишь при
крупносерийном изготов-
лении
К. Вакс-
ман
(ФРГ)
[2.4J
88
Продолжение табл. 2.2
Схема
Характеристика системы
(соединения)
Автор
Изготови- Источ-
тель
БИК
Соединение системы
«Юнистрат» для струк-
турных плит. Фасонные
детали узлов и стержни
стальные, штампованные
Фирма
«Юнистрат
Корпорейшн»
(США)
[2.5]
Соединение системы
«Октаплаттен» преимуще-
ственно для структур-
ных плит. Стержни при-
вариваются к фасонным
деталям узлов в виде
полых сфер, свариваемых
из отдельных частей
Фирма
«Маннесмаи»
(ФРГ)
[2.6]
Система «Триодетик»
для различных типов
стержневых конструкций
(см. рис. 2.31, 2.32).
Фасонные детали узлов—
из прессованных алюми-
ниевых профилей. Стерж-
ни (нз алюминиевых труб)
устанавливают в узло-
вых деталях под любым
углом, для чего их кон-
цы обрезают и обжимают
на автоматических стан-
ках
Фирма «Фентимэн»
(Канада)
[2-6]
89
Продолжение табл. 2.2
Схема
Характеристика системы
(соединения)
Автор
Изготови-
тель
Источ-
ник
Система SDC. Приме-
няется для сетчатых ку-
полов и цилиндрических
оболочек, а с дополни-
тельными элементами —
для структурных плит
пролетом до 50 м. Фа-
сонные детали узлов
в виде оболочек из
стального литья, в кото-
рые вваривают стержни
из стальных труб
Соединение стержней
открытого профиля для
сетчатых сводов типа
«Вуппермаи», применяе-
мых в качестве покрытий
складов, выставочных по-
мещений и небольших
ангаров
Соединение с тарельча-
тыми штампованными фа-
сонными деталями, к ко-
торым на болтах крепят
трубчатые стержни. При-
меняется в основном для
сетчатых куполов с под-
весной оболочкой из тка-
ни
С. Дю-
Шато
(Франция)
Р. Б. Фул-
лер
(США)
[2-6]
Фирма
«Шульц»
(ФРГ)
[2.8J
Прод о лжение табл. 2.2
Схема
Характеристика системы
(соединения)
Автор
Изготови-
тель
Источ-
ник
Соединение для струк-
турных плит системы
«Меро». Получило широ-
кое распространение бла-
годаря простоте изготов-
ления и монтажа
Соединение для плос-
ких и криволинейных
структурных плит. Кон-
струкция интересна воз-
можностью транспорти-
ровать предварительно
собранные элементы в
сложенном виде, но уяз-
вима для коррозии, если
только нс применяется
горячее оцинкование всех
поверхностей детален
Соединение с тросо-
выми стяжками без свар-
ки или крепежных дета-
лей. Спорное, ио весьма
интересное решение
М. Менг (< срингхаузеи 1>РГ)
— — Пат. ФРГ № 1064226
Франц,
пат.
№ 12333
Ромбические элементы Р. Б. Фул- Фирма [2.7]
из листового металла для лер «Кайзер
куполов (диаметром до 60 м) и оболочек, соеди- няемые на болтах. Эле- менты являются самоне- сущими и ие требуют (США) алюмиииум энд кемикл корпорейши» (США)
несущих конструкций
91
Продолжение т'абл. 2.2
Схема
Характеристика системы
(соединения)
Автор
Изготови-
тель
Источ-
ник
Система «Спейс-дек» из
пирамидальных сборных
элементов, которые в
плоскости верхнего пояса
соединяются между со-
бой на болтах, а в плос-
кости нижнего пояса
связываются растяжками.
Пирамиды вкладываются
одна в другую и поэто-
му удобны при транспор-
тировании
Фирма
«Денингс
оф Чард»
(Англия)
Система «Спейс-грид»
из пирамидальных сбор-
ных элементов. Верхний
пояс (кровля или пол)
из металлических пане-
лей
Фирма
«Батлер
мэньюфекчу-
ринг»
(США)
[2.9]
Система «Пирамитек»
из сборных шестигранных
пирамид (расстояние меж-
ду вершинами 1,75 м).
Перекрываемые пролеты
до 45 м
С. Дю-
Шато
(Франция)
[2.9J
92
Продолжение табл. 2.2
Схема
Характеристика системы
(соединения)
Автор
Изготови-
тель
Источ-
ник
Система «Абстракта»
с прямыми крестовинами
в узлах (без диагональ-
ных стержней). Трубча-
тые стержни и крестови-
ны из алюминия. Жест-
кие узлы обеспечивают
геометрическую неизме-
няемость конструкции.
Система применяется для
сетчатых куполов (диа-
метром 17 м) с ткане-
выми покрытиями
Фирма
«Абстракта
констрак-
шен»
(Англия)
[2.9»
Соединение для одно-
слойных сетчатых оболо-
чек с кольцевыми фасон-
ными деталями и прива-
ренными к ним стержня-
ми
Фирма
«Стюарт
и Ллойдс»
(Англия)
[2.6]
Соединение трубчатых
стержней на фланцах с
литыми фасонными дета-
лями. Применяется для
особо крупных и сильно
нагруженных стержневых
конструкций, например
морских эстакад
То же [2.6]
93
Продолжение табл. 2.2
Схема
Характеристика системы (соединения) Автор Изготови- тель Источ- ник
Соединение для струк- турных плит из труб, сплющенных в узлах. Недостаток этого и ана- логичных решений со- стоит в том, что в неко- торых узлах стержни не- обходимо стыковать, при этом оии примыкают к узлу иа разной высоте, что осложняет изготов- ление и монтаж элемен- тов Геро. Динг и др. (Австра- лия) [2.9]
Соединение с торои- дальными фасонными де- талями для сетчатых обо- лочек; возможна модифи- кация конструкции узла для структурных плит. Трубчатые стержни при- варивают к фасонным де- талям Буркардес (Франция) — [2.6]
Соединение для струк-
турных плит с полыми
фасонными деталями и
болтовыми креплениями
стержней
Беге
(Франция)
[2.6]
«4
Продолжение табл. 2.2
Схема
Характеристика сис темы
(соединения)
Изготови-
тель
Источ-
ник
Система «Тридимадек»
для структурных плит из
предварительно собирае-
мых элементов. Стержни
приваривают к фасонным
деталям
Соединение для сетча-
тых оболочек (из готовых
сварных плоских реше-
ток) или структурных
плит (из готовых свар-
ных трехгранных ферм)
Соединение для струк-
турных плит (до 18
стержней в одном узле)
с креплением стержней
на высокопрочных бол-
тах
Соединение для сетча-
чатых оболочек, преиму-
щественно однослойных,
с выточенными фасонными
деталями и штампованны-
ми крышками. Концы
стержней обрезают (под
любыми углами) и при-
варивают к крепежным
деталям на автоматиче-
ских станках
С. Дю-
Шато
(Франция)
Дзеволь-
ский
(Франция)
Разработка Инсти-
тута наземных соору-
жений Высшей школы
архитектуры и стро-
ительства в Веймаре
(ГДР)
Разработка Инсти-
тута промышленных
сооружений Герман-
ской академии строи-
тельства (ГДР)
[2.Ю,
2.29J
[2.2,
2.29],
95'
Рис. 12.7. Взаимное расположение стержней в узле
а — с одинаковыми углами наклона к нормали; б —с разными углами наклона;
в, г — со смещением -концов
разных уровнях (рис. 2.7,в); при этом в узле появляется момент (пара
сил). Кроме того, в этом случае фактические длины стержней будут от-
личаться от теоретических, соответствующих расчетной геометрической
схеме конструкции (рис. 2.7,г).
3. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СТЕРЖНЕВЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ
конструкций
А. СЕТЧАТЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ И СВОДЫ
Конструкции этого типа представляют собой, как правило, стати-
чески неопределимые системы, которые из конструктивных соображе-
ний, а также из условия обеспечения общей жесткости покрытий вы-
полняются в виде стержневых сеток с одинаковыми ячейками.
Простейшая сетчатая цилиндрическая оболочка образуется изгиба-
нием плоской треугольной сетки в направлении одного из семейств па-
раллельных прямых (рис. 2.8). Чтобы обеспечить геометрическую неиз-
меняемость системы, сетку закрепляют в плоскостях торцов оболочки.
Сохраняя неизменной длину стержней, можно варьировать очертание се-
чения оболочки; при этом изменяются только углы между стержнями и
соответственно узлы .их соединения. Если конструкция узлов допускает
поворот стержней в плоскости сечения, то из одной и той же стержневой
96
Рис. 2.8. Схема об-
разования цилинд-
рической оболоч-
ки из плоской тре-
угольной стерж-
невой сетки
Рис. 2.9. Схема цилиндрических сетчатых оболочек с ромбической
сеткой
а — с прямой; б — с косой
4 Зак. 283
сетки можно выполнять цилиндрические оболочки любого профиля, в
зависимости от очертания торцевых стен.
На рис. 2.9 показаны примеры построения'конструкции однослойных
сетчатых оболочек с прямой а и косой б ромбической стержневой сет-
кой. Из числа стержней, сходящихся в каждом узле сетки, по крайней
мере три не должны лежать в одной плоскости. Конструкцию оболочки
можно неограниченно развивать в направлении оси х, аналогично по-
казанному на рис. 2.9,а. Однако при этом возрастают усилия в стержнях
вблизи оси у; поэтому конструкцию замыкают с противоположного тор-
ца, превращая ее в симметричную (и статически неопределимую). Уве-
личение пролета оболочек обычно сопровождается введением дополни-
тельных опорных закреплений либо промежуточных стержней и, таким
образом, усложнением конструктивной схемы.
Оболочки с косой ромбической сеткой (рис. 2.9,6) имеют несиммет-
ричную конструктивную схему; кроме того, их недостатком являются
слишком большие углы (близкие к 180°) между диагональными стерж-
нями. С другой стороны, узлы в таких оболочках располагаются на по-
верхностях различного радиуса; этот эффект, аналогично двоякой кри-
визне, повышает несущую способность оболочки.
Сетчатая оболочка двоякой кривизны также может быть образова-
на из плоской треугольной сетки, но путем изгибания ее в другом, пер-
пендикулярном направлении (рис. 2.10). Узлы треугольных ячеек сетки
располагаются таким образом, что смежные сечения оболочки (по
стержням) имеют различные радиусы кривизны. Такая система явля-
ется более жесткой, чем показанная на рис. 2.8, но ей уже нельзя при-
дать любую форму сечения, не изменяя длины шага стержней. Кроме
того, в данном случае усложняется решение узловых соединений, а так-
же конструкция кровли, если только она не выполняется в виде мягкой
оболочки.
Наиболее рациональными, в смысле распределения усилий, являют-
ся конструкции сетчатых цилиндрических оболочек типа показанных на
рис. 2.11—2.13 [2.2]. Для таких оболочек невыгоднейшее сочетание об-
разуется односторонней снеговой и ветровой нагрузкой. Конструкции та-
ких оболочек изготовляются народным предприятием «Лаузитцер
Рис. 2.10. Схема образо-
вания оболочки двоякой
кривизны из плоской тре-
угольной стержневой
сетки
98
Рис 2 11 Схема цилиндрической сетчатой оболочки пролетом 13,32 м.
На схеме показаны усилия (в кгс) от собственного веса покрытия и одно-
сторонней снеговой нагрузки
4* Зак. 283
Стойки.
Рис. 2.12. Схема цилиндрической сетчатой оболочки пролетом 22,13 м. На схеме пока-
заны усилия (в кгс) от собственного веса покрытия и симметричной снеговой нагрузки
Рис. 2.13. Ци-
линдрическая
сетчатая обо-
лочка пролетом
16,66 м
ei
Рис. 2.14. Схе-
мы членения
сетчатых оболо-
чек по рис. 2.8
(а) и по рис.
2.10 (б)
Рис. 2.15. Схемы компоновки покрытий из цилиндрических
сетчатых оболочек
Таблица 2.3
Примеры покрытий из сетчатых цилиндрических оболочек
Схема Объект и страна Характеристика кон- струкции Автор Источ- ник
Спортзал Миоговолновые сет- Грегуар, [2.121
в Карпантре чатые оболочки из Бнскоп, Дю-
(Франция) стальных труб с глу- Шато
хими торцевыми сте-
нами
Крытые
теннисные
корты
в Париже
(Франция)
Сетчатая оболочка
нз стальных труб с
соединениями систе-
мы SDC (см. табл.
2.2)
Склады
и производ-
ственные
здания (ФРГ)
Сетчатые своды си-
стемы «Вупперман» из
легких стальных про-
филей (см. табл. 2.2);
масса покрытия 20,2
кг/м2. В коньке сво-
да может быть уста-
новлена край-балка
грузоподъемностью до
500 кг
Склад
(Англия)
Сетчатая оболочка
из металлических
труб, работающих на
сжатие, с заполнени-
ем из пластмассовых
панелей в форме ги-
паров
Дю-Шато [2.12}
Фирма [2.131
«Шульц»
У. Орр [2.14]
103
Продолжение табл. 2.3
Схема
Объект
и страна
Характеристика кон-
струкции
Автор
Источ-
ник
Производст-
венный корпус
(Испания)
Многоволновые сет-
чатые оболочки из
стальных двутавровых
профилей
Э. Торроха
[2.15]
Ангар
(Испания)
Сетчатая
из гнутых
профилей
оболочка
стальных
Э. Торроха
[2.15]
Склад угля
(Япония)
Сетчатые оболочки
двоякой кривизны из
решетчатых стерж-
ней
Кашиме, Но-
ме и др.
[2.16]
штальбау» .в Руланде (ГДР); расход стали при пролете 16,66 м сос-
тавляет около 11 кг на 1 м2 перекрываемой площади.
Оболочка может быть выполнена с использованием минимального
числа типоразмеров стержней и узлов, если ее поверхность ограничена
«естественными» сечениями, как это показано на рис. 2.14. Возможно-
сти КОМ1ПОНОВКИ покрытий из сетчатых цилиндрических оболочек видны
из рис. 2.15. Если отдельные отсеки покрытия ограничены «естествен-
ными» сечениями, то в местах примыкания отсеков не возникает допол-
нительных усилий.
Некоторые примеры сетчатых цилиндрических оболочек покрытий
приведены в табл. 2.3 и на рис. 2.16—2.19.
Б. СЕТЧАТЫЕ КУПОЛА
Основные преимущества сетчатых куполов:
купол имеет поверхность двоякой кривизны и поэтому эффективен
в смысле статической работы;
104
Рис. 2.16. Сетчатая цилиндрическая оболочка, собираемая из плоских реше-
ток (ферм). Макет. Конструкция разработана Институтом промышленного,
строительства Академии строительства ГДР
Рис. 2.17. Сетчатая цилиндрическая шедовая оболочка (покрытие выполняется
из легкого бетона по металлическим просечным листам). Изготовитель — фирма
«Блумфилд» (Англия)
.Рис. 2.18. Сетчатая цилиндрическая оболочка с подвесным тканевым покрытием
Рис. 2.19. Схема
покрытия в виде
висячей сетчатой
цилиндрической
оболочки
купол полностью образует конструкцию сооружения, что позволяет
исключить устройство колонн, стен, ригелей и т. tn.
Сферический купол, кроме того, имеет минимальную поверхность
при максимальной перекрываемой площади.
Сетчатая оболочка, описанная вокруг полной сферы или вписанная
в нее, может быть выполнена самое большое из 30 стержней одинаковой
длины; такая оболочка имеет форму икосаэдра — правильного двадца-
тигранника с гранями в виде равносторонних треугольников. Это пра-
вило легко доказывается; в самом деле, если сложить рядом шесть рав-
носторонних треугольников, углы в которых равны 60°, то они полно-
стью покрывают плоскость, так что ив них уже нельзя образовать про-
странственного угла. Таким образом, основной элемент сетчатого мно-
гогранного купола может быть образован тремя равносторонними
треугольниками (тетраэдр), четырьмя (октаэдр) либо пятью (ико-
саэдр).
Сетчатые купола выполняются из стержней различной длины; иск-
лючение составляет упомянутый случай икосаэдра. Существует
много различных способов построения геометрии сетчатых ку-
полов. Выбрать из них какой-либо один способ невозможно, поскольку
этот выбор определяется условиями изготовления и материалом конст-
рукции. Поэтому формы сетчатых куполов могут быть весьма разнооб-
разными, а их проектирование сопряжено со значительными трудностя-
ми. Некоторые ранние формы сетчатых куполов приведены в табл. 2.4..
Сферический купол может быть образован на основе плоской шес-
тиугольной сетки (рис. 2.20,а). Купол с плоскими шестиугольными
гранями (рис. 2.20,6) не является жесткой конструкцией, так как не
107,
Таблица 2.4
Ранние формы сетчатых куполов
Схема
Характеристика конструкции
Купол Швеллера. Статически определимая
система .(при открытом кольце в вершине). Пер-
вый купол (диаметром 60 м) сооружен в 1874 г.
в Вене (Австрия). В последнее время конструк-
ция снова широко применяется для большепро-
летных куполов; .пример — купол диаметром
101 м в Шарлотте (США), 1955 г.
Купол Циммермана. Статически определимая
система. Много куполов такой конструкции бы-
ло сооружено в Германии до 1914 г.
«Лейпцигский» купол (впервые сооружен в
Лейпциге для покрытия рынка). Статически оп-
ределимая система
Купол системы А. Феппля. Статически опреде-
лимая система. При нечетном числе сторон (см.
схему) геометрически неизменяема, при четном —
геометрически изменяема
108
Продолжение табл. 2.4
Схема
Характеристика конструкции
Пирамидальный купол системы В. Шлинка.
Статически определимая система. Опоры в уг-
лах шарнирно неподвижные, остальные — под-
вижные в направлении нормалей
содержит достаточного количества стержней. Для ее стабилизации не-
обходимо вводить дополнительные стержни (рис. 2.20, в), причем их
длина не равна длине стержней плоской сетки, поскольку в результате
деформации сетки углы в шестиугольниках изменяются. Небольшие
купола выполняют, растягивая плоскую сетку и раскрепляя ее узлы до-
полнительными стержнями (рис. 2.20, г); такая конструкция менее
чувствительна к допускам по длине стержней. Возможны и другие спо-
собы стабилизации куполов с шестиугольными ячейками (рис. 2.20, д,е).
На рис. 2.21 ,а—в показаны некоторые геометрические схемы сетча-
тых куполов. В последнее время особенный интерес вызывают конструк-
ции так называемых геодезических куполов; стержни в них располага-
ют вдоль линий большого круга или геодезических линий. Создателем
такого рода конструкций является Р. Б. Фуллер (США). В табл. 2.5
показаны принципы образования геодезических куполов на основе ико-
саэдра [2.7]. Системой геодезических линий поверхность сферы разби-
вается на равносторонние сферические треугольники (рис. 2.22). Э|ти
треугольники заполняются либо стержнями (различной длины), либо
панелями (различных размеров); возможные схемы дальнейшей раз-
бивки этих треугольников приведены в табл. 2.6.
Примеры сооруженных геодезических и других сетчатых куполов
приведены в табл. 2.7; некоторые конструкции показаны на рис. 2.23—
2.28. В табл. 2.8 приведены данные о куполах, серийно изготовляемых
фирмой «Кайзер алюминиум энд кемикл корпорейшн» (США). Сетча-
тые купола небольшого диаметра (до 12 м) могут использоваться для
разного рода временных и передвижных сооружений (рис. 2.29).
109
Рис. 2.20. Схемы
образования и
стабилизации сет-
чатых куполов
а — плоская стерж-
невая сетка с ше-
стиугольными ячей-
ками; б — образо-
вание купола из
плоской сетки; в, г —
введение дополни-
тельных стержней
для создания жест-
кой системы; д, е —
возможные спосо-
бы стабилизации
граней купола
Рис. 2.21. Геометрические схемы сетчатых куполов (номерами на схемах обозна-
чены стержни различной длины)
Таблица 2.5
Формообразование геодезических куполов
Продолжение табл. 2.5
Примечание. п — число типоразмеров стержней.
Таблица 2.6
Разбивка элементов заполнения равностороннего сферического треугольника
Вид заполнения
Схема разбивки
Количество
типораз-
меров
элементов
Стержни
3
Продолжение табл.' 2.6
Вид заполнения Схема разбивки Количество типораз- меров элементов
Стержни
»
4
< 5
118
Продолжение табл. 2.6
Вид заполнения
Количество
типораз-
меров ;
элементов
Ромбические
(гипары)
Схема разбивки
I
панели
Шестиугольные пане-
ли (пирамиды)
Шестиугольные панели
пирамиды)
119
Таблица 2.7
Примеры сооруженных сетчатых куполов
Объект и место по- стройки Размеры, м Вес кон- струкции, кг/м2 Характеристика конструкции Автор Источ- ник
диа- метр высота
Детройт (США) 28,35 12 Геодезический купол из алюминиевых стерж- ней с мягкой оболочкой Р. Б. Фул- лер [2.18J
Сан-Паулу (Бра- зилия) 29,7 4,3 Геодезический купол из алюминиевых про- филей, собираемых в шестиугольные монтаж- ные элементы (со стяж- кой стальными троса- ми), с мягкой оболоч- кой Эгер, Либес- кинд [2.191
Здание многоце- левого назначения (США) 32 5 Геодезический купол из алюминиевых труб с подвешенной изнут- ри тканевой оболочкой Р. Б. Фул- лер [2-8]
Выставочный зал (США) 35 — 6 То же. Купол собран силами 10 рабочих за Р. Б. Фул- лер [2.20]
Оранжерея США) 42,7 21,75 — О ч Сборный железобе- тонный сетчатый купол с остеклением .в метал- лическом каркасе Гриб, Амман, Уитни [2.21]
Аудитория (США) 44,2 11,5 Геодезический купол из листовых алюминие- вых элементов (с отбор- товкой кромок), под- крепленных трубчаты- ми распорками; тепло- изоляция из напыленной пластмассы. Купол со- бран силами 38 рабочих за 20 ч Р. Б. Фул- лер, фирма «Кайзер» [2.23]
Выставочный зал в Будапеште (Венг- рия) 47,4 8,37 (купол); 5,27 (заполне- ние) Купол из алюминие- вых профилей с запол- нением из полиэфирного стеклопластика (рис. 2.25) Озераи, Ка- дар [2.23]
Оранжерея (США) 53,4 21,3 Многослойный геоде- зический купол -из алю- миниевых труб с запол- нением из оргстекла Мэрфи, Мак- ки [2.24]
Ремонтный завод в Луизиане (США) 114,5 35,2 55,8 Геодезический купол из стальных трубчатых и листовых элементов со стяжками из круглой стали Р. Б. Фул- лер [2.27]
Выставочный зал в Токио (Япония) 120 31 80 Купол из стальных про- филей с бетонной обо- лочкой толщиной 4,2 см (рис. 2.28) Мурата, Цу- бои [2.12]
120
Продолжение табл. 2.7
Объект и место по- стройки Размеры, м Вес кон- струкции, кг/м2 Характеристика конструкции Автор Источ- ник
диа- метр высота
Выставочный па- вильон в Москве (СССР) 61 23,72 16 Геодезический купол из листовых алюминие- вых элементов (с от- бортовкой кромок), под- крепленных трубчатыми распорками Р. Б. Фул- лер, фирма «Кайзер» [2.25]
Общественное здание в Кливлен- де (США) 83 - 14 Двухслойный геодези- ческий купол из алюми- ниевых труб Р. Б. Фул- лер [2-12]
Выставочный зал в Брно (ЧССР) 93,5 — 32 Купол из неразрезных стальных труб, пересе- кающихся в узлах Ф. Ледерер [2.26]
Дворец открытий в Лондоне (Анг- лия) 104 24,4 Купол из алюминие- вых решетчатых стерж- ней [2-19]
Т а б л и,ц а 2.8
Типовые купольные покрытия фирмы «Кайзер» (США)
Радиус сферы, м 25 34
Диаметр купола, м 30 37,5 44 49 55 61
Перекрываемая площадь, м2 650 975 1420 1750 2300 2800
Высота купола, м 5,8 10 14,5 И 15,25 20
В. СЕТЧАТЫЕ КОНИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ
Эти оболочки по конструктивному 'принципу аналогичны сетчатым
куполам. Конические оболочки уступают куполам по жесткости, но зато
они имеют развертывающуюся поверхность, что облегчает раскрой эле-
ментов кровельного покрытия.
В мировой практике нет значительных примеров сетчатых коничес-
ких оболочек. Такие оболочки наиболее интересны как покрытия скла-
дов сыпучих материалов, поскольку в данном случае форма покрытия
хорошо соответствует конической форме насыпи
Геометрическая структура сетчатых конических оболочек, так же как
и куполов, может быть построена на формах правильных многогранни-
ков; при этом в вершине конуса могут сходиться три, четыре или пять
равносторонних треугольников. Все стержни системы имеют при этом
одинаковую длину, но углы в смежных горизонтальных поясах оболочки
изменяются, как эго следует из рассмотрения конических сечений.
В табл. 2.9 показан принцип образования сетчатых конических обо-
лочек со стержнями одинаковой длины. Свободные края оболочки в про-
цессе ее возведения должны быть закреплены.
121
Рис. 2.22. Схема сферического треугольника (k — хорда,
b — дуга)
b
Вис. 2.23. Сфериче-
ский сетчатый ку-
пол — покрытие
склада минераль-
ных удобрений
(диаметр 24 м, вы-
сота 18 м)
с — макет; б — схе-
ма усилий (буквами
обозначены типы
узлов); в — схема
разбивки на стерж-
ни сферического
треугольника, со-
ответствующего гра-
ни икосаэдра (циф-
ры на схеме — вели-
чины углов в гра-
дусах)
6-1800
Рис. 2.24. Сетчатый ку-
пол диаметром 24 м
(ГДР)
Рис. 2.25. Сетчатый ку-
пол в Будапеште (Венг-
рия); авторы Озераи и
Кадар
а — план н фасад; б —
фрагмент
Рис. 2.26. Сетчатый
купол из алюмини-
евых профилей с
подвешенной тка-
невой оболочкой в
Будапеште (Венг-
рия) : авторы —
Озераи и Кадар
Рис. 2.27. Сетча-
тый купол-покры-
тие выставочного
зала в Бухаресте
(Румыния) проле-
том 90 м
Рис. 2.28. Сетчатый купол с бетонным покрытием толщиной 4,5 см в Токио (Япо-
ния). Интерьер и фасад
Рис. 2.29. Примеры применения сетчатых куполов малого диаметра
a — схема купола; б — летний домик; в, г — временные покрытия для складов; д схемы плани-
ровок г с
1 — жилой дом; 2 — выставочный павильон; 3 — кинозал; 4 — аудитория; 5 — закусочная; о
кафе
128
Зак. 283
Таблица 2.9
Формообразование сетчатых конических оболочек со стержнями одинаковой длины
Г. СТЕРЖНЕВЫЕ (СТРУКТУРНЫЕ) ПЛИТЫ
Построение трехмерной стержневой конструкции из стержней оди-
наковой длины идентично с точки зрения геометрии задаче о наиболее
плотной упаковке одинаковых шаров в объеме; .при этом стержни соот-
ветствуют радиусам шаров в точках их касания. Наиболее плотная
упаковка шаров в пространстве достигается, если их центры лежат в
вершинах кубоктаэдра (рис. 2.30). Кубоктаэдр образуется сочетанием
чередующихся тетраэдров и октаэдров; плотная упаковка одинаковых
шаров в чисто тетраэдрической или октаэдрической решетке невоз-
можна.
Основные геометрические схемы структурных плит могут быть полу-
чены сечением кубоктаэдра параллельными плоскостями (рис. 2.31):
а — структура из чередующихся полуоктаэдрсв и тетраэдров (двухпо-
ясная структура с двумя семействами поясных стержней); б — струк-
тура из чередующихся октаэдров и тетраэдров (двухпоясная структура
с тремя семействами поясных стержней); в — октаэдрическая структу-
ра (аналогичная структуре типа б).
Конструкции структурных плит могут различаться в зависимости от
ориентации семейств стержней поясов и решетки относительно опорных
конструкций (колонн или стен).
Соотношения размеров элементов структурных плит, обеспечиваю-
щие минимум типоразмеров, следуют из рассмотрения геометрии эле-
ментарных ячеек структуры со стороной а (рис. 2.32). Для правильно-
го тетраэдра (рис. 2.32, a): а=70° 31' 44"; р=54° 44' 08"; и=а|/6/3;
радиус вписанной сферы ri=a]/6/12; радиус описанной сферы г2=
= п}'6/4; объем V=a3]/2/12; поверхность К=п2УЗ. Для правильного ок-
таэдра (рис. 2.32,6): а=109° 28' 16"; /г=яУ2/2; /7=аф2; Г1 = а]/6/6;
г2=ау2/2; К=а3]/2/3; F=2а2]/3.
Простейшая и наиболее широко применяемая в настоящее время
конструкция структурных плит основана на применении полуоктаэдри-
ческой решетки (рис. 2.31,а). Эта конструкция характеризуется просто-
той узловых соединений (в одном узле сходится не более восьми
стержней, а при схеме по рис. 2.31,6 ив-— до девяти); кроме того, она
удобна для перекрытия помещений, прямоугольных в плане, что наи-
более часто встречается на практике. При точечном опирании структур-
ной плиты в крайних панелях верхнего пояса устанавливают дополни-
тельные диагональные стержни (рис. 2.33) длиной а]/2.
Конструктивную высоту структурной плиты (расстояние между поя-
сами) принимают равной '/2о—'/25 пролета; при обычных пролетах до
24 м высота плиты составляет 0,96—1,2 м. Если конструкция выполняет-
ся из стержней одинаковой длины, то эта длина равна 1,35—1,7 м.
Ячейки структурной плиты при таких размерах могут быть перекрыты
обычными кровельными элементами (холодными или утепленными) без
дополнительных прогонов или обрешетки.
При значительных пролетах плиты необходимо устройство прогонов
под кровлю, так как, например, при пролете 48 м высота плиты состав-
ляет около 1,9 м, а длина стержней — около 2,7 м. Эта конструктивная
5"' Зак. 283
131
Рис 2.30. Простран-
ственная структура
в форме кубоктаэдра
(из стержней одина-
ковой длины)
Рис. 2.31. Схемы структурных плит с двумя (с) и с тремя (б, е) семействами поясных
стержней
Рис. 2.32. Схемы правильных многогранников
а — тетраэдра; б — октаэдра
Рис. 2.33. Установка дополнительных стержней в верхнем поясе структурной
плиты
Рис. 2.34. Комбинированная структурная плита размером 65X65 м в Убэ (Япо-
ния) ; автор — Сузуки
проблема изящно решена при устройстве большепролетного покрытия
в Убэ (Япония) [2.5]. Покрытие размером 65X65 м представляет собой
•структурную плиту большой конструктивной высоты с крупными ячей-
ками; ее верхний пояс выполнен в виде мелкоячеистой структурной
плиты, по которой уложена кровля (рис. 2.34).
Применение конструктивных систем по рис. 2.31,6 и в позволяет
•создать структурные плиты повышенной жесткости. Такие плиты (сис-
темы «Триодетик») были широко использованы для сооружений Все-
мирной выставки 1967 г. в Монреале, Канада (рис. 2.35).
Следует особо отметить ко1Нструктив1Н'ую систему структурных плит
(рис. 2.36), которую разработали Буэно и Кальвера (Испания). Узло-
вые соединения стальных трубчатых стержней (обрезанных по размерам
на заводе) выполняются с применением полых сферических фасонных де-
талей (каждая из двух полусфер), к которым приваривают стержни.
Покрытия этой системы характеризуются следующими показателями:
Размеры, м...........17X24; 25x25 47x56 50x70
Длина стержней, м 1,11 2,2 2,2
Масса, кг/м2 ... 20 40 50
Покрытие размером 47X56 м (площадью около 2600 м2) было соо-
ружено за 32 дня [2.9].
Несущая способность и предельные пролеты структурных плит, как
и вообще плоских плит, зависят в основном от условий опирания [2.9],
как это видно из табл. 2.10.
Таблица 2.10
Максимальные пролеты структурных плит системы «Спейс-дек»
при длине стержней 1,2 м [2.9]
Схема опирания Пролеты, м
12,2x12,2
15,9X15,9
18,3X18.3
36,6X18,3
30,5X30,5
37,8x37,8
30,5X42,6
12,2
18,3
21 9
134
Рис. 2.35. Структурная плита систе-
мы «Триодетик»
а — общий вид; б — узел
Рис. 2.36. Схема структурной плиты
конструкции Буэно и Кальверы (Ис-
пания)
1 — верхний пояс; 2 — решетка; 3 — ниж-
ний пояс
Данные о расходе металла для однотипных структурных плит, со-
держащиеся в технической литературе разных стран, весьма разноречи-
вы. Это объясняется различным подходом к унификации конструкций.
Некоторые фирмы изготовляют соединительные детали только одного
типоразмера и трубчатые стержни одного диаметра. Поэтому даже при
максимальных пролетах часть стержней имеет сечение больше требуе-
мого по расчету; при уменьшении пролетов перерасход металла, естест-
венно, оказывается еще большим.
Весьма интересные идеи, связанные с расширением области приме-
нения стержневых конструкций, содержатся в работах И. Фридмана и
П. Мэймона (Франция). Ими разработаны проекты гигантских стерж-
невых структур, заполняемых пространственными ячейками жилого или
общественного назначения [2.28].
4. КРОВЕЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ В ПРОСТРАНСТВЕННЫХ
СТЕРЖНЕВЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
Решения кровельных покрытий плоских стержневых конструкций
типа структурных плит в принципе не отличаются от обычно использу-
емых для стальных конструкций типа ферм или балок.
Иначе обстоит дело с покрытиями сетчатых оболочек одинарной и
двоякой кривизны, где приходится использовать качественно иные кон-
структивные решения (табл. 2.11).
Специфических решений требует также проблема создания микро-
климата в помещениях, перекрытых пространственными стержневыми
конструкциями. В сооружениях типа сводов или куполов (рис. 2.37,а)
возможно 'создание естественной вентиляции обеспечением притока на-
ружного воздуха в нижней части сооружения и выпуска воздуха в конь-
ке (вершине купола). Такой принцип вентиляции используется, напри-
мер, в африканских конических хижинах, где обеспечивается хороший
микроклимат, несмотря на тяжелые условия тропиков (рис. 2,37,6).
Материалы, обычно применяемые для кровельных покрытий, не об-
ладают высокими теплоизоляционными показателями; поэтому необхо-
димые теплотехнические свойства ограждения должны быть обеспечены
соответствующими конструктивными мероприятиями. Применяют, на-
пример, двухслойные кровельные оболочки, полости в которых запол-
няют легким теплоизоляционным материалом — стеклянной или мине-
ральной ватой либо пенопластом «пиатерм»1 (вспениваемым из жидкой
композиции). При этом следует обеспечивать необходимую гидро- и па-
роизоляцию (рис. 2.38). В покрытиях из структурных плит слои тепло-
изоляционного материала могут быть расположены в уровне обоих поя-
сов плиты [2.10, 2.11].
В последние годы общепризнан факт, что тепловая характеристика
здания в целом зависит от теплоемкости его наружных ограждений.
1 Фирменное название мочеииноформалвдегидного пенопласта. — Прим. пер.
136
Таблица 2.11
Принципиальные схемы кровельных покрытий сетчатых оболочек
Конструктивный принцип
Схема (разрез и геометрия)
Если теплоемкость их недостаточна, то в здании —так называемый ба-
рачный климат, характеризующийся быстрым переохлаждением поме-
щений в зимнее время и быстрым перегревом в летнее. С опасностью
барачного климата следует считаться во всех легких сооружениях.
Теплоемкость ограждения в значительной степени определяется мас-
сой материала; в связи с этим при проектировании легких ограждающих
конструкций возникают определенные трудности. Возможный выход из
этого противоречия состоит в том, что недостаточную теплоемкость не-
сущей конструкции ограждения компенсируют увеличением толщины,
теплоизоляции. Другой путь — назначение минимальной толщины тепло-
изоляции (из условий зимних температур) с компенсацией недостатка-
теплоемкости ограждения в зимнее время благодаря применению эф-
фективных систем отопления (воздушного или лучистого), а в летнее
благодаря устройству в ограждении вентилируемых полостей (воздуш-
137
Рис. Й.37. Схемы естественной вентиляции зданий
— купольных; б — конусообразных
Рис. 2.38. Схемы размещения теплоизоляции в по-
крытиях стержневой конструкции
Рис. 2.39. Детали холодной кровли по цилиндри-
ческой сетчатой оболочке [2.2] ►
1 — шайба нз пластифицированного ПВХ; 2 — заершен-
ный нагель; 3— профилированный алюминиевый
лист; 4 — деревянный брусок; 5 — хомут из полосы
30X1 мм; 6 — крюк с нарезкой и гайкой; 7 — наклад-
ка; 8 — фартук; 9 — слив; 10 — металлические профили;
11 — армированное стекло
Рис. 2.40. Детали вентилируе-
мой теплой кровли по цилинд-
рической сетчатой оболочке
[2.2] (вариант 1)
а — коньковый узел; б — рядовой
узел
1 — алюминиевый лист; 2 — алюми-
ниевая трубка 0 45X2X60 мм;
3» 4 — профилированные алюминие-
вые листы; 5 — полистирольиый
пенопласт; 6 — деревянные бруски;
7 — оцинкованные стальные болты
диаметром 8 мм; 8 — подкладка
150X60X4 мм; 9— накладка 140Х
К40ХЗ мм; 10 -хомут из полосы
50X3 мм; 11 — прокладка из пла-
стифицированного ПВХ; 12 —
оцинкованный стальной глухарь;
13 — пластмассовый колпачок; 14 —
узел сетчатой оболочки
пых экранов). Такой 'принцип экранирования известен .по традиционным
решениям холодных кровель. Несущие элементы конструкции покрытия
размещаются между кровельным и теплоизоляционным слоями либо оба
эти слоя .подвешиваются снизу к несущей конструкции; в обоих случаях
воздушная полость между ними делается вентилируемой. Нагреваясь,
воздух в полости образует естественный поток, направленный снизу
вверх ограждения, что предохраняет внутреннюю поверхность огражде-
ния от перегрева.
Летом можно охлаждать кровлю водой (орошением), как это дела-
ется на складах горючих и легковоспламеняющихся материалов. Этот
способ может оказаться целесообразным, если есть дешевый источник,
водоснабжения и подача воды не требует большого расхода энергии.
Для жестких кровельных покрытий сетчатых оболочек одинарной
кривизны весьма эффективно (применение профилированных металли-
ческих листов, главным образом алюминиевых. При обычных радиусах
кривизны оболочек профилированные листы легко изгибаются по форме
139
Рис. 2.41. Детали вентилируе-
мой теплой кровли по цилинд-
рической сетчатой оболочке
[2.2] (вариант 2)
а — (коньковый узел; б — рядовой
узел
1 — профилированный алюминие-
вый лист; 2 — трехслойная тепло-
изоляционная плита; 3 — деревян-
ные бруски; 4 — оцинкованные
стальные глухари; 5 — подкладка
120X50X4 мм; 6 — стальной штырь;
7 — оцинкованный стальной крюк;
8 — крепежная деталь из полосы
90X60X3 мм
оболочки; тем самым создается предварительное напряжение листов.
Поэтому опоры для изогнутых листов можно располагать реже, чем для
плоских; таким образом, может быть уменьшено количество узлов,
которые, как показывает опыт, являются наиболее сложными и дорого-
стоящими элементами стержневых пространственных конструкций.
Возможно также применение в покрытиях трехслойных панелей, со-
стоящих из двух профилированных алюминиевых листов и утеплителя
[2.2]. Такие панели можно изгибать с радиусом до 11 м; крепят их к
несущей конструкции .болтами.
На рис. 2.39—2.41 приведены примеры конструктивных решений хо-
лодных и теплых кровельных покрытий из профилированных алюми-
ниевых листов. В теплых покрытиях между кровельным листом и тепло-
140
Рис. 2.42. Конструктивные формы элемен-
тов сетчатых куполов и оболочек
а — элемент из металлического листа с отбортов-
кой и стяжкой (купол системы Фуллера иа Га-
вайях, США); б — комбинированный элемент из
труб и металлического листа (покрытие ремонт-
ных мастерских в Луизиане, США); в — комби-
нированный элемент из труб и листового стек-
лопластика (системы У. Орра, Англия)
Рис. 2.43. Схемы размещения кровли 1 и
теплоизоляции 2 в покрытиях из структур-
ных плит [2.10]
Рис. 2.44. Конструкция вентилируемой теплой кровли по структурной плите [2.10]
1 — болт диаметром 8 мм; 2 — прокладка из пластифицированного ПВХ; 3— пластмассовый кол-
пачок; 4 — шайба нз пластифицированного ПВХ; 5—оцинкованный стальной лист 0,8 мм; 6 —
деревянные бруакн; 7— стеновой профиль; 8— остекление; 9—крюк с нарезкой и гайкой; 10 —
верхний пояс плиты (трубы диаметром 70 мм); И — профилированные алюминиевые листы; 12 —
полистирольный пенопласт
Рис. 2.45. Варианты карнизных узлов кровель по структурным плитам [2.10]
а, б, в — с наружным водоотводом; г, д — с внутренним водоотводом
1 — профилированные алюминиевые листы; 2—’Теплоизоляция; 3— самонесущие теплоизоляционные
плиты; 4— акустические плиты; 5— алюминиевый лист; 6 — асбестоцементные листы; 7 — паро-
нзоляция; 8 — рулонная кровля; 9— гравийная присыпка; 10 — несущие элементы еидовы; 11 —
обделка ендовы; 12— кирпичная или бетонная стена
Рис. 2.46. Заполнение
сетчатой оболочки
легким бетоном (фир-
ма «Блумфилд», Анг-
лия)
/ — трубчатые стержни
оболочки; 2—легкий бе-
тон ; 3 — провол очи ая
сетка; 4 — штукатурка
или облицовка; 5 — ру-
лонная кровля
изоляцией обязательно устройство вентилируемых полостей (продухов1) -
В покрытии, показанном на рис. 2.41, теплоизоляция выполнена из трех-
слойных панелей с заполнителем из сотопласта и обшивками из твер-
дых древесноволокнистых плит; устройство кровли из волнистых
алюминиевых листов исключает сложное решение стыков, необходимое
в покрытиях из таких панелей.
При конструировании кровельных покрытий нужно иметь в виду
следующее:
кровельные элементы относительно небольших размеров могут
быть включены непосредственно в несущую конструкцию покрытия
(рис. 2.42). Такое решение отличается архитектурной выразительностью
и поэтому единственно возможно для купольных покрытий выставочных
павильонов. Недостатком является большое количество стыков, что су-
щественно осложняет выполнение конструкций;
кровельные элементы в виде крупноразмерных профилированных
листов просты в изготовлении (гнутье на валках) и легко монтируются;
количество стыков при их применении невелико. Однако такие элемен-
ты труднее включить в работу несущей конструкции, и по своей архи-
тектурной выразительности они уступают элементам, упомянутым вы-
ше.
Конструктивные схемы и узлы легких кровельных покрытий с несу-
щими конструкциями типа структурных плит [2.10] показаны на рис.
2.43—2.45, а конструкция покрытия из легкого бетона дана на рис. 2.46.
5. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ВОЗВЕДЕНИЕ СТЕРЖНЕВЫХ
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Материалы. Стержневые пространственные конструкции обычно вы-
полняют из стали или алюминия. Выбор материала в значительной сте-
пени определяется экономическими соображениями. Сталь дешевле
алюминия; преимуществом стали является также высокий модуль упру-
гости (в три раза выше, чем у алюминия), что особенно важно для
обеспечения устойчивости однослойных сетчатых оболочек. С другой
стороны, алюминий гораздо легче обрабатывается. Можно, например,
изготовлять алюминиевые профили экструзией (прессованием); прессо-
ванные профили успешно применяются для изготовления деталей уз-
ловых соединений в системе «Триодетик» (см. рис. 2.35,6) и др. Алюми-
ний более устойчив к коррозии (сплавы алюминия, особенно высоко-
прочные, подвержены коррозии в промышленной среде).
Что касается наиболее общих рекомендаций, то для большепролет-
ных конструкций и однослойных сетчатых оболочек следует применять
сталь. Для сетчатых куполов выбор между сталью или алюминием не
имеет столь существенного значения, как, например, для цилиндричес-
ких оболочек, поскольку форма купола более выгодна в отношении рас-
пределения усилий и устойчивости. Алюминий целесообразно применять
1 По советским противопожарным нормам устройство сквозных продухов (кана-
лов) в ограждениях при сгораемом утеплителе не допускается. — Прим. пер.
143
для листовых кровельных элементов; при этом следует «предусматривать
меры, исключающие электрохимическую коррозию в местах контакта
алюминия со сталью. В последнее время широкое распространение по-
лучили также листовые элементы из стали с пластмассовыми покрыти-
ями.
Изготовление элементов конструкций должно быть по возможности
высокомеханизированным или автоматизированным. Речь идет прежде
всего об изготовлении (фасонных узловых деталей и об обработке концов
стержней. Интересными примерами решения вопросов технологии из-
готовления являются уже упоминавшаяся система «Триодетик», а также
система «Юнистрат», все элементы которой изготовляют штамповкой
или гнутьем из стальных листов (см. табл. 2.2).
Сложность тех или иных конструктивных элементов определяется
не столько их формой, сколько сложностью оборудования и технологи-
ческих процессов. Необходимо, чтобы на одном и том же оборудовании,
без существенной его переналадки, можно было изготовлять элементы
для достаточно большого числа типоразмеров конструкций; только в
этом случае можно обеспечить экономичность, разнообразие вариантов
и широкое применение конструкций. Рекомендуется применять конст-
руктивные формы, получаемые путем обработки металла давлением
(ковкой, холодной штамповкой и т. п.). Эта технология, во-первых, про-
изводительнее и, во-вторых, гарантирует более стабильные прочностные
свойства изделий, чем обработка резанием.
Архитекторам и инженерам-проектировщикам следует стремиться
не столько к разработке новых конструктивных систем, сколько к совер-
шенствованию и расширению возможностей применения систем, уже ос-
военных производством. Во всех случаях желательно выполнять на за-
воде-изготовителе полную отделку и антикоррозионную обработку эле-
ментов.
Укрупнительная сборка и транспорт. Для обычно применяемых стер-
жневых систем укрупнительная сборка, как правило, не требуется, за
исключением разве только вспомогательных конструкций — бортовых
ферм, рам, колонн ,и т. п. Чаще всего укрупненные элементы использу-
ются в структурных плитах; эти элементы имеют обычно одну опреде-
ленную геометрическую форму и варьируемые размеры. Много преи-
муществ имеет, в частности, монтаж структурных плит из готовых пи-
рамидальных элементов, используемых в системах .«Спейс-дек», «Пира-
митек» и «Спенс-грид» (см. табл. 2.2.). Укрупнительная сборка элемен-
тов целесообразна также для большепролетных покрытий, так как об-
легчается монтаж. Следует, однако, учитывать, что для перевозки ук-
рупненных элементов требуется больший транспортный объем.
Вообще говоря, для массовых сооружений широкой .номенклатуры
рекомендуется применять простейшие, возможно более универсальные
элементы; для сооружений с большими пролетами, а также для единич-
ных объектов целесообразно применение максимально укрупненных
элементов (обычно сварных), что облегчает монтаж конструкций.
Элементы конструкций (по возможности с полной заводской от-
делкой) следует транспортировать в пакетах или контейнерах; это не
144
Таблица 2.12
Транспортный объем элементов сетчатой цилиндрической оболочки площадью в плане
500 м2 [2.2]
Элемент Максимальная масса, кг Общая масса, кг Общий объем, м8
Стержни оболочки Узловые фасонные детали Элементы каркаса продольных стен То же, торцевых стен ...... 40 25 60 1,7 0,05 0,95 2 2,8 0,016 1,3 0,6
Итого . . — 4,7 4,7
только облегчает 'перегрузку, ио и обеспечивает защиту изделий от 'ме-
ханических повреждений. Транспортные объемы элементов стержневых
пространственных конструкций невелики, что видно из табл. 2.12.
Монтаж. Пространственные стержневые конструкции можно монти-
ровать поэлементно в соответствии с основным принципом их построе-
ния: «Каждый узел поддерживается тремя стержнями, не лежащими в
одной плоскости». Закрепление в одном узле бывает, как правило, до-
статочно для фиксации положения стержня до соединения его с дру-
гими стержнями в смежном узле. Поэтому наиболее распространенные
стержневые системы («Триодетик», «Меро», «Юнистрат» и др.) монти-
руют обычно без подмостей (кружал); могут использоваться только от-
дельные временные крепления или опоры, снимаемые после полного за-
мыкания конструкции. Простота монтажа, обусловленная пространст-
венной структурой, является одним из существенных признаков стерж-
невых систем.
В отличие от традиционных металлических конструкций, для кото-
рых справедливо правило «один болт — не болт», в большинстве про-
странственных стержневых систем соединения стержней в узлах выпол-
няют на одиночных болтах. Для затяжки болтов, воспринимающих
растягивающие или сжимающие усилия, применяют калиброванные
ключи.
Малая масса элементов и простота соединений позволяют монтиро-
вать стержневые конструкции силами заказчиков, что способствует сок-
ращению капитальных затрат строительных организаций.
Глава 3
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ТЕНТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Пневматические и тентовые конструкции, а также их
комбинации с тросовыми сетками образуют класс мягких оболочек, или
мембран ((последний термин 'предлагает использовать Ф. Отто [3.2])*.
Тросовые сетки также можно представить как перфорированные мем-
браны, хотя они и отличаются по характеру работы от сплошных мяг-
ких оболочек. Промежуточное положение занимают ткани с пленочными
покрытиями и армированные пленки, представляющие собой сочетание
мягкой пленочной оболочки с армирующими волокнами. Мягкие обо-
лочки .могут иметь любую форму. Отличительной их особенностью явля-
ется способностывоспринимать только растягивающие усилия.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ
В зависимости от .вида применяемых материалов мягкие оболочки
можно разделить на два основных типа:
изотропные оболочки — из металлических листов и фольги, из
пленочных и листовых пластмасс или эластомеров (резин), из неориен-
тированных волокнистых материалов;
анизотропные оболочки — из тканей и армированных пленок, из
проволочных и тросовых сеток с заполнением ячеек пленками или тка-
нями.
По конструктивному признаку можно выделить следующие основ-
ные типы мягких оболочек.
1. Тентовые покрытия — мягкие оболочки, устойчивость формы ко-
торых обеспечивается соответствующим выбором кривизны поверхнос-
ти; несущие тросы (ванты) отсутствуют либо имеются только по краям
оболочки. Этот тип оболочки характерен для сравнительно малых про-
летов.
2. Вантово-тентовые покрытия — мягкие оболочки одинарной или
двоякой кривизны, подкрепленные по всей поверхности и по краям сис-
темой тросов (вант), причем оболочка и тросы работают совместно. В
* В советской технической литературе преобладает термин «мягкие оболочки»,
который и используется в дальнейшем. — Прим. ред.
146
этих конструкциях мягкая оболочка совмещает несущие и ограждаю-
щие функции.
3. Вантовые покрытия имеют основную несущую конструкцию в ви-
де системы тросов (вант). Заполнение ячеек тросовой сетки (листовое,,
тканевое или пленочное) воспринимает только местные нагрузки и вы-
полняет главным образом функции ограждения.
4. Пневматические конструкции — замкнутые мягкие оболочки, ста-
билизированные избыточным давлением воздуха. Они в свою очередь,
подразделяются на пневмопанельные (пневмокаркасные) и воздухо-
опорные.
Пневматические конструкции. Идея использовать для перекрытия
помещений «воздушные баллоны» была впервые выдвинута и запатен-
тована У. Ланчестером в 1917 г.* Как не раз бывало в истории техники,,
этой идее суждено было осуществиться лишь 30 лет спустя, а еще через
10 лет она завоевала широкое признание. В 1945 г. американский инже-
нер У. Бэрд, не будучи знаком с работами Ланчестера, занялся практи-
ческим освоением пневматических конструкций и силами созданной им в
Буффало (США) фирмы «Бэрдэр» с успехом осуществил сотни сооруже-
ний, в том числе выставочные залы, мастерские, зернохранилища, скла-
ды, радарные купола, плавательные бассейны, теплицы и зимние строи-
тельные тепляки. Крупнейшие в этой серии сооружений полусфериче-
ские оболочки имеют диаметр 50—60 м. Около 10 лет продолжается
сотрудничество известного инженера и теоретика Ф. Отто с фирмой
«Л. Штромайер» в г. Констанц (ФРГ), создавших много интересных и
хорошо зарекомендовавших себя пневматических конструкций. В по-
следние годы заметный подъем в этой области наблюдается в ЧССР и
главным образом в ГДР (фирма «Трепкер и Вюркер»). В Италии пнев-
матические конструкции применяют в качестве опалубки при устройсг-
ве оригинальных бетонных оболочек (система «Бинишеллз»).
Вантовые покрытия. Основные сведения о формах, расчете, проек-
тировании и сооружении этих конструкций приведены в главе 1.
Тентовые покрытия. Прообразом этих конструкций, настоящее раз-
витие которых только начинается, можно считать палаточные цирки-
шапито и паруса кораблей. В них уже столетия назад стихийно воплоти-
лась идея придания мембране седловидной формы, обеспечивающей ус-
тойчивость покрытия. Как обычно случается с прогрессивными строи-
тельными конструкциями, оригинальные формы тентовых покрытий
впервые нашли применение в выставочных сооружениях. В то же время
наметилась тенденция к использованию этих легких и быстро возводи-
мых конструкций для стационарных зданий, что уже несколько лет на-
зад предлагал Ф. Отто. Предстоит, однако, проделать еще очень боль-
шую работу, чтобы решить проблемы, связанные с обеспечением эконо-
мически необходимой долговечности тентовых покрытий без особого
ухода за ними, а также с созданием микроклимата, водоотводом, осве-
щением.
* Известен патент на «аэробалки» Сумовского (1893 г.).— Прим. ред.
147
2. МАТЕРИАЛЫ
Материалы для оболочек. Оболочки тентовых и пневматических
конструкций изготовляют почти исключительно из текстильных матери-
алов с воздухе- и водонепроницаемыми покрытиями; возможно, одна-
ко, также применение высокопрочных полимерных пленок или металли-
ческой фольги. В качестве основы текстильных материалов используют-
ся преимущественно полимерные волокна—‘полиэфирные (гризутеч,
диолен, тревира), полиамидные (дедерон, перлон, нейлон), полиакрил-
нитриловые (ПАН, дралон). В перспективе не исключено применение
стеклянных и металлических волокон. Для покрытия текстильных мате-
риалов используют поливинилхлорид (ПВХ), полиуретан, поли1изобути-
лен, полихлоропрен, сульфохлорированный полиэтилен, бутилкаучук и
др. В особых случаях применяют напыляемые фольговые металлические
покрытия.
Существенное значение почти для всех перечисленных материалов
имеет снижение их прочностных показателей с течением времени. На-
пример, на рис. 3.1 показано значительное снижение прочности ткани из
штапельного полиамидного волокна, вызванное атмосферными воздей-
ствиями. Таким образом, приходится считаться с ограниченной долго-
вечностью сооружений. Точное определение «критического времени», ха-
рактеризующего долговечность конструкции, затруднено, поскольку нет
надежных способов количественной оценки процесса старения, а отбор
проб материала для испытаний возможен лишь в редких случаях. Разу-
меется, следует иметь в виду, что для конструкций в виде мягких оболо-
чек традиционные представления о надежности и безопасности мало-
пригодны. С точки зрения сохранения человеческой жизни и здоровья в
случае аварии мягкие оболочки .можно считать наиболее безопасными
по сравнению со всеми известными до сих пор строительными конст-
рукциями.
Прочность материалов мягких оболочек определяется обычно вели-
чиной допускаемых напряжений, измеряемых в кгс/м ширины. Это от-
носится как к сплошным тонколистовым материалам, так и к материа-
лам, не имеющим строго определенной толщины, например армирован-
ным пленкам. Прочностные показатели определяются обычно из испы-
таний на одноосное растяжение; однако в дальнейшем следует ориенти-
роваться на испытания образцов в условиях двухосного растяжения.
Из многих возможных способов испытания мягких листовых и рулонных
материалов на двухосное растяжение весьма удобен описанный М. И.
Петровниным [3.3] метод испытания крестообразных образцов. Данные
таких испытаний могут быть изображены графически (рис. 3.'2) в виде
диаграмм, дающих наглядное и практически удобное представление о
характере зависимости между усилиями и деформациями оболочки
при двухосном напряженном состоянии.
Следует учитывать, что на характер зависимости между напряжени-
ями и деформациями, особенно для пластмасс, сильно влияют условия
испытания (скорость нагружения, ширина образца, температура) и
что эта зависимость, вообще говоря, не подчиняется закону Гука. В на-
148
Рис. 3.1. Атмосферное старение ткани DC 15 из полиамидного штапельного во-
локна с двухсторонним покрытием ПВХ
/ — светопроницаемый материал, по утку; 2 — то же, по основе; 3 темный материал, по
утку; 4 — то же, по основе
Рис. 3.2. График результатов испытаний ткани на двухосное растя-
жение
Таблица 3.1
Характеристика некоторых материалов для мягких оболочек
Материал Масса, г/м2 | Прочность при разрыве, кгс/5 см Удлинение при разры- ве, % Прочность лрн раздире, кге Страна-изготови- тель
по основе по утку по основе по утку по основе по утку
Ткань из высокопрочного волокна тревира (нити текс 28*, полотня- ное переплетение 1:1, плотность 15:13 нитей/см) с двусторонним по- крытием ПВХ 545 216 165 17 29,7 12 12 ФРГ
То же (нити текс ПО, полотняное переплетение 1:1, плотность 9:9 нитей/см) с двусторонним покрытием ПВХ, неопрен-хайпалоном1 или по- лиуретаном 650 300 280 14 15 30 30 ФРГ
То же (нити текс 170, рогожка 2:2, плотность 15:13,5 нитей/см), с двусторонним покрытием ПВХ . . 1000 680 600 18 18 70 70 ФРГ
Сетчатая ткань из высокопрочного волокна тревира (нити текс 110, полотняное переплетение 1:1, плот- ность 5 : 5 нитей/см) с двусторонним покрытием светопроницаемей плен- кой 420 200 190 16 16 56 56 ФРГ
Ткань ТЕ 522 из волокна хемлон (плотность 11:10 нитей/см) с по- крытием бутилкаучуком . . . . 770 406 326 25,4 39,2 .—. ЧССР
Ткань ТЕ 514—TH 370 из волокна хемлон (плотность 14:13 нитей/ см) со светопроницаемым покрыти- ем полиуретаном 532 562 480 43,2 31 ЧССР
Ткань ТЕ 516 из волокна атмо- тол-800 (плотность 7:7 нитей/см) с покрытием ПВХ 691 226 234 20 28 — .—. ЧССР
Ткань № 24 из полиамидного во- локна прорезиненная ...... 1200 270 216 32,9 39,6 - —- СССР
Ткань № 806 из полиамидного во- локна, прорезиненная бутилкаучу- ком 1200 180 130 28 28 СССР
Ткань из полиэфирного волокна . 350 483 212 8,7 5,9 — •—• СССР
Ткань РТ 40-140 из полиамидного волокна с покрытием ПВХ .... — 250 170 — — — — ПНР
Пленка полиэфирная хестафап, неармированная2 56 200 180 66 81 — — ФРГ
полиэтилена.
* Текс — весовой номер нити (вес 1 м в мг).
1 Хайпалон — фирменное наименование оульфохло-рИ‘ро.ва1нного
2 Для пленки механические характеристики приведены для направлений вдоль и поперек ру-
лона. — Прим. пер.
150
стоящее время еще не разработана достаточно универсальная теория
прочности тканей и армированных пленок; некоторые первоначальные
сведения можно найти в советской литературе [3.3].
Перечень некоторых видов текстильных материалов' и пленок, при-
меняемых для пневматических и тентовых конструкций, приведен в
табл. ЗЛ.
Тросы и тросовые сетки. Все страны располагают достаточно об-
ширным ассортиментом тросов (см. главу 1). Для усиления мягких обо-
лочек применяют обычно сетки из стальных тросов, которые либо изго-
товляют из коррозионностойких сортов стали, либо имеют защитное по-
лимерное покрытие. Все шире применяются тросы из стекловолокна с
полиэфирным или эпоксидным связующим. Применяются тросы из син-
тетических и натуральных волокон, главным образом для вспомогатель-
ных несущих элементов. Тросовые сетки могут выпускаться в готовом
виде; однако пока что они изготовляются непосредственно на строитель-
ных площадках применительно к конкретным конструкциям, которые
пока еще не унифицированы.
3. ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
Формы и конструктивные решения мягких оболочек и сетчатых
структур определяются некоторыми общими законами, существенно от-
личающими их от традиционных конструкций. Наиболее обширные тео-
ретические и практические исследования в этой области проведены
Ф. Отто [3.1, 3.2].
Формы мягких оболочек имеют при одинаковых условиях весьма
много общего с формами вантовых (тросовых) конструкций (см. гла-
ву 1); они также образуются путем натягивания или подвески между
опорами, жесткими бортовыми элементами или несущими тросами.
Мягкие оболочки могут иметь форму поверхности одинарной кри-
визны, положительной гауссовой кривизны (куполообразную) или отри-
цательной гауссовой кривизны (седловидную). Каждой из этих форм со-
ответствует при заданных контурных условиях некоторая так называе-
мая минимальная поверхность, характеризующаяся тем, что напряже-
ния вдоль любого ее направления одинаковы. Эта поверхность имеет на-
именьшую возможную площадь и соответственно обеспечивает наиболее
эффективное использование материала. Следует, однако, иметь в виду,
что придание оболочке конструктивной формы, соответствующей мини-
мальной поверхности, не всегда оказывается целесообразным и эконо-
мичным. Строгое математическое решение задачи о минимальной по-
верхности возможно лишь для небольшого числа случаев свободного
опирания оболочек; поэтому большое практическое значение имеют ре-
зультаты проведенных Ф. Отто [3.1, 3.2] исследований моделей, мыль-
ных пленок и резиновых мембран.
Окончательная форма мягкой оболочки определяется прежде все-
го раскроем материала; однако большую роль играет также распреде-
ление внешних и внутренних усилий. Во многих случаях заданная фор-
ма оболочки может быть обеспечена только благодаря действию внеш-
151
них усилий, таких, как предварительное натяжение или внутреннее дав-
ление (в замкнутых оболочках). Избежать образования складок или
других форм потери устойчивости можно лишь в том случае, если при
любом возможном сочетании нагрузок в оболочке всюду будут дейст-
вовать только растягивающие напряжения.
4. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
Благодаря своим конструктивным особенностям мягкие оболочки
имеют целый ряд функциональных достоинств: краткие сроки и малая
трудоемкость монтажа и демонтажа (от 0,2 до 1 чел.-ч на 1 м2 перекры-
ваемой площади); легкость и транспортабельность конструкций; незна-
чительная доля строительно-монтажных работ в общей стоимости конст-
рукций (от 8 до 25%); почти идеальная приспособляемость конструк-
тивной формы к назначению сооружения; возможность перекрытия
больших пролетов без внутренних опор или с редко расположенными
опорами; возможность повторного использования и быстрой перестанов-
ки на новое место.
Наряду с достоинствами мягкие оболочки имеют и недостатки: ог-
раниченная долговечность, вызванная старением применяемых материа-
лов (сейчас это пока еще наиболее серьезный недостаток); ограничен-
ные возможности функционального использования при определенных
требованиях к микроклимату внутри сооружения; относительно высокая
первоначальная стоимость и большие эксплуатационные расходы.
5. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ
А. ПНЕВМОПАНЕЛЬНЫЕ И ПНЕВМОКАРКАСНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Эти конструкции представляют собой замкнутые, пневматически
напряженные мягкие оболочки, используемые в качестве покрытий или
несущих элементов для мягких ограждающих конструкций. Материалы
оболочки должны быть настолько воздухонепроницаемыми, чтобы дав-
ление воздуха внутри них оставалось неизменным В' течение длительно-
го времени; незначительные потери давления могут быть компенсирова-
ны периодической подкачкой воздуха.
Пневмопанельные конструкции. Оболочки их имеют обычно слабо
выпуклую форму. По конструктивному решению они подразделяются на
два основных типа—либо оболочка крепится по периметру к жесткому
контуру во избежание чрезмерного раздувания, либо наружные слои
оболочки связываются между собой пружинами, тяжами или гибкими
перегородками, размещенными на определенных расстояниях.
iB литературе неоднократно упоминалось покрытие летнего театра
в Бостоне (США), выполненное У. Бэрдом в 1959 г. (рис. 3.3). Покры-
тие представляет собой круглую в плане дискообразную оболочку диа-
метром 43,5 м и высотой в центре 6 м. В край оболочки заделан трос,
.который в отдельных точках прикреплен к опорному кольцу из стальных
профилей. Внутреннее давление воздуха в оболочке, составляющее
152
Рис. 3.3. Покрытие летнего театра в Бостоне, США
Рис. 3.4. Покрытие трибун открытого театра (фирма «Крупп», Эссен, ФРГ)
2'5 мм вод. ст., поддерживается двумя непрерывно работающими возду-
ходувками.
•На рис. 3.4 показано покрытие трибун открытого театра. Подкачка
воздуха с оболочки одновременно служит для их охлаждения и защиты
перекрываемых помещений от перегрева, вызванного солнечной радиа-
цией.
•Весьма интересными конструкциями являются пневмопанели типа
«сэндвич», которые использованы, например, Р. Б. Фуллером (США)
при сооружении купольных покрытий различных форм. Эти панели име-
ют плоскопараллельные наружные слои, связанные многочисленными
соединительными нитями. Для изготовления таких структур в США раз-
работаны специальные ткацкие процессы.
Пневмопанели могут быть образованы из двух параллельных на-
ружных слоев, соединенных между собой рядом непрерывных линейных
швов; эта конструктивная форма уже представляет переход к пневмо-
каркасным конструкциям.
Пневмокаркасные конструкции. Несущими элементами в них явля-
ются пневматически напряженные шланги или рукава, которые либо
устанавливают на определенном расстоянии один от другого, либо объ-
единяют в секции по нескольку штук. Такой пневматический каркас об-
тягивают мягким тентом, который при необходимости может быть свето-
проницаемым. Давление в шлангах принимается равным от 0,2 до 7 ати.
Изготовление элементов пневмокаркаса сопряжено с определенными
трудностями, поскольку им, как правило, уже при изготовлении должно
быть придано криволинейное очертание; кроме того, материал их дол-
жен выдерживать большие напряжения и быть практически воздухоне-
проницаемым.
Для изготовления шлангов применяют армированные материалы
либо заключают их в силовые оболочки из ткани или сетки. При изго-
товлении пневмокаркасов отдельные их секции разделяют перегородка-
ми, чтобы в случае падения давления в одном из отсеков все сооруже-
ние нормально функционировало.
Достоинство' лневмокаркасных конструкций — незначительная зат-
рата энергии, необходимой для поддержания давления в шлангах; кро-
ме того, отпадает необходимость .в специальных входных и въездных
устройствах. Недостатки их заключаются в высокой первоначальном
стоимости и ограниченных пролетах. Самое крупное из известных до сих
пор сооружений пневмокаркасной конструкции имеет пролет 18 м при
высоте 9 м*. Необходимое при таких размерах давление в элементах
каркаса представляется с учетом прочности существующих материалов
чрезмерно высоким. Кроме того, в конструкциях таких размеров услож-
няется устройство анкерных креплений, воспринимающих горизонталь-
ные усилия. Поэтому для большепролетных пневматических сооружений
более целесообразны разгружающие тросовые системы.
* В 1970 г. па Всемирной .выставке в Осаке был установлен павильон «Фудзи»
пневмоарочной конструкции пролетом 50 м и высотой 38 м. — Прим. ред.
154
Рис. 3.5. Пневмоарочные
конструкции
а — в ЧССР; б — в Японии
(фирма «Та и о Когио»)
.Пневмокаркасные .конструкции пролетом до 9 м при давлении воз-
духа в шлангах от 0,3 до 0,5 ати успешно изготовляются и применяются
в ЧССР (рис. 3.5,о). На рис. 3.5,6 показано пневмокаркасное сооруже-
ние в Японии.
Б. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ ВОЗДУХООПОРНОГО ТИПА
Избыточное давление воздуха Ар в оболочках воздухоопорных кон-
струкций, принимаемое в пределах 10—150 мм вод. ст., поддерживается
на постоянном уровне с помощью воздуходувок. Входы и въезды в воз-
духоопорные сооружения решаются, как правило, в виде шлюзов.
Законы формообразования. При проектировании воздухоопорных
конструкций большую помощь может оказать изучение форм мыльных
пленок. /В таких пленках, в том числе и В' их узловых точках, мембран-
ные напряжения всюду одинаковы по величине (при условии, что собст-
венным весом пленки можно пренебречь); возможные пики напряжений
выравниваются благодаря явлению ползучести.
В процессе практической разработки воздухоопорных конструкций
приходится часто отходить от идеальной формы мыльной пленки; при
этом уже не будет равнонапряженного состояния оболочки. Однако во
всех случаях должно быть выполнено условие, чтобы напряжения в обо-
лочке при любом сочетании нагрузок были везде положительны по зна-
ку*, поскольку мягкая оболочка не может воспринимать сжимающих
усилий.
Ф. Отто [3.1, 3.2] предложил простое правило формообразования
пневматических конструкций, согласно которому поверхность оболочки
может быть образована перемещением кругового сечения с постоянным
или меняющимся радиусом вдоль прямолинейных или искривленных
осей (в том числе и пересекающихся). При этом радиус кривизны оси
должен быть достаточно велик по сравнению с радиусом сечения. Таким
образом могут быть образованы оболочки одинарной кривизны, поло-
жительной и отрицательной гауссовой кривизны. Плоские формы в пне-
вматических оболочках невозможны.
Основы конструирования. В отличие от обычных строительных кон-
струкций проектирование воздухоопорных сооружений включает в каче-
стве необходимой составной части разработку следующих конструктив-
ных узлов: основания или анкерных устройств для крепления сооруже-
ния к грунту; крепления оболочки к основанию; собственно оболочки;
входных и въездных устройств; системы поддержания избыточного дав-
ления воздуха; систем обеспечения требований строительной физики
(вентиляции, освещения и т. п.).
Основания и анкерные устройства. Между оболочкой воздухоопор-
ного сооружения и его основанием действуют растягивающие усилия:
вдоль гладкой кромки оболочки — в виде линейно распределенных на-
грузок; в местах примыкания шлюзов, присоединения смежных оболо-
чек, швов, креплений усиливающих тросов, тросовых сеток и т. п. — в
* Точнее, неотрицательны, так как существование одноосно напряженных пневма-
гичеоких оболочек вполне возможно. — Прим. ред.
156
Описание конструкций
Схема
Характеристика
Таблица 3.2
Типы оснований и анкерных устройств воздухоопорных сооружений
Сборные бетонные фун-
даменты
Большая транспорт-
ная масса. Весьма на-
дежный вид основания
при любых пролетах
Накладкск *
стальной
То же
Бетонная подпорная
стенка, используемая как
фундамент и ограждение
при хранении сыпучих
материалов
Продолжение табл. 3..
Описание конструкций
Схема
Характеристика
Основание с балласт-
ными грузами из готовых
бетонных элементов
То же
ж б блок канала
Дешевый тип основа-
ния при условии воз-
можности дальнейшего
использования сборных
элементов. Недостаток —
большая площадь осно-
вания
Применяется при под-
ходящих условиях на
площадке строительства
Балластные мешки
Для небольших обо-
I лочек с радиусом кри-
I визны до 5—7,5 м
158
Продолжение табл. 3.2'
Описание конструкций
Схема
Характеристика
Балластные ящики
Применяется при под-
ходящих условиях на
площадке строительства
Шланги, заполненные
водой
Целесообразны толь-
ко для небольших обо-
лочек
Винтовые анкеры
Применяются в соот-
ветствии с грунтовыми
условиями. Дешевый
тип основания
159-
Продолжение табл. 3.2
Описание конструкций Схема Характеристика
Распорные анкеры I1 (Высокая стоимость
Грейферные анкеры
Хорошо работают при
наличии горизонталь-
ной составляющей ан-
керного усилия
Анкерные плиты
Стальная или ж If плита
Дешевый тип основа-
ния
виде сосредоточенных сил. Эти усилия зависят от формы оболочки, вну-
треннего давления и внешних нагрузок (ветра, снега) и могут быть на-
правлены как вертикально, так и под любыми углами к вертикали.
Чтобы обеспечить равновесие системы, возникающие в местах
крепления усилия должны быть восприняты основанием или анкерными
устройствами; для этого используют следующие конструктивные реше-
ния (табл. 3.2): балластные грузы (сборные и монолитные бетонные
элементы, балластные мешки и емкости, шланги с водой и т. д.); анкер-
ные устройства (винтовые, распорные и грейферные анкеры, анкерные
сваи, анкерные плиты); крепление оболочек к существующим стацио-
нарным конструкциям.
Бетонные фундаменты. Этот вид основания хорошо проверен на
многочисленных 'воздухоопорных сооружениях. Сборные элементы фун-
даментов имеют обычно симметричное сечение; им придают такие фор-
160
мы и размеры, чтобы их можно было устанавливать как на прямых, так
и на криволинейных участках опорного периметра. Если геометрия обо-
лочки такова, что усилия в местах крепления ее к основанию имеют
значительную горизонтальную составляющую, рекомендуется принимать
фундаменты несимметричного сечения. Наиболее простым и экономич-
ным является применение в качестве фундаментов сборных элементов из
числа серийно выпускаемых промышленностью дорожных плит, стоек,
труб, блоков подпорных стенок, каналов и т. д. Рационально применять
такие элементы с дополнительной засыпкой или заполнением грунтом.
Во многих случаях, особенно для стационарных воздухоопорных соору-
жений, целесообразно устраивать монолитные бетонные фундаменты.
Балластные емкости. Весьма эффективно применение для восприя-
тия усилий, передаваемых основанию, заполненных балластом мягких
емкостей, которые могут быть изготовлены из не подверженных гние-
нию текстильных материалов сразу вместе с оболочкой. Такие гибкие
балластные емкости рекомендуется больше заглублять в грунт, чтобы
исключить их подвижку при изменении направления действия усилий в
оболочке.
Жесткие балластные емкости могут быть изготовлены из стали,
стеклопластика, алюминия, дерева и т. д. Они должны быть транспорта-
бельны, легко и быстро заполняться балластом, в качестве которого
можно использовать песок, гравий, камень, а также железный лом,
литье и др.
Применение заполненных водой шлангов можно рекомендовать
только для небольших пневматических сооружений с радиусом оболоч-
ки не более 5 м, поскольку малый по сравнениюс бетоном или гравием
удельный вес воды требует применения шлангов слишком большого ди-
аметра.
Анкерные устройства. Анкеры являются во многих случаях наибо-
лее эффективным видом основания. Теоретическая оценка несущей спо-
собности анкеров, как правило, невозможна, вследствие многообразия
грунтовых условий; поэтому в большинстве случаев ее следует опреде-
лять экспериментально непосредственно на месте возведения сооруже-
ния. Важной проблемой является выбор оптимального шага анкеров.
При слишком большом шаге повышаются требования к усилению края
оболочки в местах крепления; при слишком малом увеличивается расход
материала и трудоемкость установки анкеров.
По-видимому, лучшим типом анкера для воздухоопорных сооруже-
ний является винтовой анкер, который представляет собой стержень,
имеющий достаточную прочность при скручивании, с закрепленной на
нем винтовой лопастью диаметром 100—360 мм. Большинство типов
анкеров извлекаются из грунта вывинчиванием. Разновидность винто-
вых анкеров — винтовые сваи.
Распорные и грейферные анкеры не получили широкого распрост-
ранения, по крайней мере в европейских странах.
Возможно также применение анкерных свай (в том числе из перфо-
рированных труб, с цементацией грунта), анкерных плит и забетониро-
ванных в грунте деревянных или металлических стоек. При проектиро-
<3 (0,5) Зак. 283
161
вании анкерных устройств следует особое внимание обращать на вос-
приятие горизонтальных усилий.
Крепление оболочек к стационарным конструкциям. Этот способ
широко применяется для оболочек, используемых в качестве укрытий
Для зимних строительных работ, например в ГДР при строительстве те-
левизионной башни в Дрездене (см. рис. 3.13). Типичными примерами
такого рода решения являются также воздухоопорное сооружение фир-
мы «Крупп», построенное в 1965 г. на территории ярмарки в Ганновере,
и радарный купол в Бохуме, где пневматические оболочки составляют
единое целое с капитальными зданиями.
Выбор типа оснований или анкерных устройств определяется как
видом воздухоопорной конструкции, так и в значительной степени усло-
виями объекта строительства. На основании опыта можно дать следу-
ющие рекомендации.
Для цилиндрических оболочек пролетом до 10 м и сферических обо-
лочек пролетом до 15 м наиболее экономичным решением является кре-
пление с помощью анкеров; при больших пролетах следует .применять
бетонные фундаменты.
Применение мешков с сыпучим балластом возможно для цилиндри-
ческих оболочек пролетом до 14 м и сферических — до 20 :м; использова-
ние для этой цели мешков, заполненных песком, нецелесообразно по
экономическим соображениям.
Использование шлангов, заполненных водой, можно рекомендовать
лить для очень небольших воздухоопорных оболочек.
... Эффективно применение балластных элементов из имеющихся в на-
личии сборных бетонных изделий (дорожных плит, труб и др.).
Возможность снижения стоимости строительства рациональным вы-
бором конструкции фундаментов показана в табл. 3.3 (расчет выполнен
для цилиндрической воздухоопорной оболочки размерами 45Х20Х
ХЮм).
Та б л и ца 3.3
Сравнительная стоимость устройства /основания .воздухоопорных оболочек
"T* , ' . ; . . ГП 7~~ ; ' ~ Основание . /. . ! i Стоимость устройства (в марках ГДР) Относ ительная стоимость, %
всего на I м21 плана
Винтовые анкеры 4 940 6,1 100
Монолитный бетон 7 480 9,22 1Ь1
Сборные бетонные элементы 9 750 12 198
Балластные мешки 11 900 14,65 241
Крепление оболочки к основанию. Различают жесткие и гибкие
конструкции крепления. Жесткое крепление осуществляется с помощью
зажимных деталей или анкерных петель; гибкое —при использовании
162
Рис. 3.6. Способы крепления воздухо-
опорной оболочки к основанию
а — гибкое; б — жесткое
Рис. 3.7. Формы воздухо-
опорных оболочек
6* (0,5) Зак. 283
балластных мешков, шлангов с водой либо удерживающего оболочку
троса.
Поскольку эксплуатационная надежность и внешний вид оболочки
в значительной степени зависят от конструкции анкерных устройств,
конструктивной проработке их следует уделять особое внимание.
Возможные варианты конструкции крепления оболочек .показаны
на рис. 3.6. Гибкое крепление (рис. 3.6,а) проще в монтаже и дешевле,
но требует устройства фартука для герметизации оболочки; кроме того,
оболочка ослабляется вырезами. Жесткое крепление (рис. 3.6,6) обеспе-
чивает герметичность оболочки и равномерное распределение усилий по
ее кромке; однако оно требует большей точности монтажа и обходится
дороже.
Конструирование оболочек. Для практических целей предпочти-
тельны формы воздухоопорных оболочек, показанные на рис. 3.7. Воз-
можны и другие формы и. их сочетания при условии, что они удовлетво-
ряют законам формообразования. Максимально достижимые пролеты
и радиусы кривизны оболочек зависят от прочности применяемых мате-
риалов и от внешних, нагрузок.
В практике ГДР расчетная прочность материала оболочки при дей-
ствии основных и дополнительных нагрузок принимается равной 20%
начальной прочности, определенной из кратковременных испытаний на
одноосное растяжение. Значения максимально допустимых радиусов
кривизны оболочек при начальной прочности 350 кгс/5 см (7000 кгс/м)
приведеньгв табл. 3.4. Большие значения радиусов кривизны могут быть
Таблица 3.4
Максимальные радиусы кривизны воздухоопорных оболочек (при начальной
прочности материала оболочки 7000 кгс/м)
Максимальное внутреннее давление, мм вод. ст. Максимальный радиус кривизны оболочек, м
цилиндрических сферических
30 23 46
50 14 28
70 10 20
100 7 14
150 4,5 9
достигнуты при использовании текстильных материалов повышенной
прочности либо при усилении оболочек тросами или тросовыми сет-
ками.
Виды соединений отдельных полотнищ оболочек показаны в табл.
3.5. Различают неразъемные (заводские) и разъемные (.монтажные) сое-
динения полотнищ оболочек. Для неразъемных соединений применяют
сшивание, склеивание, сварку, вулканизацию, а также различные соче-
тания этих способов.
Шитые соединения обладают прочностью, близкой к прочности са-
мого материала. Хотя клееные, сварные или вулканизированные соеди-
164
Таблица 3.5
Соединения полотнищ воздухоопорных оболочек
Соединение Характеристика Эскиз
Шитое Внахлестку с двумя или более швами То же, с подрубкой кромок Специальные виды
- 4=
Ч г =г~ -Ы
Сварное клееное Внахлестку
С накладкой одно-
срезное
То же, двухсрезное
Комбиниро-
ванное
Внахлестку с прошив-
кой и приклеенной на-
кладкой
нения имеют ряд преимуществ (.герметичность, повышенная устойчи-
вость к старению и т. д.), в настоящее время доминирующую роль игра-
ют шитые соединения, поскольку они обеспечивают высокую производи-
тельность труда при изготовлении оболочек.
Разъемные соединения используются в качестве монтажных при
сборке оболочек из крупных секций, а также для устройства лазов, окон,
аэрационных каналов и т. д. Они могут применяться в виде застежек-
«молний», шнуровок, тканевых петель с продернутыми в них тросами,
зажимов и т. п.
1
6 Зак. 283
При проектировании пневматических оболочек приходится решать
и другие вопросы, связанные с их изготовлением, например усиление
оболочки тросами в местах примыкания шлюзов; соединение оболочки с
усиливающими тросами и тросовыми сетками; конструирование узлов
анкеровки оболочек; монтажные устройства и приспособления.
Любые вопросы, связанные с конструктивной разработкой узлов
тканевых оболочек, могут быть успешно решены лишь при условии тес-
ного сотрудничества инженеров-строителей с квалифицированными спе-
циалистами предприятий-изготовителей.
Экономические соображения. На общую стоимость воздухоопорно-
го сооружения влияет геометрическая форма оболочки. Поскольку воз-
духоопорные конструкции по своей форме подходят почти для любых це-
лей, следует в каждом конкретном случае выбирать экономически и тех-
нически оптимальную форму оболочки.
Один из критериев экономичности принятой формы оболочки — от-
ношение площади ее поверхности к площади плана. Разумеется, наряду
с этим следует учитывать отходы при раскрое оболочки из полотнищ, а
также длину ее опорного периметра и суммарную длину швов, т. е. те
показатели, которые определяют трудоемкость устройства основания и
изготовления оболочки.
Теоретически возможные нормы отходов при раскрое из полотнищ
шириной 1,2—>1,4 м составляют: для цилиндрических элементов оболо-
чек 5—>1'0%; для сферических 20—30%; для тороидальных 10—15%
Количество обходов в большей мере зависит от качества полотнищ.
В табл. 3.6 приведены сравнительные показатели полусферической
и полущилиндрической оболочки при одинаковой площади плана.
Таблица 3.6
Взаимозависимость длины швов, площади поверхности и периметра основания
воздухоопорных оболочек
Форм,а оболочки
Площадь
поверхности
Длина швов
Периметр
Полуцилиндр1...........................
Полусфера .............................
1
1,275
1 Без учета торцов. — Прим. пер.
Входные устройства выполняют в виде камерных шлюзов, вращаю-
щихся дверей, лазов и одинарных дверей (ворот). При устройстве ка-
мерного шлюза вход в пневматическое сооружение осуществляется че-
рез двое дверей (ворот), разделенных герметичным помещением и по-
очередно открываемых и закрываемых. (Потери давления воздуха в
оболочке при однократном пользовании таким входным устройством
ограничиваются только объемом шлюза и поэтому несущественны для
всего сооружения. Камерные шлюзы применяют при необходимости
въезда в сооружение транспортных средств или доставки крупногаба-
ритных грузов. При больших людских потоках лучше применять вра-
щающиеся двери. Лазы используют в качестве аварийных выходов и
166
иногда в качестве входов, например в плавательных бассейнах; отвер-
стие лаза закрывается само благодаря натяжению оболочки. Одинарные
двери (ворота) можно применять только при наличии системы авюма-
тики, обеспечивающей их 'быстрое закрывание, или в крупных воздухо-
опорных сооружениях, поскольку большие потери воздуха при открытии
дверей могут привести к потере устойчивости оболочки. Камерные
шлюзы, вращающиеся и одинарные двери устраивают, как правило, с
применением жестких конструкций, соединение которых с мягкой обо-
лочкой часто бывает сопряжено со значительными конструктивными
трудностями.
В зависимости от конструкции и назначения сооружения оболочка
в местах присоединения шлюзов усиливается либо жесткими элемента-
ми (из стальных профилей), либо тросовым подбором. В последнем слу-
чае рекомендуется применять мягкие переходные тенты (переходники).
Идеально размещение входных шлюзов в массивных частях примыкаю-
щей стационарной постройки.
В большинстве случаев шлюзы выполняют в виде специальной кон-
струкции из труб или других стальных профилей. Основными элемента-
ми конструкции являются две рамы для ворот, связевый каркас и .мяг-
кое покрытие. Часто применяют только две отдельно стоящие жесткие
рамы, между которыми натягивают мягкое покрытие.
Для воздухоопорных сооружений общественного назначения хоро-
шая проработка конструкции входных устройств — обязательное ус-
ловие.
Установки для обеспечения внутреннего давления. Чтобы создать
требуемое избыточное давление воздуха в оболочках, применяют цент-
робежные и осевые вентиляторы. Осевые вентиляторы работают почти
бесшумно, но создаваемое ими давление невелико; центробежные—шум-
ны в работе, но создают более высокое давление.
'При проектировании вентиляторных установок необходимо руковод-
ствоваться следующими основными положениями: минимально требуе-
мое внутреннее давление в оболочке должно создаваться одним венти-
лятором; необходимое максимальное давление должно создаваться за
короткое время и с большой надежностью; давление в. оболочке не дол-
жно превышать максимально допустимого из условия ее прочности; в
составе установки должно быть не менее одного резервного вентилято-
ра; для вентиляторных установок сооружений, к которым предъявляют-
ся требования повышенной безопасности эксплуатации, следует предус-
матривать резервные источники питания — автономные генераторы тока
или возможность подключения ко второй, независимой системе энерго-
снабжения; воздуховоды должны иметь жесткую конструкцию.
Требуемую мощность вентиляторов определяют исходя из ожидае-
мого объема потерь воздуха, характеристик вентиляторов и воздухово-
дов. Оценка возможного объема потерь воздуха требует большого опы-
та и должна выполняться специалистами.
Конструктивные мероприятия по удовлетворению требований стро-
ительной физики. Для воздухоопорных сооружений характерны специфи-
ческие требования микроклимата, которые требуют учета при проекти-
167
ровании в значительно большей степени, чем для обычных оболочек и
висячих покрытий. Температура воздуха внутри оболочки (у поверхно-
сти земли) может в неблагоприятных случаях, например при солнечном
нагреве, достигать 45°С; ее величина в большой степени зависит от ок-
раски оболочки и от кратности воздухообмена. Влажность воздуха внут-
ри оболочки в общем не отличается от влажности наружного воздуха.
Для улучшения микроклимата внутри сооружения возможны сле-
дующие мероприятия: регулирование температуры воздуха охлаждением
или подогревом подаваемого в оболочку воздуха, орошением оболочки
водой, применением для оболочки материалов с отражающими или теп-
лоизолирующими свойствами, повышением кратности воздухообмена
и отводом нагретого воздуха через выпускные клапаны; регулирование
влажности воздуха его подогревом, охлаждением или увлажнением с
помощью кондиционеров.
Экономическая возможность регулирования температуры .воздуха
в сооружении сильно ограничивается большими объемами воздухообме-
на (из условия обеспечения устойчивости оболочки) и весьма малой тол-
щиной оболочки.
Особенно важна проблема отопления воздухоопорных сооружений.
При проектировании отопительных установок следует руководствоваться
действующими в строительстве нормативами. Допускается применение
отопительных установок, действующих на газообразном и жидком топ-
ливе, при условии, что они размещаются вне оболочки и исключается
попадание продуктов сгорания под оболочку вместе с подводимым воз-
духом. Внутри оболочки можно размещать только отопительные прибо-
ры, в которых в качестве теплоносителя используются электроэнергия
или пар.
Наиболее равномерного распределения температуры воздуха в со-
оружении можно достичь, если подавать нагретый воздух через воздухо-
воды или подогревать его непосредственно при выходе из них. В этом
случае для компенсации теплопотерь достаточно равномерно разместить
нагревательные приборы в помещении. Расстояние между приборами и
оболочкой должно быть не менее 1 м; поверхность оболочки не должна
нагреваться более чем др 6О°С. Следует предусматривать возможность
регулирования мощности отопительной установки. Отопление сильно
влияет на относительную влажность воздуха внутри сооружения.
Часто бывает необходима очистка подаваемого в оболочку воздуха
(например, для радарных куполов, предприятий общественного питания,
залов собраний). В этих случаях необходимо пропускать воздух через
систему фильтров, что связано с потерями давления и требует дополни-
тельных затрат на электроэнергию.
Акустика помещений. Обычные геометрические формы воздухоопор-
ных оболочек имеют, к сожалению, плохие акустические характеристи-
ки. Для устранения этого недостатка приходится устраивать подвесные
тканевые или пленочные экраны, устанавливать перегородки и т. п.
Расчет воздухоопорных сооружений. В табл. 3.7 даны предвари-
тельные рекомендации по расчету, соответствующие основанным на мно-
гочисленных фундаментальных работах и принятым в ГДР нормам про-
168
Таблица 3.7
Рекомендации по назначению нагрузок, определению усилий и подбору сечений
воздухоопорных сооружений
Предпосылки и рекомендации
Собственный вес Пренебрежимо мал (g=0,3---l кгс/м2)
Внутреннее давление Принимается в зависимости от ветровой и снеговой нагрузки
Ветер Обычные значения по нормам для жестких конструкций применимы лишь условно и требу- ют уточнения введением аэродинамических коэффициентов с, определяемых опытным путем
Снег При наличии отопления +15°С) не учи- тывается; при отсутствии отопления необходи- мо удаление снега или повышение давления в оболочке
Температура Расчетом не учитывается
Внутреннее избыточное давление в ного давления в зависимости от ск Сферические оболочки на высо- ких сооружениях при 1,5г>/г> > 1,05г эздуха Др=рвн—Ратм- Средние значения избыточ- оростного напора ветра % (при неучете снеговой нагрузки) Др = %=55 №М вод. ст.
То же, на возвышенной мест- ности при: 1,5г>/г> 1,05г 1,05г>Л>0,75г Др=0,85%=47 мм вод. ст. Др=0,65 %=35 мм вод. ст.
Полуцилиндрические оболочки со сферическими торцами и торо- идальные оболочки Др=0,55%=30 мм вод. ст. (скоростной на- пор ветра по TGL 20167 %=55 хгс/м2). При спо- койной погоде следует принимать Др>10 мм вод. ст. (при обеспечении дежурства или при на- личии автоматических устройств для подкачки воздуха в случае необходимости)
Определение усилий в оболочке
а) основное сочетание нагрузок: внутреннее давление (4-снег)
Сферические оболочки Д рг (Л'д, — кольцевое усилие; N <t — меридиональное усилие; г — радиус сферы)
169
Продолжение табл. 3.7
Предпосылки и рекомендации
Оболочки р виде по верхи ости вращения Apr. г, \ 2;Л/»~ДН1 2Г2 ) (Г] — радиус кривизны, измеряемый по нормали к поверхности до оси вращения; г2—второй глав- ный радиус кривизны)
Цилиндрические оболочки А рг Мр- 2 ',N^ — &pr
Оболочки со -сложной поверх- ностью При расчете следует учитывать взаимодейст- вие отдельных частей оболочки
б) основное и дополнительное сочетание нагрузок: внутреннее давление (+снег) +
+ветер
Усилия определяются с учетом деформаций оболочки. Величина скоростного напора
ветра принимается по нормам на уровне вершины оболочки
Сферические оболочки и по-
верхности при: 1,5г>/г> 1,05г 1,05г > /г > 0,75г А р г Nq = - 2 + % r Лрг Nq — Ns.— 2 + 0,75cft/ Значения аэродинамического коэффициента с
P/qo 1.3 0,65 0,55 0,34 0,27
С 1,05 1,1 1,3 1,6 1,8
Полуцилиндрические оболочки
со сферическими торцами:
в цилиндрической части
в торцах , ................
Оболочки, очерченные в про-
дольном разрезе по коробовой
кривой:
в цилиндрической части . .
в торцах ... . . .
Пй = 0,58 (1,8 ft + Ар)''
Apr
Мр = М> = -у- + l,3ftr
7Vq> = 7Va =0.58 (1,8 ft-F-Ap)/'
Л'ф = A's =O,8Apr+l,6 qor
170
Продолжение табл. 3.7
Предпосылки и рекомендации
Определение усилий в креплении оболочки к основанию
а) Основное сочетание нагрузок. Усилия принимаются равными усилиям в оболочке,
б) Основное и дополнительное сочетание нагрузок. Усилия принимаются равными
усилиям в оболочке во всех случаях, кроме сферических оболочек при 1,5г>й>
А р г
> 1,05г, для которых максимальные усилия Лф ——-—+0,8 ерг (при соответствую-
щем обосновании эта величина может быть снижена).
Примечание. Вследствие деформаций оболочки от ветровой нагрузки направле-
ние усилий может отклоняться в пределах до 40° от направления касательной к неде-
формпрованной поверхности оболочки в месте крепления
Расчет основания
Проверка устойчивости (не- сущей способности) По усилиям в креплении оболочки к основа- нию
Балластное основание Вес балласта должен быть в 1,2 раза больше расчетного усилия в креплении
Анкерное основание Усилие при выдергивании анкера (определяе- мое не менее чем из трех испытаний на месте возведения сооружения) должно быть в 2 раза больше расчетного усилия в креплении
Расчет по «формуле Круппа»
Усилия рассчитывают исходя из величины из-
быточного давления в оболочке, равного
30 мм вод. ст. (при </j=80 кгс/м2). Равнодейст-
вующая усилий внутреннего давления и ветра
принимается равной Z«O,O55 (тс/пог. м); верти-
кальная составляющая ZB«0,05 г (тс/пог. м), где
г — радиус оболочки, м
ектирования воздухоопорных сооружений. Следует иметь в виду, что
(широкие исследования в этой области только начинаются1; однако при-
веденные рекомендации в общем соответствуют и международному
опыту.
В. ПРИМЕРЫ СООРУЖЕННЫХ ВОЗДУХООПОРНЫХ ОБОЛОЧЕК
Станция космической радиосвязи в Райстинге, ФРГ (рис. 3.8). Ав-
тор У. Бэрд (США), 1964 г. Оболочка имеет диаметр 48 м, выполнена
из двухслойной ткани дакрон с покрытием из хайпалона. Полотнища
1 Автор, очевидно, имеет в виду общую теорию мягких оболочек, в создание ко-
торой заметный вклад сделали советские ученые [3.30—3.32]. — Прим. ред.
17
Рис. 3.8. Воздухоопорный купол станции космической радиосвязи в Райстин-
ге, ФРГ
ткани в слоях расположены под углом 45° друг к другу, что придает обо-
лочке некоторую жесткость при сдвиге. Внутреннее давление в оболочке
в нормальных условиях эксплуатации составляет 37 мм вод. ст. и может
быть повышено до 150 -мм вод. ст.
Выставочный зал в Маркклееберге, ГДР (рис. 3.9). Авторы: И. Ба-
уэр, Г. Рюле (Дрезден). Полусферическая воздухоопорная оболочка из
ткани на основе волокна дедерон со светопроницаемым покрытием; ра-
диус оболочки 12,5 м. Изготовитель — фирма «Тренкер и Вюркер».
Купол радиотелескопа в Бохуме, ФРГ (рис. 3.10). Автор Р. Брилка
(Эссен). Воздухоопорное сооружение в виде усеченной сферы. Размеры:
диаметр 39 м, высота 24,5 м, общая высота сооружения 28,5 м. Матери-
ал оболочки — ткань из полиэфирного волокна с двусторонним покры-
тием из ПВХ. Наиболее примечателен в этом сооружении сложный мон-
таж оболочки, натянутой поверх уже установленного 20-метрового пара-
болического зеркала телескопа.
Выставочный зал в Ганновере, ФРГ. Автор Р. Брилка (Эссен).
Это—.одна из крупнейших в Европе воздухоопорных оболочек. Она
представляет собой единое целое с другими частями здания, выполнен-
172
Рис. 3.9. Выставочный зал -в Маркклееберге, ГДР
а — разрез; б — внешний вид
1— воздухоопорная оболочка; 2— стальная портальная арка; 3— сегментная стенка с
встроенными вращающимися дверями и вентиляторами; 4 — сборное железобетонное
опорное кольцо
Рис. 3.10. Воздухоопорный купол радиотелескопа в Бохуме, ФРГ
(фирма «Крупп Универзальбау)
а — монтаж оболочки; б — внешний вид ночью
Рис. 3.11. Выставочный зал в Берлине, ГДР (фирма «Тренкер и Вюркер»,
Лейпциг)
Рис. 3.12. Склад минеральных удобрений (ГДР, изготови-
тель— Народное предприятие «Шпортботбау Гросшенау»)
Рис. 3.13. Воздухоопор-
яая оболочка-тепляк на
строящейся телебашне
в Дрездене, ГДР
а — разрез; б — внешний
вид; / — оболочка в сло-
женном виде (до монтажа);
2 — подмости; 3 — кресто-
вина; 4— оголовок несуще-
го каркаса внутренней опа-
лубки; 5 — верхнее кольцо
наружной опалубки; 6 —
ствол башни; 7 — пневмо-
оболочка в рабочем поло-
жении; 8 — фартук; 9 —
опорное кольцо оболочки;
10 — крепления опорного
кольца; 11 — распорки; 12 —
оттяжки
Рис. 3.14. Эксперимен-
тальная воздухоопорная
оболочка — строитель-
ный тепляк (фирма
«Крупп», ФРГ)
/—оболочка; 2— вентиля-
торы; 3 — аварийный ге-
нератор тока; 4 — автома-
тическое устройство для
регулирования давления;
5 — анемометр; 6 — отопи-
тельная установка; 7 —
шлюзы; 8 — строящееся
здание; 9 — подъемники
Рис. 3.15. Воздухоопорный купол станции космической радиосвязи «Телстар», США
(У. Бэрд)
Рис. 3.16. Выставочный зал «Пентадом», США (У. Бэрд)
Рис. 3.17. Воздухоопорный склад в Японии (фирма «Тайо Когио»)
ними в обычных конструкциях. Выставочные помещения располагаются
в трех различных уровнях. В продольном разрезе оболочка очерчена по
коробовой кривой. Ее размеры: длина 106 м, ширина 35 м, высота 17,5 м,
перекрываемая площадь 3300 м2. Изготовитель — фирма «Крупп-Уни-
верзальбау».
Воздухоопорная оболочка многоцелевого назначения, ГДР. Автор
Э. Фриче (Лейпциг). Оболочка полуцилиндрической формы со сфериче-
скими торцами, из ткани на основе волокна дедерон с покрытием из
ПВХ. Используется как склад или выставочный зал. Размер 45Х20Х
ХЮ м. Изготовитель —Народное предприятие «Цельта».
Выставочный зал в Берлине, ГДР (рис. 3.11). Авторы: Э. Фриче,
И. Бауэр, Р. Шульц (Лейпциг). Геометрическая форма оболочки пред-
ставляет собой сегмент тора, ось которого состоит из пяти дуг окружно-
стей трех различных радиусов. Оболочка собрана из трех частей, сое-
диненных .монтажными швами. Материал оболочки — кордная ткань
из волокна дедерон с покрытием из ПВХ. Входные проемы, расположен-
ные в противоположных концах зала', обрамлены стальными арками, к
которым прикреплена оболочка. Арки кругового очертания установлены
под углом 4'0° к горизонту. За каждой из арок расположена вертикаль-
ная стена с тремя вращающимися дверями. Длина оболочки 56,3 м, ши-
рина 26 м, высота 43 м, перекрываемая площадь 1400 м2.
Склад минеральных удобрений, ГДР (рис. 3.12). Авторы: Э. Фриче,
Р. Шульц. Воздухоопорная оболочка с прямоугольным планом для хра-
нения 3000 т минеральных удобрений четырех сортов. Чтобы увеличить
емкость склада, бетонный фундамент выведен на высоту 2 м над землей.
Размеры оболочки: длина 42 м, ширина 28,5 м.
Укрытие для зимнего бетонирования ствола телебашни в Дрездене,
ГДР (рис. 3.13). Авторы: Проектное бюро Германской почты, Г. Рюле,
И. Бауэр, Г. Дрекслер, Э. Махер (Дрезден). Здесь применен оригиналь-
ный способ защиты от холода и непогоды присоединением сферической
воздухоопорном оболочки к скользящей опалубке. Оболочка крепится
к стальному опорному кольцу, которое перемещается (вместе с опалубкой
по мере ее подъема.
Другие примеры сооруженных воздухоопорных оболочек показаны
на рис. 3.44—3.17.
6. ТЕНТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
А. ОБЩИЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
По формам и конструктивным решениям тентовые конструкции во
многом аналогичны висячим (вантовым) покрытиям (см. главу 1) с той
разницей, что здесь несущую поверхность покрытия образует лишь один
тент либо тент, усиленный тросами. Иными словами, и несущей, и ог-
раждающей конструкцией является мягкая оболочка. Что касается ма-
179
териала оболочки, ее изготовления и опорных устройств, то основные
принципы в общем не отличаются от тех, которые были изложены при-
менительно к пневматическим конструкциям. Расчет усилий в мембра-
нах и тросах тентовых покрытий оказывается зачастую весьма затруд-
нительным, главным образом в связи со сложной геометрической фор-
мой. При элементарных формах можно использовать предпосылки, при-
нятые в расчете вантовых покрытий, хотя это и связано' с некоторой иде-
ализацией действительной расчетной схемы. Для весьма сложных сис-
тем следует проводить .модельные испытания. Во всех случаях рекомен-
дуется для компенсации погрешностей в определении усилий принимать
повышенные коэффициенты запаса прочности и для самого тента, и для
тросов.
Б. ПРИМЕРЫ СООРУЖЕННЫХ ТЕНТОВЫХ ПОКРЫТИИ
Павильон «Сахара» в Париже, Франция, 1958 г. (рис. 3.18). Автор
Р. Саржер (Париж). Треугольная в плане оболочка в форме гипербо-
лического параболоида из тросов, обтянутых пластмассовой пленкой.
Максимальный пролет 30 м, максимальная ширина 20 м.
Павильон на селькохозяйственной выставке в Лозанне, Швейцария,
1964 г. (рис. 3.19). Авторы: Ф. Отто (Штутгарт), фирма «Штромейер»
(Констанц, ФРГ). Покрытие в виде «парусов» гиперболопараболической
формы с оболочкой из армированной ПВХ пленки, усиленной системой
пересекающихся предварительно-напряженных тросов, которые крепятсч
к анкерам и стальным мачтам высотой 16,5 м. Пролет 25 м.
Открытая аудитория на сельскохозяйственной выставке в Марккле-
еберге, ГДР (рис. 3.20). Авторы: объединение «Деваг», И. Бауэр (Лейп-
циг), Г. Рюле (Дрезден). Осесимметричное складчатое покрытие (в ви-
де системы предварительно-напряженных проволочных тросов диамет-
ром 8, 10 и 15 мм и натянутой между ними оболочки. Покрытие подве-
шено к 16 гибким стальным стойкам и закреплено оттяжками к 16 ан-
керным блокам. Покрытие рассчитано как вантовая конструкция на
ветровой напор и отсос, равные 60 кгс/м2.
Павильон ГДР на 2-й Международной ярмарке в Алжире (рис. 3.21).
Авторы: объединение «Деваг», Верман (Лейпциг), Г. Рюле (Дрезден).
Предварительно-напряженное складчатое вантовое покрытие. Система
поперечных тросов поддерживает натянутый между ними тент из ткани
на основе волокна дедерон с двусторонним покрытием из ПВХ. Пролет
покрытия 11,5 м, длина 36 м. Покрытие рассчитано как система отдель-
ных тросов.
Опыт применения аналогичных конструкций в виде напряженных
тентов и тросовых сеток повсюду оказался удачным. Использованные
первоначально во многих странах для сооружений малых форм, они
вполне удовлетворяют функциональным требованиям и являются во
всех отношениях практичными и перспективными. Уже в ближайшем бу-
180
Рис. 3 18. Тентовое
покрытие выставочно-
го павильона «Саха-
ра» в Париже, Фран-
ция ' 1958 г.
Рис. 3.19. Павильон на сельскохозяйственной выставке в Лозанне, Швейцария, 1964 г.
Рис. 3.20. Скла-
дчатое вантово-
тентовое покры-
тие аудитории
на сельскохо-
зяйственной вы-
ставке в Марк-
клееберге, ГДР
а — плав; б —
разрез
дущем существенно возрастут размеры таких сооружений и появятся
новые области их применения.
О необычайно быстром .прогрессе в этой области свидетельствует
разработанный Ф. Отто и его сотрудниками проект передвижного укры-
тия для строительных работ площадью 36 тыс. м2 в Лондоне; общая
площадь застраиваемой территории, на которой будет использовано это
укрытие, составляет 160 тыс. м2. Таким образом, создается крыша над
целым районом города. Основными элементами системы являются опор-
ные мачты, вантовая сеть, покрытие и стены. Сетка опор 30,5Х'3|0,5 м, их
высота 30,5 м, средняя высота покрытия (в чистоте) 20 м.
182
a)
Рис. 3.21. Па-
вильон ГДР на
2-й Междуна-
родной ярмар-
ке в Алжире
а — конструкция;
б — общий вид
Г' л а в a 4
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
ИЗ ПЛАСТМАСС
1. КЛАССИФИКАЦИЯ И РАЗВИТИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ФОРМ
Развитие легких экономичных конструкций сопровожда-
ется увеличением роли пластмасс, которая должна еще более возрасти
в будущем. Это обусловлено такими важными свойствами пластмасс,
как малая масса, относительно высокая прочность, водонепроницаемость,
светопропускаемость, химическая стойкость, исключительная легкость
формования и универсальность применения1. В настоящее время пласт-
массы применяют главным образом для ненесущих конструктивных эле-
ментов; это положение вряд ли изменится и в ближайшие годы. Однако
в дальнейшем, по мере развития индустриальных .методов переработки
пластмасс, снижения их стоимости и роста конкурентоспособности по
отношению к традиционным материалам, следует ожидать расширения
области применения пластмасс для несущих конструкций. Возможно
создание как цельнопластмассовых несущих конструкций, так и конст-
рукций из других .материалов в сочетании с пластмассами.
Из пластмасс можно создавать несущие конструкции с оптимальны-
ми весовыми показателями; проектирование конструкций должно быть
основано на одновременном использовании принципа облегчения конст-
руктивной формы и принципа применения легких материалов. Форма
конструкции должна обеспечивать наиболее эффективное использование
материала включением в работу конструкции всех ее элементов по воз-
можности с одинаковыми коэффициентами запаса. Не менее важен ра-
циональный выбор материала конструкции. Речь идет не о простой заме-
не стали или алюминия пластмассами, но о таком использовании специ-
фических свойств материалов, которое позволило бы создать наиболее
легкую конструкцию. При этом немаловажную роль играет учет условий
изготовления и монтажа конструкций, равно как и объективная оценка
их долговечности в условиях эксплуатации2.
1 Эти свойства не являются общими для всех пластмасс; каждый материал ха-
рактеризуется своими специфическими свойствами, которые и определяют область его
рационального применения. — Прим. пер.
2 При проектировании конструкций с применением пластмасс необходимо учиты-
вать их низкую огнестойкость; все пластмассы сгораемы либо трудносгораемы. —
Прим. пер.
184
Рис. 4.1. Стоимость
переработки раз-
личных конструк-
ционных материа-
лов в изделия (по
Кэрби)
балки
Плиты
Панели
Резервуары
Дбери
Окна
Ловки
Ку зоба
Мебель
Электробыгпобые
и санитарные
приборы
л
Применение пластмасс .может оказаться наиболее эффективным
именно в пространственных конструкциях. Хотя работы в этом направ-
лении, ведущиеся во многих странах, и не вышли еще из стадии экспери-
ментов, тем не менее стало очевидным, что развитие высокоиндустриаль-
ных методов производства конструкций из пластмасс безусловно обеспе-
чивает широкую перспективу их применения. Существенно и изменение
структуры цен на исходные полимерные материалы и их переработку.
Достижение конкурентоспособности пластмасс по отношению к традици-
онным материалам для несущих конструкций — задача еще более слож-
ная; это хорошо видно из графиков рис. 4.1.
На схеме 4.1 приведены классификация и основные направления
развития пространственных конструкций из пластмасс или с их приме-
нением.
2. МАТЕРИАЛЫ
Жесткие конструкционные пластмассы. Эти материалы используют-
ся главным образом для тонкостенных конструкций типа оболочек, а
также для внешних слоев (обшивок) трехслойных конструкций. Наибо-
лее широко применяются в конструкциях стеклопластики, главным обра-
зом на основе полиэфирных, эпоксидных и фенольных смол. Их механи-
ческие свойства в значительной степени определяются видом армирую-
щего стекловолокнистого наполнителя и смолы (связующего), а также
технологией изготовления; поэтому привести какие-либо общие для всех
материалов показатели невозможно. В каждом случае следует уже в на-
чальной стадии проектирования определять основные механические
свойства выбранного стеклопластика, причем образцы для испытаний
должны быть изготовлены из тех же компонентов и по той же техноло-
гии, что и проектируемая конструкция.
Существенный недостаток стеклопластиков— относительно низкий
модуль упругости, меняющийся для различных видов материала в до-
вольно широких пределах (рис. 4.2). Следствием этого являются значи-
Зак. 283
185
I
Трехслойные конструкции
Материалы
I
I
Обшивки—сталь, алюминий, древес-
новолокнистые плиты, бумажно-слоис-
тые пластики, стеклопластики, асбесто-
цемент
Заполнитель — соты, профили, жес-
ткие пенопласты
1
Жесткие пенопласты
Стеклопластики
Конструктивные формы
7* Зак. 283
Основные несущие и ограждающие конструкции
I I !
Плиты, балки-стенки, складки, цилин- Волнистые и складчатые своды, ци- Оболочки двоякой кривизны, оболоч-
дрические оболочки, пологие оболочки линдрические оболочки, оболочки дво- ки вращения
двоякой кривизны якой кривизны, пологие сферические
оболочки
Элементы ограждающих конструк-
ций
1
Плиты и складки покрытий по метал-
лическим пространственным конструк-
циям
Плиты покрытий по металлическим
пространственным конструкциям; эле-
менты пространственных конструкций
(сферические сегменты, пирамиды и
т. п.)
Характеристика конструкций
I
Преимущества: малый вес, высокая
жесткость и прочность при минималь-
ном расходе материалов, хорошие теп-
лоизоляционные свойства, возможность
выбора обшивок (по материалу, цвету,
атмосферостойкости и т. п.), многооб-
разие конструктивных .решений, легкость
и быстрота монтажа
Недостатки: невысокая огнестойкость
(может быть повышена применением
специальных красок и др.), неудовлет-
ворительные акустические свойства,
ограниченные возможности формооб-
разования при изготовлении
I
Преимущества: малый вес, большие
возможности формообразования при
изготовлении, светопропускание, много-
образие конструктивных решений, лег-
кость и быстрота монтажа, отличные
диэлектрические свойства, высокая хи-
мическая стойкость
Недостатки: малая жесткость, значи-
тельные деформации, возможность по-
тери устойчивости при невысоких на-
пряжениях, невысокая огнестойкость
(может быть повышена применением
специальных красок), плохие акустиче-
ские и теплоизоляционные свойства
1
Преимущества: малый вес, легкость
формообразования и многообразие
форм, хорошие теплоизоляционные
свойства, возможность применения про-
грессивной технологии на строительных
площадках (напыление), легкость и
быстрота монтажа, отличные диэлект-
рические свойства
Недостаток: низкая огнестойкость
(характерна не для всех пенопластов)
“ Схема 4.1. Классификация пространственных конструкций из пластмасс
тельные деформации, которые необходимо учитывать, в частности, и в
растянутых элементах конструкций. При постоянной нагрузке в мате-
риале развиваются деформации ползучести; зависимость их от времени
(кривая ползучести) приближенно описывается степенной функцией
(прямая линия в логарифмических координатах). С течением времени
под нагрузкой снижается и прочность материала, что следует учитывать
при назначении допускаемых напряжений для стеклопластиков. Необ-
ходимо считаться с возможной потерей устойчивости сжатыми элемен-
тами конструкции, которая приводит к разрушению элемента при на-
пряжениях, значительно меньших, чем прочность материала при сжа-
тии'. Коэффициент линейного расширения стеклопластиков зависит от
содержания стекловолокна; при 30%-ном содержании волокна этот ко-
эффициент равен (30---40) 10-6, т. е. примерно в 3—4 раза больше, чем
у стали.
В табл. 4.1—4.3 приведены основные показатели стекловолокни-
стых материалов, смол (связующих) и стеклопластиков, применяемых в
ГДР; более подробные данные см. в [4.3].
Жесткие пенопласты (полиуретановые, полистирольные, фенольные
и др.) применяют главным образом для среднего слоя (заполнителя)
трехслойных конструкций, а также для однослойных конструкций типа
оболочек. Механические свойства этих материалов меняются в очень
широких пределах; поэтому во всех случаях рекомендуются предвари-
тельные испытания материала. Прочность и модуль упругости пенопла-
стов весьма невелики (рис. 4.3); можно ожидать повышения этих пока-
зателей на основе дальнейших исследований и совершенствования мате-
риалов. В общем более высокую прочность и жесткость имеют поливи-
нилхлоридные, полиуретановые и эпоксидные пенопласты, а также поли-
стирольные, вспениваемые в виде блоков, более низкую — фенольные пе-
нопласты и полистирольные пенопласты, вспениваемые в полости кон-
струкций.
Основные показатели пенопластов, а также других жестких тепло-
изоляционных материалов приведены в табл. 4.4.
Прочие материалы. В трехслойных конструкциях для обшивок наря-
ду со стеклопластиками широко применяют также другие материалы—
сталь, алюминий, асбестоцемент и т. д. Данные о некоторых из этих ма-
териалов приведены в табл. 4.5. В качестве заполнителя трехслойных
конструкций, кроме пенопластов, используют другие легкие материалы.
Прочность и жесткость заполнителя должны быть достаточными для
обеспечения устойчивости обшивок и восприятия поперечных (сдвигаю-
щих) усилий. Заполнитель может быть выполнен из легкой древесины
(бальсы, пробки) либо в виде сот из алюминия, стеклоткани или бумаги,
пропитанных смолами, и т. п.1 2. Преимущество сотового заполнителя—от-
1 Низкий модуль упругости, ползучесть и снижение прочности под нагрузкой ха-
рактерны для всех видав пластмасс. — Прим. пер.
2 Бальса и пробка, а также металлические соты в строительных конструкциях
практически не применяются.— Прим. пер.
188
Рис. 4.2. Диаграммы «на-
пряжение — относитель-
ное удлинение»
1—дуралюмин; 2— раз-
личные стеклопластики (по
Хоссдорфу)
Рис. 4.3. Зависимость
предела прочности при
сжатии (а) и модуля уп-
ругости (б) пенопластов
от их плотности (по Хин-
терсдорфу)
Рис. 4.4. Конструкция
складчатого купола
(Япония)
Таблица 4.1
Характеристика некоторых армирующих материалов для стеклопластиков
(по Хинтерсдорфу)
Марка Материал Изготовитель Масса, г/м2 Толщи- на, мм Ширина, мм
К-1800 Стеклоткань саржево- го переплетения Народное предприя- тие «Металлвеберай Нейштадт» (Орла, ГДР) 400 0,5 1000
К-1800 Стеклоткань полотня- ного .переплетения Фирма «Гейер» (Дрез- ден, ГДР) 260 0,4 1000: 900
№ 37 к То же То же 750 0,8 1100
№ 11 d Ткань -из штапельного стекловолокна 620 0,7 1000; 830
Имон 77 Стеклоткань полотня- ного .переплетения ЧССР 135 0,15 1000
Имон 99 То же ЧССР 100 0,1 1000
Т1 (АСТТ-Б) Стеклоткань СССР 285 0,3 1000
Стрэтимат ES 10400 РЗ Ml 450x100 Стекломат Франция 450 1000
Таблица 4.2
Характеристика некоторых видов связующих для стеклопластиков
(по Хинтерсдорфу)
Вид и марка смолы Предприятие—изготовитель смолы Отвердитель Ускоритель отверждения Содержа- ние ком- понентов (приХхо- лодном отвержде- нии), вес. ч. Период отверж- дения, ч ПлПТИЛРТЬ rndQV. ющего после отверждения, г/см3
Полиэфирная G Народное предприя- тие «Хемише верке Бу- на» (ГДР) Паста цик- логексанон- пер оксид Кобальтовый 100:2:2 1—2 1,24
Полиэфирная ChS 104 ЧССР Катализатор Р, тип VI Ускоритель Р, тип 1/40 100:2: 1 1—2 1,24
[Эпоксидная EG К 19 Народное предприя- тие «Лейна-верке» (ГДР) Отвердитель 3 — 100:9 6—8 1,2
190
Таблица 4.3
Механические характеристики некоторых видов стеклопластиков на основе
полиэфирной смолы G (по Хинтерсдорфу)
6 ?? Предел прочности при растяжении
§ 2 о w О г; ь о после ч ки-' после 30 сут.
в g ф о : пячения выдерживания
Армирующий мате- о "и* Ориентация & в воде в воде
риал (см. табл. 4.1) к л - Н сз образцов □к
S О Д к н J3 сч Ч S Я «ч £ s S л ч S л
5^ gg Я р* о "о* д я гс? гт S о * X S
6 S Sa сЗ t- К £ я я о К к
Ткань саржевого 52,5 1,7 а — по осно-
переплетения ве 1800 28,5 19,6 69 18,9 66
К-1800, 8 слоев б — по утку 1450 24,5 15,8 65 16 66
в — под 45° 500 9,3 5,5 59 5,Г 55
Ткань полотня- 50 1,55 То же 1300 23,3 15 64 14,3 62
кого переплетения 1100 22,5 15,3 68 14,5 65
К-1800, 8 слоев 500 9,7 5 55 5 55
Ткань Т1 64 33,6 - 21,3 63
(АСТТ-Б), 7 слоев — 29,8 — — — —
Ткань имон 99, 53,5 — » 22 — .— —
3 слоя — 17,5 8 ___ — — —
Ткань №lld, 39 » 500 . — —
4 слоя 430 — — — —• —
400 —• — — — -—
носительно высокая прочность. Характеристики некоторых типов запол-
нителей трехслой'ных конструкций приведены в табл. 4.6.
Для соединения обшивок и заполнителя обычно применяют различ-
ные виды клеев, которые должны удовлетворять определенным требова-
ниям в отношении смачивающей способности, адгезии, вязкости и тиксо-
тропии [4.3]. Данные о клеях для склеивания пенопластов см. в
табл. 4.4.
3. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОНСТРУКЦИЙ
Оболочки из стеклопластиков. В связи с высокой стоимостью стек-
лопластиков, а также с учетом их относительно невысокого модуля уп-
ругости эти материалы целесообразно использовать в конструкциях ти-
па тонкостенных оболочек и складок. Устойчивость сжатых или изгиба-
емых элементов таких конструкций может быть обеспечена приданием
им кривизны малого .радиуса, подкреплением ребрами либо устройст-
191
g Таблица 4.4
ьэ
Ориентировочные данные о йенопластах и других жестких теплоизоляционных
материалах
Материал Характеристика Плотность, кг/м3 Предел проч- ности при сжатии, кгс/см* Коэффици- ент тепло- проводно- сти X, ккал/мХ Хч-сС Удельное сопротив- ление паропро- ницанию1 Рекомендуемые клеи и составы для соединений
Пенопласт по- листирол ьный Поры закрытые, вспенивает- ся в виде блоков или в полос- ти конструкций с гладкой или шероховатой поверхностью. Размер .блоков 1X2 м и более, форма любая 15—100 (обычно 20—25) 1—6 0,035— 0,05 80 Поливинилацетатные дис- персии, каучуковые клеи на бензиновом растворителе, синтетические клеи на спирто- вой основе, битумные диспер- сии и мастики (применяемые растворители не должны раз- рушать полистирол). Для трехслойных конструкций двухкомпонентные клеи на основе эпоксидных смол или полиуретана (без растворите- ля) Полихлоропреновые клеи, ка- учуковые клеи на бензиновом растворителе (наносятся на обе склеиваемые поверхности), каучуковые клеи с отвердите- лями, двухктмпонентиые клеи на основе полиуретана (нано- сятся на одну поверхность)
Пенопласт по- лиуретановый 90% пор закрытые,'вспенива- ется в любых оболочках. Пе- нопласт, не подвергнутый ме- ханической обработке, сохра- няет плотный поверхностный слой и не имеет открытых пор. Размер блоков 1X2 м и бо- лее, форма любая. Высокая прочность 30—300 (обычно 35, в трехслой- ных кон- струкциях 50) 1,5—30 0,035 80
Пенопласт фенольный Поры преимущественно от- крытые, вспенивается обычно в формах и разрезается на блоки. Поверхность шерохо- ватая. Размер блоков 0.5Х XI ми более 70—100 0,5—4 0,045— 0,05 2,2 Холодные и горячие битум- ные эмульсии, цементный рас- твор; для кровельных .покры- тий— двухкомпонентные клеи на основе полиуретана, кау- чуковые клеи, горячие битум- ные и асфальтовые мастики
$61
Пенопласт по- Поры закрытые, вспенивает- 80—130 2—4 0,044 60 Каучуковые клеи на бензи-
ливинилхлорид- ный Минераловат- ся в формах с подпрессовкой. Размер блоков около 1X1 м Неорганические волокна 150 и более Сжимаемы 0,04 1—2 новом растворителе, поли- хлорбутадиеновые клеи с от- вердителями (полиизоциана- ты) или без них; для трех- слойных конструкций со сталь- ными и алюминиевыми обшив- ками — двухкомпонентные клеи на основе эпоксидных смол или полиуретана (без раство- рителя) Полихлоропреновые клеи;
ные и стекло- ватные плиты Плиты из дре- (диаметром 10—<12 мк) на орга- нической (обычно фенольной) связке. Размер плит 0,5X1 м Органическое (древесное) 380—460 при нагрузке 0,005 кгс/см2 Сжимаемы 0,08— 2,5—6 при воздействии .высоких тем- ператур — фенольные клеи; полимеррастворы Поли винил ацетатные дис-
веского волок- волокно (сечением около 0,ЗХ (при нагруз- 0,12 (в зави- ‘Персии; цементный или гипсо-
на Пеностекло Х5 мм) на неорганической (цементной, магнезиальной ли- бо гипсовой) связке. Размер плит 0,5X2 м. Плиты могут применяться для облицовки пенопластов с целью улучше- ния сцепления с бетоном или раствором Неорганический материал с 120—150 ке 3 кгс/см2 деформация через 3 мин составляет 15—20%) 8—10 0,05 СИ МО СТ И от тол- щины плиты) 500 вый раствор; полимерраство- ры Для склеивания плит —клеи
закрытыми порами из стеклян- ной массы (гидролитического класса 2 или 3). Размеры плит 0,3X0,5 и 0,6X0.5 м (при тол- щине плиты более 40 мм) на основе бутилкаучука или полисульфидов; для крепле- ния к бетону — холодные и горячие битумные эмульсии, битумно-каучуковые мастики; для кровельных покрытий —• клеи на основе сополимеров бутадиен-акрилнитрила (нит. рилкаучуков)
1 Удельное сопротивление паропроницанию равно 0,1Цо, где Щ. — коэффициент паропроницаемости, г/м мм рт. ст.-ч. — Прим. пер.
Таблица 4.5
|94
Характеристики некоторых листовых материалов для обшивок трехслойных конструкций (по Хинтерсдорфу)
Материал Размеры листов, мм : Плот- ность, г/см3 Механические показатели1, кг/мм2 Ne стандартов?ГДР, изготови- тели
толщина ширина длина °0,2 °в Е
Алюминиевые сплавы:
А1 99 F 14 До 250 Любая 2,7 12 14 —. 6700
Al Mg3 F 26 0,3-0,5 » 1000 1000 » 2000 2,66 18 26 — 7000 TGL 44725 (химический со- став) ;
Al Mg Si F 32 Al Cu Mg F 44 1000 1000 2500 3000 2,7 2,8 25 29 32 44 — 7000 7100 TGL 14745 (свойства)
Плиты древесноволок- — 1650 5100 1 — 1,8 1,8 400 TGL 11603
нистые твердые 3,2; 4 1650
То же, повышенной твер- 5100 1 — 2,2 2,2 600 TGL 1-85
дости
То же, сверхтвердые — — — 1,05 — 3,0 3,0 800 Финляндия, Польша
Картон 1—1,5 3300 Любая 0,7 — 1,5 0,8 200 Бумажный комбинат в Шведте (ГДР)
Толь-кожа 1—0,8 2200 » 0,5 1 0,5 100 Толевый завод в Лоде- нау (ГДР)
Фанера 4 1740 2420 — — .— — TGL 3007
Бума.жно-слоистый плас- тик 0,6—3 1050 1050 1,35 — 10 10 1000 TGL 12242 TGL 15372 (проект)
То же, типа шпрела- 1—1,5 1200 2800 1,5 •—- 11 15 1200
карт
Стеклопластик глакрезит 3; 4 1000 2250 1,1 4,5 4 500 TGL 1-23
Стеклогипс глагит 3; 8 1200 2500 1,2 — 0,8 1,8 700 .—-
Асбестоцемент 4—8 1200 2500 1,9 —• 1,1 3,8 1000 FBS 117-0098
Обозначения: — условный предел текучести; сН~ — предел прочности при растяжсши-и; —то же>
при сжатии; Е — модуль уп-
ругости.
Таблица 4.6
Сравнительные характеристики заполнителей трехслойных конструкций
(по Хинтерсдорфу)
Заполнитель Относительная прочность, %
при сжа- тии при сдвиге в направ- лении
продоль- ном попереч- ном
Сотовый с шестигран- Г~СТ 100 100 100
ными сотами ЦгТ
То же, с волнистыми 100 по 130
сотами
То же, с трубчатыми 100 85 90
сотами iffT
Гофрированный пря- / / / 50—70* 70—95*
моугольного профиля 4/ L
То же, волнистого , 10—15* 100—110*
профиля / // > h 9
Типа «яичной короб- тгН-л 25—40* 20—25% 20—25*
ки»
* Показатели прочности соответствуют высоте заполнителя 40—100 мм.
19Б
во,м взаимно пересекающихся складок. Обеспечение устойчивости явля-
ется первостепенной проблемой для тонкостенных конструкций; поэтому
исключительно важен правильный выбор 'геометрической формы
конструкции. В этом отношении конструкторы располагают многими,
еще не до конца использованными возможностями (рис. 4.4).
Особенно эффективно применение стеклопластиков в растянутых
элементах конструкций; наиболее экономичной конструкцией такого ро-
да является мембрана двоякой кривизны, растянутая во всех направле-
ниях.
Поскольку размеры и сечения несущих элементов конструкций ог-
раничиваются по экономическим и статико-конструктивным соображе-
ниям, целесообразным оказывается создание комбинированных систем,
представляющих собой сочетание металлической несущей конструкции с
относительно мало напряженными ограждающими или подкрепляющи-
ми элементами из пластмасс. Аналогичный .принцип используется в
трехслойных конструкциях. На рис. 4.6 показаны схемы складчатых по-
крытий, которые при малых пролетах могут быть выполнены целиком
из пластмасс, а при больших — в виде комбинированной конструкции.
При сочетании в одной конструкции стали и стеклопластика надо учи-
тывать различие их физико-механических свойств. Изменения темпера-
туры вызывают значительные напряжения в соединениях комбинирован-
ных конструкций; поэтому конструированию этих соединений необходи-
мо уделять особое внимание, чтобы обеспечить их долговечность.
Световые купола из пластмасс. Для естественного освещения про-
изводственных и других помещений с большой площадью покрытия или
без светопроемов в стенах часто применяют зенитные световые фонари
(купола). Такие купола обеспечивают практически равномерную осве-
щенность помещений (рис. 4.6). Купола либо размещают в уровне кров-
ли, либо устанавливают на специальных опорных рамах. Изготовляют
их из оргстекла или светопрозрачного (полиэфирного) стеклопластика;
опорные рамы выполняют из стеклопластика1. Оргстекло и стеклопла-
стик чувствительны к царапинам; в царапинах скапливается пыль, что
ухудшает светопропускание. Купола выполняют однослойными либо
двухслойными; выпускаются они в большом ассортименте форм и разме-
ров. По противопожарным требованиям расстояние между куполами
в покрытии должно быть не .менее 50 см.
(В некоторых случаях прямые солнечные лучи, .проникающие сквозь
купол, могут перегревать освещаемую поверхность либо оказывать сле-
пящее действие. Эти нежелательные эффекты можно устранить уст-
ройством над частью купола защитного экрана (рис. 4.7,с) либо приме-
нением куполов специальной конструкции, в которых часть поверхности
покрыта светоотражающей краской (рис. 4.76). В конструкциях куполов
для освещения влажных помещений используется принцип вентилируе-
мой кровли (рис. 4.8). Водяные пары конденсируются на поверхности
наружной оболочки купола, откуда конденсат стекает на кровлю.
1 Применяются также .железобетонные и .деревянные рамы. —Прим. пер.
196
Рис. 4.5. Фор-
мы складчатых
покрытий из
пластмасс (по
Маковскому)
Рис. 4.6. Естественная осве-
щенность помещения
а — с шедовым покрытием; б — со
световыми 'Куполами в плоском
покрытии
Рис. 4.7. Конструкции световых куполов
а — системы «Эссер-рефлекталюкс» (/ — отражающий экран); б — системы «Эссер-селекталюкс»
(/ — разрез и варианты плана; 2 —отражение прямого солнечного света; 3, 4 — пропускание рас-
.сеянного света) •
Рис. 4.8. Конструкция светового купола для
влажных помещений (системы «Эссер-гидро-
люкс»)
Рис. 4.9. Схема мембранной оболочки двоякой
кривизны (по Полоньи)
Световые .купола больших
размеров собирают обычно из
отдельных сегментов.
Оболочки из жестких пено-
пластов. Формы таких оболо-
чек должны обеспечивать на-
пряженное состояние конструк-
ции, в наибольшей степени со-
ответствующее прочностным
свойствам пенопласта. По-
скольку пенопласт может вос-
принимать в основном только
сжимающие напряжения, отно-
сительно небольшие по вели-
чине, то оптимальной по форме
является такая оболочка, в ко-
торой при основном сочетании
нагрузок (от собственного веса
и снега) действуют только сжи-
мающие усилия, примерно
одинаковые во всех точках и
во всех направлениях. Такие
формы сжатых мембранных
оболочек разрабатывает По-
лоньи [4.17] (рис. 4.9); анало-
гичные конструкции в железо-
бетоне (пологие двояковыпук-
лые оболочки на плоском кон-
туре) были разработаны Исле-
ром1. Бортовые элементы обо-
лочек должны быть решены
так, чтобы по возможности ис-
ключить краевые моменты, од-
нако во многих случаях эти мо-
менты могут быть восприняты
полосами стеклопластика, на-
клеенными на оболочку сверху
и снизу. Потеря устойчивости
не опасна для оболочек из пе-
нопласта благодаря относи-
тельно большой толщине и ма-
лому весу, зато особого вни-
мания при проектировании тре-
бует учет 'возможности продав-
ливания пенопласта, например
при хождении по оболочке.
1 См. том 1, главу 5. — Прим. пер.
200
В области разработки оболочек из пенопластов сделаны пока толь-
ко первые шаги, поэтому для развития этих конструкций предстоит еще-
накопить немалый опыт.
При использовании пенопластов в собственно ограждающих элемен-
тах конструкций следует иметь в виду соображения, высказанные при-
менительно к стеклопластикам. Для перекрытия больших пролетов наи-
более целесообразно применение разного рода комбинированных конст-
руктивных систем.
Трехслойные конструкции. Принципиальные положения по проекти-
рованию таких конструкций приведены в работе Хинтерсдорфа [4.3].
Использование трехслойных конструкций позволяет избежать многих не-
достатков, свойственных однослойным оболочкам из стеклопластиков
или пенопластов. Варьируя материалы обшивок и заполнителя, можно
удовлетворить самым разнообразным требованиям к конструкции. По
данным Хинтерсдорфа, масса рационально спроектированной трехслой-
ной конструкции может быть на 20—30% меньше массы ребристой од-
нослойной оболочки.
Толщина обшивок и заполнителя трехслойной конструкции может
быть принята оптимальной в соответствии с распределением усилий.
Обшивки оболочек одинарной кривизны выполняются из стали, алюми-
ния или стеклопластика; в пологих оболочках двоякой кривизны наибо-
лее целесообразно использовать стеклопластик ввиду легкости его фор-
мования. Вообще говоря, возможности изготовления трехслойных эле-
ментов криволинейной формы довольно ограничены, поэтому применя-
ют, как правило, только цилиндрические трехслойные оболочки.
Трехслойные элементы используют преимущественно в таких несу-
щих конструкциях, как балки коробчатого сечения, складки, структур-
ные плиты. Их применение эффективно также в ограждающих конструк-
циях зданий с легким металлическим каркасом. Для более широкого
применения трехслойных конструкций индустриального изготовления
необходимы еще многочисленные проектные разработки и исследования.
4 НАГРУЗКИ И РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ
По сравнению с традиционными конструкциями назначение нагру-
зок для легких конструкций из пластмасс требует принципиально нового
подхода, поскольку величина нагрузок весьма существенно влияет на-
массу конструкций. Здесь применимы принципы, используемые при про-
ектировании авиационных конструкций. Расчетные (кратковременные)
значения нагрузок следует назначать с учетом режима их воздействия в
течение длительного срока эксплуатации. В ряде случаев можно избе-
жать нежелательной перегрузки отдельных элементов благодаря конст-
руктивным мероприятиям — допущению закритической стадии работы в
зонах местной потери устойчивости, устройству шарниров и т. и.
В связи с малой собственной массой пластмассовых конструкций
опасной для них может оказаться ветровая нагрузка. При назначении
ветровых нагрузок для гибких пластмассовых конструкций следует ру-
ководствоваться принципиально иным подходом, чем для жестких соору-
201
жений [4.18]. Динамическое воздействие порывов вет.ра может вызвать
опасные колебания конструкций с частотой, весьма близкой к частоте
их собственных колебаний.
iB настоящее время еще нельзя сформулировать общие положения
по расчету пластмассовых конструкций. Проектировщик должен в каж-
дом конкретном случае определять подход к расчету, не пренебрегая не-
обходимыми экспериментами, и предусматривать максимум конструк-
тивных мероприятий, обеспечивающих надежность конструкций. В са-
мом общем виде принципы расчета пространственных конструкций из
пластмасс сводятся к следующему: расчет и конструктивное решение
должны обеспечивать достаточный запас несущей способности конструк-
ции; для учета механических и реологических свойств пластмасс в рас-
чете конструкций можно пользоваться теми же общими положениями,
что и для других материалов.
Оболочки из стеклопластиков. Стеклопластики можно рассматрш
вать как идеально упругие, поэтому для расчета жестких конструкций
можно пользоваться точными методами теории упругости1. Расчет гиб-
ких конструкций требует использования иных методов [4.,18]. Харак-
терное для стеклопластиков отсутствие области пластических деформа-
ций, предшествующей разрушению, исключает использование в расчетах
на прочность известного эффекта выравнивания напряжений в пласти-
ческой области.
Ввиду низкого модуля упругости конструкции из стеклопластика
более чувствительны к потере устойчивости; по этой же причине воз-
можны значительные деформации конструкций, что обязательно надо
учитывать в расчете. В комбинированных конструкциях при изменении
температуры могут возникать напряжения, соизмеримые по величине
с напряжениями от статических нагрузок.
Запас прочности конструкций оценивается главным образом на
основе испытаний, поскольку из-за недостатка опытных данных нецеле-
сообразно устанавливать единые для всех конструкций допускаемые
напряжения. Величина коэффициента запаса прочности зависит от сте-
пени точности назначения нагрузок и расчета, от характера изменения
напряжений в материале и его фактической прочности под влиянием
различных факторов, действующих в процессе длительной эксплуатации
конструкции. Например, для растянутых мембран из стеклопластика
коэффициент запаса прочности по стадии трещинообразования рекомен-
дуется принимать равным 2—2,5, а по стадии разрушения — равным 5.
Научно обоснованные рекомендации по расчету конструктивных эле-
ментов из стеклопластика приведены в работах Хинтерсдорфа [4.13] и
Пука [4.4,4.10].
Для расчета оболочек из жестких пенопластов следует использовать
приближенные методы, предусматривая достаточный запас прочности,
поскольку теоретические основы расчета таких конструкций еще не раз-
работаны.
* Это положение можно считать справедливым лишь при кратковременных на-
грузках.— Прим. пер.
202
При расчете и проектировании трехслойных конструкций можно
пользоваться практическими рекомендациями, содержащимися в работе
Хинтерсдорфа [4.3]. Теоретические основы расчета трехслойных конст-
рукций разработали Дуда [4.14, 4.15], Вольмир [4.16] и др.1.
5. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
Способы изготовления конструкций из пластмасс весьма многооб-
разны, и их описание не входит в задачи настоящей книги. Это относит-
ся и к технологии изготовления трехслойных элементов, весьма широко
применяемых в строительстве, в частности в ограждениях сооружений
с пространственными конструкциями.
При проектировании многих конструкций, например стеклопласти-
ковых оболочек, следует заранее определять технологию их изготовле-
ния, поскольку она существенно влияет на свойства материала и стои-
мость изделий. Характеристика основных способов изготовления стекло-
пластиковых оболочек дана в табл. 4.7. Здесь в отличие от технологии
изготовления сборного железобетона можно применять простейшие фор-
мы (матрицы) из гипса или дерева, так как износ форм не столь интен-
сивен
В связи с применением пластмасс в конструкциях оболочек важно-
разрабатывать и использовать принципиально новые технологические
методы их изготовления. Например, определенные формы стеклопласти-
ковых оболочек двоякой кривизны могут быть изготовлены с пневмати-
ческой опалубкой, на которую напыляют смесь смолы и стекловолокна.
Аналогично могут быть изготовлены оболочки из пенопласта (рис. 4.10)
Фирмой «Доу кемикл» (Мидленд, США) разработан так называе-
мый спиральный способ изготовления оболочек (куполов) из жестких
пенопластов. Формующая машина изготовляет длинные прямолинейные
блоки (бруски) из полистирольного или полиуретанового пенопласта.
Рис. 4.10. Возведение оболочки из пенопласта методом напыления
а — пневматическая опалубка; б — готовая оболочка
1 Фундаментальные исследования по расчету трехслойных пластин и оболочек
выполнены в ССОР Э. И. Гритолюком, В. И. Королевым, Л. М. Куршиным, X. М. Муш-
та-ри и др.; обширные практические рекомендации по расчету конструкций содержатся
в работах А. Я- Александрова и др. [4.S-8—4.30]. — Прим. пер.
203
юг
Таблица 4.7
Способы изготовления крупногабаритных изделий из стеклопластиков (по Хинтерсдорфу)
Способ Схема Описание -способа Вид изделия Примерное содер- жание стеклово- локна, % по весу Трудоемкость или производитель- ность изготов- ления
Ручная вы- кладка Стекломаты или стеклоткань послойно выкла- дывают по форме (матрице) м промазывают смолой вручную (кистями) Небольшие эле- менты оболочек и сводов; образцы для исследований 30 (маты) 50 (ткань) При холодном отверждении от 30 до 120 мин на из- делие
Контактное ва- куум-формо- вание 1 ж Выложенные вручную и а форме стеклом а ты (стеклоткань), .пропитанные смолой, покрывают пленкой, которая плотно закрепляется по пери- метру формы. Из полости между пленкой и из- делием откачивают воздух; излишки смолы и воздушные пузырьки выдавливают валиками к краям То же, при бо- лее высоких тре- бованиях к каче- ству изделий 35 (маты) 55 (ткань) Трудоемкость больше, чем при ручной выкладке
Вакуум-формо- ванне с вы- тяжкой Стекломаты, пропитанные смолой, укладывают между двумя пленками, после чего с .помощью вакуума обтягивают по форме. Вместо вакуума может быть использовано «избыточное давление воздуха Световые купола 30 (маты) То же
Напыление Пистолетами-'распылителям'и на форму нано- сят смесь смолы с рубленым стекловолокном, которую уплотняют валиками, одновременно вы- давливая воздушные -пузырьки Крупногабарит- ные элементы обо- лочек 25 (рубленое во- локно) До 160 кг/ч
Прессование (на прессах низкого дав- ления) 5 При сдавливании формы (матрицы) и пуансо- на смола равномерно пропитывает стекловолок- но, предварительно выложенное по форме. От- верждение смолы холодное или горячее при давлении 2—5 кгс/см2. При горячем отверждении возможно использование препрега (рубленого волокна, пропитанного смолой) Крупносерийные изделия размером до 1,5x5 м 40 (препрег) 60 (ткаиь) При горячем от- верждении (120°С) около 1 мин на 1 мм толщины из- делия
Рис. 4.11. Возведение купола из пе-
нопласта «спиральным» методом
(фирма «Доу кемикл», США)
Рис. 4.12. Заполнение ленточ-
ных светопроемов в покрытии
листовым стеклопластиком
«файлон» (Англия)
а — с креплением на профилях;
б — с креплением на деревянных
брусках
1 — железобетонные оболочки-ги-
пары; 2 — теплоизоляция и кров-
ля; 3 — профиль из стеклопласти-
ка; 4 — деревянный брусок; 5 —
герметик; 6 — алюминиевый про-
филь 12X20X1 мм; 7 — самонаре-
зающие винты или шурупы с
пластмассовыми шайбами; 8 —
двухслойный свод из листового
светопроницаемого стеклопласти-
ка «файло®»; 9 — винты с дюбе-
лями
205
Блоки изготовляют и укладывают спиральными поясами по форме купо-
ла специальным .приспособлением, которое смонтировано на конце ры-
чага (консоли), шарнирно закрепленного в центре основания купола
(рис. 4.11). По ходу укладки блоки склеивают (сваривают) между со-
бой. Этот способ позволяет значительно сократить продолжительность и
стоимость возведения куполов по сравнению с ручной укладкой блоков
пенопласта. Диаметр таких куполов достигает 25 м.
6. ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕННЫХ конструкций
ОБОЛОЧКИ И КУПОЛА ИЗ СТЕКЛОПЛАСТИКА И ОРГСТЕКЛА
Для заполнения ленточных светопроемов в покрытиях из сборных
железобетонных оболочек или складок часто применяют сводчатые
двухслойные элементы из светопроницаемого листового стеклопластика
пролетом до 2,5 м (рис. 4.112).
Отдельные светопроемы в покрытиях обычно перекрывают оболоч-
ками двоякой кривизны (куполами) из оргстекла или стеклопластика
(рис. 4.13 и 4.14). Такие купола отличаются хорошим светопропускани-
ем и светорассеиванием; они не хрупки и поэтому не повреждаются
сильными ветрами или градом; выполняют купола из прозрачного (неок-
рашенного или цветного) либо матового материала. В куполах можно
устраивать вентиляционные отверстия либо делать их открывающимися
(с гидравлическим приводом). По конструкции световые купола пред-
ставляют собой самонесущие однослойные или двухслойные оболочки.
Диаметр гладких однослойных куполов достигает 6 м; двухслойные ку-
пола с промежуточными ребрами-связями могут иметь диаметр свыше
10 м. Способы изготовления куполов из стеклопластика даны в табл. 4.7.
Купола диаметром до 6 м изготовляют и транспортируют целиком; при
больших размерах их монтируют из отдельных элементов либо изготов-
ляют на месте. Обычно световые купола устанавливают на опорных ра-
мах высотой 15—25 см, к которым крепят скобами.
Сферический купол обсерватории в Дрездене, ГДР (рис. 4.15). Ав-
торы: И. Бауэр, Г. Рюле. Стеклопластиковая оболочка диаметром 8 м,
толщиной 5 мм (с усилением у щелевого проема). Оболочка собрана из
отдельных элементов 'в форме четверти сферы; элементы изготовлены
вручную способом контактного формования на деревянном матрице.
Покрытие теплиц Института овощеводства в Гроссбеерене, ГДР
[4.11] (рис. 4.16). Конструкция разработана Институтом пластмасс Ака-
демии наук ГДР; авторы Г. Хинтерсдорф, И. Бернерт. Волнистое сводча-
тое покрытие из стеклопластика, с пролетами 12 и 18 м. Элементы свода
представляют собой оболочки двоякой кривизны, усиленные ребрами-ди-
афрагмами, с эллиптическим очертанием оси. Для обеспечения макси-
мального светопропускания оболочка армирована только одним слоем
стекломата; ребра армированы четырьмя слоями. Свод не рассчитан на
снеговую нагрузку, поскольку теплицы отапливаются. Местная устойчи-
вость свода обеспечивается увеличенной кривизной в зоне действия мак-
206
Рис. 4.13. Световой купол из орг-
стекла размером 2,5X5 м (фирма
«Эссер», ФРГ)
Рис. 4.14. Световые фонари типа
«рейнланд» в покрытии здания
сберегательной кассы в Крефель-
де (ФРГ)
Ряс. 4.15. Стеклопластиковый купол обсерватория в Дрездене (ТДР)
Рис. 4.16. Стеклоплаггиковое сводчатое покрытие теплиц в Гроссбеерене (ГДР)
а — общий ид; б — элемент свода
0009
Рис. 4.17. Стеклопластиковое сводчатое покрытие автобусной станции в Карл-Маркс-
штадте (ГДР)
симальных сжимающих усилий. Соединение элементов свода на болтах
со склейкой. Конструкция свода пролетом 18 м оказалась более эконо-
мичной, чем при пролете 12 м. Элементы покрытия изготовлены вруч-
ную способом контактного формования и смонтированы с использовани-
ем легких подмостей.
Аналогичную конструкцию имеет сводчатое покрытие автобусной
станции в Карл-Маркс-штадте, ГДР (рис. 4.17); пролет сводов 6 м, тол-
щина оболочек 3 мм (покрытие рассчитано на снеговую нагрузку).
Зонтичные оболочки покрытия павильона на сельскохозяйственной
выставке в Лозанне, Швейцария [4.19] (рис. 4.18—4.20). Автор Г. Хосс-
дорф. Покрытие состоит из 24 зонтичных стеклопластиковых оболочек
размером 15X15 м. Каждая оболочка-мембрана собрана из восьми
элементов, имеющих поверхность гиперболического параболоида. Кар-
кас оболочки выполнен из стальных профилей. Благодаря остроумно ре-
шенной системе предварительного напряжения оболочка-мембрана ока-
зывается растянутой во всех направлениях1. Чтобы исключить колеба-
ния системы при ветре, покрытие в углах заанкерено'стальными оттяж-
ками к основанию. Оболочки выполнены из светопроницаемого поли-
эфирного стеклопластика толщиной 3 мм с содержанием стекловолокна
30% (два слоя стекломата весом 600 г/м2). Элементы оболочек изготов-
лены вручную способом контактного формования (рис. 4.19).
1 Предварительное напряжение оболочки осуществляется с помощью тяжей 5, 6
и распорок 4 (см. рис. 4.18, б). — Прим. пер.
210
Рис. 4.18. Покрытие вы-
ставочного павильона в
Лозанне (Швейцария)
а — общий вид; б —- конст-
руктивная схема: /, 2 — реб-
ра; 3 — стеклопластик; 4 —
распорки; 5, 6 — тяжи
Рис. 4,19. Изго-
товление стек-
лопластиковых
элементов по-
крытия павиль-
она
Рис. 4.20. Мон-
таж покрытия
павильона
Рис. 4.21. Мембранное по-
крытие выставочного па-
вильона в Лозанне (Швей-
цария)
Рис 4.22. Грибовидные стек-
лопластиковые оболочки в
Акварене (США)
Воронкообразные оболочки покрытия павильона на сельскохозяйст-
венной выставке в Лозанне, Швейцария (рис. 4.21). Воронкообразные
оболочки-мембраны из ткани с поливинилхлоридным покрытием натяну-
ты по балкам каркаса здания павильона (шаг колонн 12X12 м). Допол-
нительное натяжение оболочек создается тросами. Внутренний водоот-
вод с покрытия осуществляется по трубам.
Оболочки покрытия станции канатной дороги в Акварене, США
[4.21] (рис. 4.22). Автор В. Уинн. Грибовидные стеклопластиковые обо-
лочки-опоры диаметром поверху 4,3 и 5,5 м установлены по периметру
здания, перекрытого пологой сферической стеклопластиковой оболочкой
диаметром 11 м. Масса оболочек не превышает 14 кг/м2. Каркас обо-
лочек выполнен из стальных стержней.
Пластмассовые оболочки-гипары, США [4.22]. Авторы: Лин, Нью-
мен, Тетер. Один из вариантов конструкции — пятигранный купол со
стальным каркасом и элементами заполнения из пенополиуретана, по-
крытого неопреновым каучуком хайпалон (рис. 4.23); такие конструк-
ции могут изготовляться большими сериями. Другой вариант — оболоч-
ка-гипар из фанерных полос, покрытых хайпалоном (рис. 4.24). Эти
примеры иллюстрируют возможности создания комбинированных кон-
струкций с применением различных пластмасс.
Оболочки-гипары из стеклопластика (рис. 4.25). Автор С. Полоньи.
Размер стороны оболочки 10 м, толщина 3 мм. Содержание стеклово-
локна около 20%. Устройство затяжек требует особого внимания, по-
скольку перенапряжение их может привести к потере устойчивости обо-
лочки. Изготовляют такие оболочки способом напыления.
Существуют конструкции чешуйчатых куполов из стеклопластико-
вых листов или трехслойных плит, укладываемых внахлестку. Такого
Рис. 4.23. Схема ку-
польного покрытая из
пластмассовых оболо-
чек-гипаров (США)
214
Рис. 4.24. Обо-
лочка-гипар из
фанеры, обли-
цованной хай-
палоном (США)
Рис. 4,25. Стек-
лопластиковая
оболочка-пипар
(автор — По-
лоньи)
Рис. 4.26. Чешуйчатая сферическая оболочка из фанеры (Индия)
а — общий вид; б — деталь
:216
Рис. 4.27. Цилиндрическая обо- Рис. 4.28. Стеклопластиковая оболочка системы
лочка из стальных труб и пи- «Стевин» .(Голландия) (по Хайберсу)
рамидальных стеклопластико-
вых элементов (по Маковско-
му)
типа купол, очень простой в изготовлении, сооружен в Индии (рис. 4.26).
Купол выполнен из листов водостойкой фанеры толщиной 12 мм; диа-
метр купола 16 м.
Весьма разнообразные пространственные конструкции могут быть
созданы из пирамидальных стеклопластиковых элементов в сочетании со
стержневым каркасом, обычно из стали или алюминия (рис. 4.27—4J29).
Первая конструкция такого типа в виде цилиндрического свода проле-
том 7,6 м и длиной 14,6 м была выполнена Тэйлором в Англии в 1964 г.
для покрытия плавательного бассейна [4.23]. Пирамидальные стекло-
пластиковые элементы свода (со светопропусканием более 80%) соеди-
нены между собой отбортованными кромками; вершины пирамид связа-
ны легкими алюминиевыми трубками, образующими пространственную
стержневую сетку на наружной поверхности свода. Достоинством
таких конструкций являются малый вес, значительная жесткость,
многообразие геометрических форм, высокая несущая способность.
На рис. 4.30 показан купол радиолокационной антенны диаметром
43 м, выполненный по аналогичной конструктивной схеме, со стержне-
вым сетчатым каркасом и заполнением из треугольных стеклопластико-
8 Зак. 283
217
Рис. 4.29. Навес из стеклопла-
стиковых пирамидальных эле-
ментов в Арнхеме (Голландия)
(по Хайберсу)
вых элементов1 *. Радарные купола большего диаметра собирают обыч-
но из ромбических стеклопластиковых элементов с ребрами по пери-
метру; толщина оболочки в таких конструкциях составляет всего
1,5 мм, толщина ребер 6 мм, их высота 70—120 м.м. Развитие конструк-
ций стеклопластиковых радарных куполов характеризуется тенденцией
к укрупнению элементов. Это позволяет уменьшить количество ребер и
тем самым снизить потери энергии радиоволн, вызванные их отраже-
нием и преломлением в конструкции купола.
ОБОЛОЧКИ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ
Эти конструкции широко распространены в США и в Канаде. На-
пример, в Канаде применяют небольшие радарные купола из полпсти-
рольного или полиуретанового пенопласта плотностью около 40 кг/м3,
1 Пластмассы обладают весьма низким показателем диэлектрических потерь и
практически прозрачны для радиоволн; поэтому они являются идеальным материалом'
для защитных оболочек антенн. — Прим. пер.
218
толщиной 60—80 мм. Многочисленные испытания таких конструкций
показали, что механические свойства пенопласта практически не изме-
няются в диапазоне температур от —50 до +80°С1 *. Для куполов боль-
шого диаметра применяют полиуретановый пенопласт плотностью около
95 кг/м3, имеющий более высокую прочность. Для защиты пенопласта
от атмосферных воздействий и механических повреждений его оклеи-
вают стеклотканью на эпоксидном связующем. Отдельные элементы ку-
пола склеивают эпоксидными клеями. Исследования показали, что та-
кие купола выдерживают нагрузку от ветра со скоростью до 70 м/с.
ТРЕХСЛОИНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
В настоящее время наибольшее распространение получили плоские
трехслойные панели, используемые для стен, покрытий и т. п. Примене-
ние таких панелей особенно эффективно в сочетании с легкими несущи-
ми конструкциями из стали или алюминия.
Примером пространственной трехслойной конструкции является
сооруженный в Англии сферический радарный купол диаметром 40 м и
высотой около 34 м. Купол собран из 1646 трехслойных стеклопласти-
ковых элементов десяти типоразмеров; разрезка элементов выполнена
исходя из геометрии додекаэдра. Элементы купола имеют обшивки
1 Речь идет о кратковременном воздействии высоких положительных темпера-
тур. — Прим. пер.
Рис. 4.30. Стеклопластиковый
радарный купол (Англия, фир-
ма «Тэйлор»)
.8" Зак. 283
219
толщиной 1 мм и сотовый заполнитель толщиной 160 мм. Как показали
детальные предварительные исследования, применение сотового запол-
нителя является оптимальным решением в отношении обеспечения необ-
ходимой жесткости и экономичности конструкции; кроме того, сотовый
заполнитель имеет высокую диэлектрическую проницаемость. Огне-
стойкость стеклопластика повышена введением в его состав продукта
нетрон-92.
В Англии разработаны также другие конструкции трехслойных
куполов, отличающихся схемами разрезки элементов. Наиболее широ-
ко применяются геодезические купола (на основе сферического икосаэ-
дра), составленные из трех-, пяти- и шестиугольных панелей при мини-
мальном числе их типоразмеров. Для куполов небольшого диаметра
более рациональна меридиональная разрезка, обеспечивающая про-
стоту изготовления элементов купола и его невысокую стоимость.
Важную роль при разработке любых конструкций играет пробле-
ма обеспечения их огнестойкости.
Глава 5
КЕРАМИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Древнейшие пространственные покрытия — купола, крес-
товые и вспарушенные своды •— были возведены из естественного камня
или кирпича и отличались от современных конструкций значительно
большей толщиной и весом. Появление бетона позволило создавать
тонкие оболочки, а появление пластмасс — мембранные или пленочные
конструкции. Таким образом, очевидна тенденция резкого снижения ве-
са покрытий, что в свою очередь приводит к облегчению поддерживаю-
щих конструкций и фундаментов. Однако (покрытия в виде оболочек
являются довольно сложными конструкциями, поэтому, чтобы обеспе-
чить их экономичность, необходимо применять новейшие эффективные
методы изготовления и монтажа. В настоящее время происходит мед-
ленный, но неуклонный процесс развития этих методов — от кустар-
ных к индустриальным. Одним из направлений этого развития явля-
ется 'возведение оболочек из керамики.
Пустотелые керамические блоки — это легкий материал с хороши-
ми теплоизоляционными свойствами. Известны замечательные приме-
ры керамических оболочек, прежде всего в Италии, отличающиеся вы-
соким мастерством исполнения и смелыми инженерными решениями.
Пролеты этих оболочек достигают 60 м. В условиях Италии такие кон-
струкции оказываются вполне экономичными, хотя вряд ли именно
большепролетные покрытия являются ino-настоящему перспективной
областью применения керамики даже при условии их типизации и мас-
сового применения. Безусловно, такие материалы, как железобетон,
легкие бетоны и пластмассы, имеют в этом отношении значительно бо-
льше преимуществ. Возможны, однако, и исключения. В самом деле,
едва ли нужно отказываться от возведения керамических оболочек,
если они оказываются в ряде случаев впечатляющими образцами архи-
тектуры и мастерства рабочих-строителей. Приведем только два таких
примера.
Церковь в Варезе, Италия (рис. 5.1) имеет звездообразное пок-
рытие из конических оболочек длиной 14 м, шириной в основании 5,8 м
и толщиной 15 см; оболочки были без особых трудностей возведены из
керамических блоков.
В стиле старинной архитектуры выполнены керамические купола
Национальной школы искусств в Гаване, Куба (рис. 5. 2). Привле-
221
Рис. 5.1. Церковь в Варезе (Италия)
1
Рис. 5.2. Купольные покрытия Национальной школы искусств в Га-
ване (Куба)
Рис. 5.3. Покрытие из керамиче-
ских блоков производства фирмы
«Вольте Соттили». Сечение бло-
ков и размещение арматуры
кателен внешний облик зданий школы, построенных из простого кир-
пича и окруженных тропическими деревьями.
Наибольшее число керамических оболочек, особенно для промыш-
ленных зданий, было сооружено в Италии. Ниже излагаются основные
положения по конструкциям и методам возведения оболочек, основан-
ные на опыте этой страны.
Керамика .в виде пустотелых блоков обладает рядом свойств, бла-
годаря которым оказывается весьма эффективным применение ее в
качестве материала для оболочек. Это высокая прочность (примерно
соответствующая прочности бетона), меньший по сравнению с бетоном
собственный вес при большей в 2—3 раза конструктивной высоте (что
повышает устойчивость оболочки), хорошие теплоизоляционные свойст-
ва (исключающие во многих случаях необходимость специальной тепло-
изоляции), простота осуществления различных геометрических форм
при несложной и дешевой опалубке.
В Италии производится обширный ассортимент крупноразмерных
тонкостенных пустотелых керамических блоков; эти изделия являются
свидетельством весьма высокого уровня развития керамической про-
Таблица 5.1
Характеристики покрытий из пустотелых керамических блоков ( Италия)
Высота блоков, мм Ширина элемен- тов покрытия, м Расход материалов на 1 м2 покрытия Вес 1 м2 покры- тия, кг
блоков, кг бетона (раствора), м3
тш
Блоки типа «Bisap»
L 2400______________________|
120
165
200
240
Блоки типа «Star»
120
160
200
0,8—2,4
0,8—2,4
0,8—2,4
0,8—2,4
90—103
110—129
120—151
144—170
0,003—0,009
0,005—0,013
0,006—0,017
0,009—0.021
ПО
140
160
190
223
мышленности, а также отличной сырьевой базы. Большая заслуга в ис-
следовании свойств керамики и возможностей ее применения для от-
ветственных строительных конструкций принадлежит Леви и Пицетти.
Из всего ассортимента выпускаемых в Италии керамических бло-
ков, применяемых для изготовления оболочек, упомянем только неко-
торые типы. На рис. 5.3 показаны блоки, изготовляемые фирмой «Воль-
те Соттнлн» (Милан). В табл. 5.1 приведены характеристики плоских
покрытий из блоков типа «Bisap»; из этих же блоков могут быть вы-
полнены и .пространственные формы — цилиндрические оболочки и сво-
ды, оболочки переноса и пологие сферические оболочки. Специально
для оболочек предназначены блоки типа «Star» (табл. 5.1); в конструк-
циях этих блоков нет сквозных швов, что улучшает их теплотехни-
ческие свойства. Из блоков типа «Star» могут быть выполнены почти
все формы оболочек.
Швы в покрытиях из керамических блоков заполняются либо бето-
ном марки 240 с В/Ц=0,6: 1 (тип «Bisap»), либо цементным раство-
ром (тип «Star»).
2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
Как правило, сами оболочки выполняются из керамических блоков,
а бортовые элементы — из железобетона. Смысл этого конструктивного
принципа состоит в том, чтобы исключить устройство трудоемкой опа-
лубки, необходимой для создания железобетонных оболочек двоякой
кривизны.
Керамические оболочки выполняются либо из отдельных блоков,
укладываемых непосредственно в проектном положении по стационар-
ным или передвижным кружалам, либо из укрупненных элементов,
изготовляемых на строительной площадке или на заводе, с использова-
нием несложных монтажных опор и приспособлений. Оба способа, вы-
бор которых в известной степени влияет на конструктивные решения,
могут быть применены для возведения оболочек практически любых
возможных форм. Все же наиболее предпочтительными при использова-
нии керамики являются формы с преобладающими усилиями сжа-
тия — оболочки двоякой положительной кривизны и своды с затяжка-
ми; в этих случаях количество арматуры (размещаемой в швах и пазах
блоков) определяется только усилиями, действующими в стадии монта-
жа, либо по конструктивным соображениям принимается минималь-
ным. Сооружаются, однако, и оболочки отрицательной гауссовой кри-
визны, например гипары, в которых действуют и сжимающие, и растя-
гивающие усилия. В этих случаях форму оболочки следует принимать с
таким расчетом, чтобы нормальные усилия и изгибающие моменты бы-
ли не слишком велики и чтобы рабочая арматура, воспринимающая
растягивающие усилия, могла быть размещена в поперечных швах
между блоками; поперечные швы располагаются, как правило, вдоль
растягивающих усилий.
Бортовые элементы следует выполнять по возможности более
жесткими и обеспечивать их надежное сопряжение с оболочкой, установ-
224
\S =7, W3l\l2 = 0,7251
\S = 1,O5‘H\R=O,906l
127l\R = 13001
_________,R = 0,6951
5 =1,132l\5t= 0,3391
_________5г=0 232t
/= Z/4
T^tjo
\S=1,7ffil\ —
|5^7,P77Z| —
Рис. 6.4. Керамические своды
типа «Sap»
а — геометрические схемы сводов;
б — сечение бортового элемента
кой двойной арматуры с достаточной длиной заделки в оболочке, соз-
данием развитой поверхности контакта между блоками и бортовым
элементом и т. п. Если бортовые элементы связываются между собой
затяжками, то удлинения их не должны вызывать нежелательных гори-
зонтальных смещений или поворотов бортовых элементов. Во многих
случаях, особенно при больших пролетах, следует подкреплять оболоч-
ки поперечными и продольными железобетонными ребрами.
На рис. 5.4 показаны конструктивные схемы керамических сводов
с затяжками (системы «Sap»), применяемые фирмой «Форначи». Эти
своды, как правило, выполняют из готовых крупноразмерных элемен-
тов со стыками внахлестку. Характеристика сводов приведена в табл. 5.2.
Таблица 5.2
Характеристика керамических сводов типа «Sap» (Италия)
Схемы сводов (см. рис. 5.4) Высота блоков, мм Расход материалов на 1 м1 Вес покры- тия, кг/м1
2 s 4
Пролеты, м
До 10 До 8 До 7 80 70 0,018 100
10—16 8—11 10—12 7—10 120 90 0,022 120
16—20 11—12 12—16 10—12 160 100 0,03 140
20—40 — 16—20 12—14 200 110 0,06 190
Керамические оболочки, имеющие значительную конструктивную
высоту, обладают более высокой устойчивостью по сравнению с железо-
бетонными. Поэтому критерием их несущей способности является обыч-
но величина допускаемых напряжений при сжатии, устанавливаемая
по экспериментальным данным, в зависимости от формы блоков, сече-
ния бетонных швов и ребер, а также от прочности керамики и бетона.
225
3. МЕТОДЫ ВОЗВЕДЕНИЯ
Рис. 5.5. Схема возведения сферичес-
кой оболочки .из керамических блоков
(метод Л)
1 — конструктивные затяжки; 2 — несущие
элементы опалубки; 3 — опалубка; 4 —
монтажные затяжки; 5—арматура; 6 —
поверхностный слой бетона
Применяются два метода возведения керамических оболочек: А —
-штучная укладка блоков по кружалам (в .проектном положении); Б —
изготовление крупноразмерных элементов (на строительной площадке
^ли на заводе), монтируемых аналогично сборным железобетонным
конструкциям.
Метод А используется преимущественно при возведении оболочек
из блоков типа «Star», укладываемых на .растворе. Швы между блока-
ми имеют такую форму, чтобы при установке очередного блока раствор,
нанесенный на боковую поверхность смежного блока, обжимался и
плотно сцеплялся с арматурой ,в шве. Блоки укладывают либо по сплош-
ной криволинейной опалубке, либо по кружалам из отдельных дере-
вянных брусьев, установленных вдоль образующих с шагом 80—100 см.
Каждый блок при укладке заводится нижним выступом за заранее ус-
тановленный в шве арматурный стержень, а верхним выступом опи-
рается на смежный блок (см. табл. 5.1). Поскольку укладка блоков
производится снизу вверх, выпадение блоков исключено.
Оболочка выкладывается из блоков полосами, с одного или с двух
краев. На рис. 5.5 показана схема возведения пологой сферической
оболочки. Поддерживающие леса для опалубки или кружал выполняют-
ся из стальных труб или из дерева и имеют обычно очень простую кон-
струкцию.
Рис. 5.6. Изготовление сборного эле-
мента оболочки из керамических бло-
ков на кружалах
226
л
Рис. 5.7. Схема изготовления сборных элементов оболочек из керамических блоков на
формах (по Муттони)
Метод Б. Керамические оболочки из крупноразмерных сборных
элементов сооружаются фирмами «Форначи» и «Вольте Соттпли». Этот
метод строительства в ряде случаев оказывается наиболее экономич-
ным, хотя и требует применения довольно мощных грузоподъемных ме-
ханизмов.
При изготовлении сборных элементов оболочек блоки укладыва-
ются по формам или по кружалам из деревянных брусков (рис. 5.6);
швы заполняются бетоном полностью либо наполовину высоты. По-
перечную арматуру в швы или не ставят вообще, или устанавливают
после монтажа в не полностью забетонированные швы, после чего они
заполняются бетоном «а всю высоту. Из элементов такого типа собира-
ют своды пролетом до 20 м; вес их составляет около 125 кг/м2, расход
стали около 2 кг/м2. Интересный анализ процесса изготовления сборных
керамических оболочек, их трудоемкости, расхода материалов и стои-
мости выполнил Муттони [5.4]. Относительная трудоемкость операций
изготовления сборных элементов оболочек (рис. 5.7) составляет по его
данным: подготовка формы — 4%; укладка блоков — 41%; установка
арматуры—10%; бетонирование швов и поверхностного слоя оболоч-
ки—45%.
Ниже приведено несколько примеров покрытий промышленных
зданий из керамических оболочек, сооруженных в Италии.
Волнистые своды с затяжками (рис. 5.8). Конструкция разработа-
на и осуществляется фирмой «Вольте Соттили» (Милан). Размеры:
£—30-4-60 м; £='2,54-3 м; d= 12-4-16 см. Сборные элементы сводов
изготовляются на заводах. Свод монтируется на временных опорах.
227
Рис. 5.8. Сборный волнистый свод (Италия)
.Рис. 5.9. Пологие сферические оболочки в Трепонти (Италия)
Рис. 5.10. Шедовос покрытие из пологих сферических оболочек в Пьяченце (Ита-
лия)
после чего производятся установка затяжек, замоноличивание стыков
и натяжение затяжек.
Покрытие из пологих сферических оболочек в Трепонти (рис. 5.9).
Конструкция разработана и осуществлена фирмой «Форначи» (Пьячен-
ца). Размер оболочек 19,5X21 м, cZ=15 см. Оболочки выполнены из
отдельных блоков типа «Star»-12 (см. табл. 5.1), уложенных на раство-
ре по кружалам, с легкими передвижными лесами.
Шедовое покрытие из пологих сферических оболочек в Пьяченце
(рис. 5.10). Конструкция разработана и осуществлена фирмой «Форна-
чи». Размер оболочек 13X13 м, d=12 см. Покрытие из наклонно рас-
положенных пологих сферических оболочек с затяжками, выложенных
из блоков типа «Star»-12.
Покрытие из пологих оболочек в Джуссано (рис. 5.11). Размер
оболочек 18X18 м.
Шедовое покрытие из коноидальных оболочек в Вилланова-д’Асти
(рис. 5.12). Ширина пролетов покрытия 20 м.
Рис. 5.11. Покрытие из пологих оболочек двойной кривизны в Джуссано (Италия)
Рис. 5.12. Шедовое покрытие из коноидальных оболочек в Вилланова-д’Асти (Ита-
лия)
Глава 6
ДЕРЕВЯННЫЕ ОБОЛОЧКИ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
История строительства железобетонных оболочек бо-
гата примерами сооружения исключительно сложной по форме и мастер-
ски выполненной деревянной опалубки. Естественно поэтому, что совер-
шенствование методов изготовления деревянных конструкций и их сое-
динений, в том числе развитие индустриального производства клееных
элементов из древесины, сделало возможным практическое осуществле-
ние деревянных оболочек покрытий. Такие оболочки уже давно появи-
лись во многих странах. Примерно с 1957 г. началось интенсивное
строительство деревянных оболочек в Англии, несмотря на то что дре-
весина в этой стране импортируется. Такое развитие обусловлено вы-
сокой экономичностью деревянных оболочек по сравнению с железобе-
тонными и другими обычно применяемыми. Исследования деревянных
оболочек, проводимые в Англии по инициативе Лесотехнической ассо-
циации (Timber (Development Association), являются сегодня наиболее
разносторонними и обширными.
Не следует забывать, что древесина все в большей степени стано-
вится дефицитным материалом, который может оказаться более необхо-
димым для иных целей, чем конструкции покрытий.
Свойства древесины наиболее полно отвечают требованиям, предъ-
являемым к материалу для оболочек. Это — малый собственный вес,
вполне достаточная прочность при сжатии и растяжении, хорошие тепло-
изоляционные свойства, легкость обработки механизированными спосо-
бами, возможность использования простейших конструкций соединений.
Для оболочек и бортовых элементов обычно применяют древеси-
ну 2-го сорта; в слабонапряжениых конструкциях можно применять
древесину 3-го сорта. Например, в оболочках-гипарах верхний слой об-
шивки и бортовые элементы выполняют из древесины 3-го сорта, а
нижний слой обшивки — из древесины 2-го сорта.
При проектировании и выполнении клеевых и нагельных соедине-
ний в оболочках следует руководствоваться соответствующими норма-
ми и требованиями для деревянных конструкций.
2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ
Основные элементы конструкции — собственно оболочка и бортовые
элементы. По соображениям изготовления и монтажа во всех случаях
231
Таблица 6.1
Рекомендуемые размеры деревянных оболочек
Формы оболочек Размеры, м
Крестовые своды L R h 9 7,5 1,5 15 12 2,4 21 18 3,4 27 25,5 3,9
2^
Эллиптические параболоиды Л L R h 12 15,6 1,2 18 21,6 1,95 24 27 2,77 30 31,8 3,75
Гии ары ! 1 т-<^ 1 Хх\ L Hi Hz h 9 2,4 2,7 1,8 12 3,3 3,6 2,4 15 4,2 4,8 2,85 18 5,4 3,3
Ч Is ч'Ч1 \ X X ИМ
Коноиды L В hi h2 7,5 18 0,9 3 9 21 1,2 3,6 12 24 1,35 4,05 16,5 27 1,5 4,5
232
целесообразно собирать большие оболочки из готовых элементов, по
возможности одинаковых (полносборные конструкции). Практически
же иногда вначале монтируют бортовые элементы, а затем собирают
оболочку (частично сборные конструкции).
Формы оболочек. Наиболее употребительными формами деревян-
ных оболочек являются гитары, цилиндрические, сферические и конои-
дальные оболочки, эллиптические параболоиды.
Гипары представляются наиболее подходящей для дерева формой
оболочек, поскольку они имеют прямолинейные образующие. Одна-
ко практика показала, что в таких оболочках доски целесообразнее рас-
полагать параллельно диагоналям плана, поскольку доски легче изги-
бать, чем скручивать. Аналогично могут быть выполнены и другие фор-
мы оболочек. Следует иметь в виду, что радиус изгиба досок должен
быть достаточно велик по сравнению с их толщиной, так чтобы стрела
выгиба не превышала Vso длины1. Отсюда следует, что деревянные обо-
лочки являются пологими.
Рекомендуемые значения основных геометрических параметров де-
ревянных оболочек приведены в табл. 6.1.
Сечения оболочек. При небольших пролетах (до 8—ilO м) оболоч-
ки выполняются из двух слоев шпунтованных досок толщиной 20—
25 мм, уложенных параллельно диагоналям.
При больших пролетах (более 10 м) оболочки выполняются не ме-
нее чем из трех слоев досок, при этом возможны следующие варианты:
а) три слоя шпунтованных досок толщиной 20 мм (например, в
оболочке-гипаре верхний слой досок — вдоль образующих, средний
слой — параллельно диагонали между нижними углами, нижний
слой — как верхний); соединения на гвоздях со склейкой только у
краев;
б) три слоя шпунтованных досок толщиной соответственно 15, 23
и 25 мм, уложенных, как оказано выше, или в другом порядке (верхний
слой — параллельно диагонали и т. д.); соединения на гвоздях со склей-
кой только у краев;
в) четыре слоя досок толщиной 12 мм;
г) три слоя тонких досок (6 .мм), склеенных между собой.
При соединении досок оболочки на гвоздях вначале крепят второй
слой досок к первому редко расположенными гвоздями; только после
укладки третьего слоя досок производят сплошную забивку гвоздей по
всей поверхности оболочки с шагом 100—1(50 мм. Длину гвоздей прини-
мают с таким расчетом, чтобы их концы на 3—4 мм не доходили до
нижней грани сечения пакета.
Сечения бортовых элементов деревянных оболочек имеют ширину
50—200 мм и высоту 1150—300 мм. Бортовые элементы криволинейного
очертания или закрученные относительно продольной оси изготовляют
обычно на заводах склейкой из тонких досок; угол закручивания таких
1 Радиус изгиба определяется ме столько относительной стрелой выгиба, сколько
толщиной сгибаемых досок, которая согласно СНиП II-B.4-7il должна быть не более
4 см. — Прим. пер.
233
клееных элементов принимается равным 20—30°. Следует учитывать,
что деформация, задаваемая при изготовлении клееных элементов,
частично является обратимой: так, при первоначальном угле закручи-
вания 24° «возврат» составляет около 1,5°.
В некоторых типах оболочек кроме бортовых элементов устраива-
ют еще дополнительные подкрепляющие ребра.
Оболочка может примыкать к бортовому элементу сверху или
снизу: их соединение выполняется обычно на гвоздях со склейкой.
В краевых зонах оболочки также применяют клеевые соединения в до-
полнение к сшивке гвоздями, чтобы обеспечить большую жесткость уг-
лов. Отверстия вырезают уже в готовой оболочке; в зависимости от раз-
меров оболочки и расположения отверстий их размеры могут дости-
гать 1,5X1,5 м. Небольшие отверстия (диаметром около 0,5 м) можно
оставлять неподкрепленными. Отверстия больших размеров необходимо
подкреплять достаточно мощными ребрами.
Собственный вес деревянных оболочек невелик (20—30 кг/м2),
поэтому конструкция должна быть надежно закреплена на случай дей-
ствия ветрового отсоса.
Крепить оболочки и их элементы на стадии монтажа следу-
ет так, чтобы избежать недопустимых перемещений и по возможности
обеспечить равномерное распределение деформаций и усилий в конст-
рукции.
Затяжки выполняют обычно из профильной или круглой стали, кон-
струируя узлы их крепления в соответствии с обычными требованиями
для деревянных конструкций; иногда применяют предварительно-на-
пряженные затяжки. Нагельные и клеевые соединения в оболочках так-
же выполняют в соответствии с нормативными требованиями. Усовер-
шенствованные типы нагельных и клеевых соединений досок, обладаю-
щие повышенной прочностью при сдвиге, разработаны в Англии. В слу-
чаях, когда оболочки изготовляются непосредственно на месте, следует
применять такие клеи, которые набирают необходимую прочность в те-
чение возможно более короткого времени.
3. МЕТОДЫ ВОЗВЕДЕНИЯ
На рис. 6.1 показаны наиболее экономичные размеры основных
типов деревянных оболочек. Стоимость оболочек зависит от их про-
летов (при увеличении пролета от 10 до 40 м стоимость увеличивает-
ся примерно вдвое), а также от количества оболочек в серии, посколь-
ку при индивидуальном изготовлении деревянных конструкций стои-
мость их примерно на 50% выше, чем при серийном.
Сборка оболочек из крупноразмерных готовых элементов произ-
водится на легких подмостях из стальных труб. Рекомендуется еще до
сборки покрывать элементы оболочки гидроизоляцией (из одного слоя
пергамина и т.п.). Чрезвычайная легкость элементов деревянных оболо-
чек позволяет осуществлять их сборку очень быстро с применением
легких передвижных грузоподъемных устройств. То же относится и к
транспортированию и складированию элементов.
234
Длина
еооо №ооо зотпп
Длина
Рис. 6.1. Экономически целесообразные размеры деревянных оболочек
Примерная стоимость деревянных оболочек (в марках ГДР в рас-
чете на 1 м2 покрытия) составляет1:
для гипаров (без учета стоек и фундаментов при серийном изго-
товлении из простых элементов) 40—60 марок;
для коноидов (с учетом стоек и рулонной кровли, в том числе при
индивидуальном изготовлении) 100 марок;
для полусферических куполов (с учетом рулонной кровли) 90
марок.
Ниже приведены примеры деревянных оболочек, сооруженных за
последние годы в Англии.
1 По официальному курсу (1973 г.) марка ГДР равна 0,45 руб. — Прим. пер.
235
Полусферическая оболочка в Стиллингтоне (рис. 6.2). Авторы
Юм и Тотэнхем (Лондон). Радиус оболочки 11,25 м. Оболочка состоит
из 16 криволинейных клееных ребер сечением 150X225 мм и двухслой-
ной обшивки из досок толщиной 22 мм, склеенных между собой.
Гипар-покрытие выставочного павильона в Кембридже (рис. 6.3).
Авторы Юм и Тотэнхем. Размер покрытия 1'2X18 м. Собрано оно из
четырех готовых элементов, смонтированных на стальных трубчатых
подмостях. Бортовые элементы имеют сечение 90X190 мм с болтовыми
соединениями. Обшивка — два диагонально расположенных слоя
досок толщиной 20 мм с глубокой пропиткой (без рулонного ковра).
Затяжки из круглой стали диаметром 20 мм.
Готовые деревянные элементы были применены также при сооруже-
нии консольного покрытия железнодорожной платформы в Манчестере
(рис. 6.4), а также нескольких коноидальных оболочек размерами
В= 12,8—30 м, L—10,2 м. Арочные диафрагмы, ребра, затяжки и стой-
ки коноидальных оболочек были изготовлены из клееной древесины; об-
шивка оболочек .выполнена на месте из трех — пяти слоев досок толщи-
ной 20 мм.
Рис. 6.2. .Полусферическая оболочка в Стиллингтоне (Англия)
236
Рис. 6.3. Покрытие из оболочек-гипаров в Кембридже (Англия)
а — общий вид; б — вид снизу
Рис. 6.4. Консольное покрытие железнодорожной платформы в Манчестере (Англия)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
К главе 1
1.1. Л иля и цк и й М. Е., Г о ip е н шт е й н Б. В., Виноградов Г. Г. Железо-
бетонные пространственные покрытия здамий. Л.—|М., Стройиздат, 1965.
1.2. Heilig R. Statik der schweren Seile. Der Stahlbau 23 (1954), S. 253—258
und S. 283—291.
1.3. Кузнецов Э. H. Расчет висячих покрытий кругового очертания в плане. —
В кн.: Висячие покрытия кругового очертания в плане (труды НИИЖБ, вып. 2). М„
Госстройиздат, 1962.
1.4. Poschel G., Ackermann G. und Beckmann U. Berechnung von
Seiltragwerken mil schwerem Dach fiber kreisformigem Grundrifi. Berlin: Deutsche Bau-
information, Schriftenreihe der Bauforschung Reihe, Industriebau, (1968), H. 16.
1.5. Рабл нс Ви ч И. M. Висячие покрытия. Труды совещания по исследованию
и внедрению висячих покрытий. М., Госстройиздат, .1962.
1.6. Лесников В. В., Харитонова Е. П. Экспериментальные исследования
висячих оболочек кругового очертания в плане. — В кн.: Висячие покрытия кругового
очертания .в плане (труды НИИЖБ, вып. 2). М., Госстройиздат, 1962.
1.7. Джапаридзе 3. С., С у л а б е р и д з е О. Г. Монтаж и испытание пред-
напряженной железобетонной висячей оболочки. — «Бетон и железобетон», 1966, № 8.
1.8. J a werth D. Vorgespannte Hangekonstruktionen aus gegensinnig gekriimm-
ten Scilen mit Diagonalverspannung. Stahlbau 28 ,(.19.59), S. 126—>13'1.
1.9. Cornelius W. Die statische Berechnung eines seilverspannten Daches am
Beispil des US-Pavillons auf der Weltausstellung in .Brfissel. Der Stahlbau 27. (1958),
S. 98—1013.
1.10. iS ch ley er F.-K. Die Berechnung von Seilwerken. Hanging Roofs, Amster-
dam: North-Holland Publishing Company, .1963, S. 56—61.
bill. Steinhardt O. Ebene vorgespannte Seilnetze (Tragverhalten und Feuersi-
cherheit). Wissenschaftliche Zeitschrift der TU Dresden (11964) 3, S. 885—89,1.
1.'12 . В a n d e 1 H. (K. Das orthogonale Seilnetz hyperbolisch-parabolischer Form
unter vertikalen Lastzustanden und Temperaturanderung. Der Bauingenieur 34 (1959),
S. 394—401.
1.13. Stein E. The design of pretensioned cable-networks in the shape of hyper-
bolic paraboloids with edbe cables. Hanging Roofs, Amsterdam: (North-Holland Pub-
lishing Company, 1963, S. 62—67.
1.14. Eras G. undElze H. Beitrag zur Berechnung vorgespannter Seilnetz-
werke. Wissenschaftliche Zeitschrift TU Dresden (1964) 3, S. 881 bis 885.
1.15. E r a s G. u n d E 1 ze H. Berechnungsverfahren ffir vorgespannte, doppeltge-
krfimmte Seilnetzwerke. Bauplanung — Bautechnik 15 (1961), S. 349—354.
1.16. S ch 1 e у e r F.-K. Die Berechnung von Seilnetzen. Hanging Roofs, Amsterdam:
North-Holland Publishing Company 1963, S. 48—55.
1.17. J a werth D. und Schulz H. Ein Beitrag zur Frage der Eigenschwingun-
gen, windanfachenden Krafte und aerodynamischen Stabilitat bei hangenden Dachern.
Der Stahlbau 35 (1966), S. 1—8.
1.18. Tsuboi Y. und Kawaguchi M. Probleme beim Entwurf einer Hange-
dachkonstruktion anhand des Beispiels der Schwimmhalle ffir die Olympischen Spiele.
1964 in Tokio. Der Stahlbau 35 (.1966), S. 65—85.
239
1.19. Z et 1 i n L. (Elimination of flutter in suspension roofs. Flanging Roofs, Amster-
dam: North-Holland Publishing Company 1963, S. 93—100.
1.20 . Otto F. Das hangende Dach. Bauwelt-Verlag 1954.
1.21 Otto F. und Trostel R. Zugbeanspruchte Konstruktionen. Bd. 1. Verlag
Ullstein GmbH 1962.
1.22. J a w e r d h D. Vorspand hangkonstruktion met mot varandra spandalinor.
Byggmastaren (4959), S. 223—236.
1.23. J a werth D. Das Eisstadion Stockholm-Johanneshov. Technologic, Statik,
Dynamik und Bauausfiihrung. Der Stahlbau 35 (1966), S. 86—95.
1.24. Jawerth D. Das vorgespannte Hangedach nach System Jawerth fiber die
Sporthalle in Varnamo, Schweden. Draht (I960), S. 467—=473.
1.25. iM ii 1 1 e r H. Anwendung der Matrizenrechnung in der Stabstatik. Ingenieur-
taschenbuch Bauwesen. Band I, Grundlagen d. Ingenieurbaues, Leipzig: B. G. Teubner
Verlagsgesellschaft 1963, S. 694—735.
1.26. Leonhardt F. und Andra W. Das Stadtbad Wuppertal. B. Entwurf eines
Leichtbeton-Hangedaches und techn. Uberlegungen. Der Bauingenieur 32 (1957), S. 349—
353.
1.27. Die nene Stadthalle der Freien Hansestadt Bremen. Dywidag-Berichte 1 (1965),
S. 1—10.
1.28. Fritz B. Radial vorgespannte, stahlerne Stabhangewerke und ihre Verwen-
dungsmoglichkeiten. Des Stahlbau 27,(1958), S. US—(117.
•Ij29. Цетлин Л. Новые висячие системы в США, используемые в пространст-
венных конструкциях. — В кн.: Большепролетные оболочки (труды Международного-
конгресса ИАСС в Ленинграде, 1966). Т. 2. М., Стройивдат, 1969.
1.30. Eras G. und Elze Н. Vorgespanntes Netzwerk mit eben gekriimmten
Randtragern. Sohriftenreihe Ingenieurtheoretische Grundlagen, Berlin: VEB Verlag fur
Bauwesen 1962.
1.31. Jawerth D. Det forspanda hangende taket over Sporthallen i Varnamo.
Prospekt.
1.32. Fleckner S. Das Tragwerk des Daches der KongreBhalle Berlin. Beton- und
Stahlbetonbau 52 (1957), S. 233—236.
1.33. Vaessen Fr. Das Hangedach der grofien Trainings- und Ausstellungshalle
der Westfalenhalle AG in Dortmund. Beton- und Stahlbetonbau 54 (1959), S. 233 — 240.
1.34. Kammhaber J. Unsymmetrisches Hangedach, gestfltzt in nur 4 Knoten.
Beschreibung von bemerkenswerten 'Bauwerken див vorgespanntem Beton. Zurich:
Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein.
1.35. Кусь С. Спортивные залы в Польше с покрытиями в виде оболочек из
сборных элементов. — В кн.: Большепролетные оболочки (Труды Международного кон-
гресса ИАСС в Ленинграде, 1966). Т. 1. М., СтройИздат, 1969.
1.36. ,Р os ch el G., Ackermann G., Friedrich F. und Hoffmann H.
Berechnung und Konstruktion eines Rundbaus mit Seilhangedach. Bauplanung — Bautech-
nik 22 (1968), S. 594—599; 23 (11969), S. 80—82.
1.37. KiCig H., Reitzig K., Wurzbacher V. und Schrecke M. Hange-
dachkonstruktion der Omnibusreparaturhalle in Berlin-WeiBensee. Bauplanung—Bau-
technik 10 (1965), S. 499-4504.
1.38. Jawerth D. und Schulz H. Markforankringarna Till Johanneshofs Issta-
dion i Stockholm (Baugrundverankerung filr das Eisstadion Stockholm-Johanneshov)i.
Byggmastaran 42 (1963), S. 173—181.
1.39. Hedlund R. Das «Jawerth-.System». Deutsche Bauzeitschrift (1964), S. 1832.
1.40. Ha hl H. Die Stahlkonstruktion filr den US-Pavillon auf der Weltausstellung
in Brussel. Der Stahlbau 27 (1958), S. 117—121.
1.41. iP о s t u 1 k a J. Sportova hala s visutou strechou v Britislava (Sporthalle mit
hangendem Dach in Bratislava). Inzenyrske stavby 11 (1963), S. 41—46.
1.42. Postulka J. Hanging Roofs in Czechoslovakia. Hanging Roofs. Amsterdam-
North-Holland Publishing Company 1963, S. 143—>148.
1.43. ,L i n T. Y. und Y о n g B. W. Two large shells of posttensioned precast con-
crete. Civil Engineering, ASCE 35 (1965) 7, S. 56—59.
J.44. Скор дел и с А. К., Бейрон Ф., Л и н Т. И. Оптимальное проектирование
двух большепролетных оболочек из сборного предварительно-машряженного железобе-
240
тона с натяжением арматуры на бетон. — В кн.: Большепролетные оболочки (труды
Международного конгресса ИАСС в Ленинграде, 1966). Т. 4. М., Стройиздат, 1969.
1.45. Лауль X., Кульбах В. Певческая эстрада в Таллине. — В кн.: Больше-
пролетные оболочки (труды Международного конгресса ИАСС в Ленинграде, 1966).
Т. 1. М., Стройиздат, 1969.
4.46. Васильев В. С. и др. Висячее седлообразное покрытие киноконцертного
зала. — В кн.: Большепролетные оболочки (труды Международного конгресса ИАСС
в Ленинграде, 1966). Т. 2. М„ Стройиздат, 1969.
1.47. Sar ger R. Conceptions, calculs et essais de la courverture du pavilion de
la France a 1’exposition de Bruxelles. Etudes et Realisations (1959) 59, S. 7—20.
1.48. Distefano J. N. und Arrigoni R. A. Influence of the shape. Hanging
Roofs in Bahia Blanca, Republic Argentina. International Colloquium on Construction Pro-
cesses of Shell Structures.
1.49. Balgac E. Die neue Ausstellungshalle der Textilmesse in Leskovac. Beton-
und Stahlbetonbau 56 44961), S. 157—463.
1.50. Jakubec E. Das Hangedach der Kirche St. Maria Goretti in Wien. Beton-
und Stahlbetonbau 58 (1963), S. 473—1174.
1.61. Pabst D. Das Hangedach des Stadtbades zu Neunkirchen Salt. Beton- und
Stahlbetonbau 54 (4959), S. 63—65.
1.52. Koznietzki K. Ein Hangedach mit vorgespannten Betonrippen. Beton- und
Stahlbetonbau 52 (4957), S. 173—476.
1.53. Kus St. Konstruktionslosungen von Hangedachern in Polen. Bauplanung—•
Bautechnik 18 ,(1964), S. 433.
1.54. Schelling. Schwarzwaldhalle in Karlsruhe. Bauwelt (1954), S. 26.
1.55. Neumann E. R. Die Ausfiihrung des freitragenden Hangedaches fur die
Raleigh-Arena in USA. Der Stahlbau 22'(1953), S. 444—1143.
1.56. ,S eyd el W. Anwendung der Spannstahldachkonstruktion. Bauplanung —
Bautechnik 13 (1959), S. 147—453.
1.57. Biir germeister W. Das Spannstahldach. Bauplanung — Bautechnik
13 (1959), S. 154—456.
1.58. Sossenheimer H. Verwendung von Spannstahl im Hochbau. Der Stahlbau
25 (1956), S. 131.
1.59. KI op pel K., Moritz W. und Schardt H. Neue GroBflugzeughallen.
Der Stahlbau 34 (1965), S. 265—274.
1.60. Berg P. An Ketten aufgehangte weitgespannte Dachkonstruktion. Der Stahl-
bau 33 (1964), S. 220—2122.
1.61. Elze H. 'Statisch-konstruktive Losung fiir die Ausstellungspavillons der DDR
auf der Internal. Baumaschinen-Ausstellung (Moskau 1964 sowie Erfahrungen bei ihrem
Aufbau. Proceedings of the II. Internationale Conference on Prestressed Metal Structures,
27.-29. Sept. 1966 in Tale, CSSR, IS. 535—544.
'1.62 . Bauer I, Naundorf und Riihle H Konstruktion und Bauausfiihrung
eines rotationssymmetrisch vorgespannten Faltenseildaches. Bauplanung — Bautechnik
18 (1964), S. "596—598.
1.63. Wyss. Stahldrahtseile der Transport- und Forderanlagen. Zurich: Schweizer
Druck- und Verlagshaus 1956.
1.64. Handbuch Drahtseile. VEB Seilfabrik Zwickau/Sa.
1.65. F r i e d r i c h F. und Hoffman H. Radiale Hangekonstruktionen und Seil-
tragglieder. Berlin: Deutsche iBauinformation, Schriftenreihe der Bauforschung Reihe, In-
dustriebau (1968), H. 16.
1.66. Leonhardt F. Spannbeton fiir die Praxis. Berlin: Verlag W. Ernst und
Sohn 1962, 2. Auflage.
1.67. iMoenaert P. Toltures et parois en cables precontracts. International Collo-
quium on Construction Processes of Shell Structures.
1.68. H a r a th Z. K. Das hangende Dach des Budapester Weinmuseums. Der Stahl-
bau 32 (1963), S. 347—318.
241
К главе 2
2.1. F б р р 1 A. Vorlesungen fiber Technische Mechanik. Munchen und Berlin: Ver-
lag von R. Oldenbourg 1942.
2.2. Institut ffir Industriebau der DBA: Vorinformation; Raumfachwerkc aus Stahl,
Teil 1, 2 und 4. Berlin, September 1967.
2.3. Architectural Forum, August 1961.
2.4. Wachsmann K. Wendepunkt im Bauen. Wiesbaden 1954.
2.5. Makowski Z. S. Raumliche Tragwerke aus Stahl. Diisseldorf: Verlag Stahlei-
sen m. b. H. 1963.
E.6. Chambre Syndicale des Fabricants de Tubes d’Acier: le Tube d’acier dans la
Construction metallique. 2. Ausgabe, recherches, Paris 4966.
2.7. McHale J. R. Buckminster Fuller. Milano: Casa editrice 1964.
2.8. Deutsche Bauzeitung (d. b.), Juli 1961.
2.9. Unterlagen der Konferenz «Space Structures», London 1966.
2.10. Institut ffir Industrie- und Ingenieurhochbau der Hochschule fur Architektur und
Bauwesen, Weimar: Vorinformation; Raumfachwerke aus Stahl, Teil 3. Berlin, September-
1967.
2.11. P a t z e 1 t P. Beitrag zur Entwicklung von iBauten als Raumfachwerkkonstruk-
tionen. Dissertation an der Hochschule ffir Architektur und Bauwesen, Weimar 1965.
2.112. L’Architecture d’aujourd’hui, Nr. 99.
2.13. Deutsche Bauzeitschrift (’I960) 4. Bertelsmann-Verlag.
2.14. Architectural Design, Nov. 1961.
2.15. Torroja E. The Structures of Eduardo Torroja. New York: F. W. Dodge
Corp. 1958.
2.16. L’Architecture d’aujord’hui, Nr. 98.
2.17. S ch link W. Technische Statik. Berlin, Gottingen und Heidelberg: Sprin-
ger-Verlag 1948.
2.18. Forum, March, 1958.
2.19. Kadar I. Femvazas Kupolazerkezetek; Sonderdruck aus dem Ungarischen.
2.20. Der Querschnitt, Jan. 1954.
2.21. Journal of the American Concrete Institute, Nov. 1961.
2.22. Aluminium, Juli 1957.
2.23. Kadar I. Aluminium vazu Kupolacsarnok a Budapest! ipari vasarom; Son-
derdruck aus dem Ungarischen.
2.24. A. I. A. Journal, May 1961.
2.25. Record 11, Nov. 1954.
2.26. Bauplanung — Bautechnik, Feb. 1959.
2.27. Forum, April 1959.
2.28. Deutsche Architektur, Oktober 1967.
2.29. Стальные решетчатые (пространственные конструкции. Пер. с нем. <ЦИНИС,
1970.
2.30. Трофимов В. И., Бегун Г. Б. Структурные конструкции .(исследование,
расчет и проектирование). Л., Стройиздат, 1972.
2.31. Применение перекрестночстержневых покрытий в промышленном и граждан-
ском строительстве. ГОСИНТИ, 1973.
К г л а в е 3
3.1. Otto F. und Trostel R. Zugbeanspruchte Konstruktionen, Bd. I. Ullstein
Fachbuchverlag 1962. (Русский перевод. Отто Ф., Тросте ль Р. Пневматические
строительные конструкции. М., .Стройиздат, 1967).
3.2. Otto F. und Schley er F. К. Zugbeanspruchte Ronstruktionen, Bd. II. Ull-
stein Fachbuchverlag 4965. (Русский перевод Отто Ф., HI лейер К. Тентовые и ван-
товые строительные конструкции. М., Стройиздат, 1970).
3.3. Губенко А. Б. п др. Пневматические строительные конструкции. М., Гос-
ст,ройиздат, 1963.
242
3.4. Otto F. Pneumatische Konstruktionen. Bauwelt (>1901) 20, S. 57:1.
3.5. В a n d e 1. Die luftgef illite Hillle der Ausstellung der USA in Siidamerika —
Atome fiir den Frieden. Der Bauingenieur (1961), S. 144—'145.
3.6. Fritzsche E. Beitrag zur theoretischen Untersuchung und konstruktiven
Ausbildung von Tragluf.thallen. Forschungsbericht der Hochschule fiir Bauwesen, Leipzig.
Instituf fiir kostruktiven Ingenieurbau, Juli 4967.
3.7. В e g e r. Untersuchungen im Windkanal fiber Deformation, statische Druck- und
Spannungsverteilung an Modellen von Traglufthfillen. Forschungsbericht Technische Uni-
versity! Dresden, dnstitut ffir angewandte Aerodynamik. August 1966.
3.8. О b s t FI. Lfiftungs-und heizungstechnische Dimensionierung von Traglufthal-
len. Forschungsbericht Institut ffir Baustoffe, Weimar. Mai 1967.
3.9. R il h 1 e FI. Belastungs- und Berechnungsgrundlagen ffir Traglufthallen. For-
schungsbericht Deutsche Post, Projektierungsabteilung, Dresden. Dezember 1965.
3.10. Schulz R. Entwicklung luftgetragener Konstruktionen. Forschungsbericht In-
stitut fur Baustoffe, Weimar. September, 1967.
3.11. Schneider A. Betonstrukturen nach dem Airform-Verfahren. Kunststoff-
rundschau (1962) 1, S. 6.
3.12. Kunstfaserhalle ffir viele Zwecke auf der Messe in Hannover 1961. Bau-
masch. und Bautechn. Wiesbaden 8 (1961) 7, S. 319.
3.13. C h u d о z il ov I., Stepa пек B. und Vesely A. Pncumaticke konstrukce
pro nase stavebnietvi (Tragluftkonstruktionen ffir unser Bauwesen). Pozemni stavby
(1963) 1, S. 35—36.
3.14. К о у. Pierwsze polskie kostrukeje pneumatyezne w budownictwie przemy-
slowym. Inzynieria i budownictwo, (4963), 8—9.
3.15. К о v. Perspektywy rozwoju budownictwa pneumatveznego w Polsce. Uber-
setzung Nr. 455/64 der DBI 1964.
3.16. Гогешви ли А., Ярин Л. Здания на основе пневматических конструк-
ций. — «Архитектура СССР», 1964, № 5.
3.17. Kidde Company: Aufblasbare Hochdruckkonstruktionen. Firmen- und Werbes-
prospekte (1965).
3.18. T a r c z e w s k i A. Konstrukcje pneumatyezne. Warszawa: Arkady 1965.
3.19. Bauer, Naundorf und R fi h 1 e. Konstruktion und Ausfiihrung einer
pneumatisch-stabilisierten Tragluftstruktur. Bauplanung—Bautechnik (4965), S. ,30.
3.20. lASS-Kolloquium fiber pneumatische Konstruktionen. Berichte, Stuttgart, 1967.
3.21. Rfihle H. Konstruktion und Ausfiihrung von zwei neuartigen pneumatisch-
stabilisierten Bauwerken. International Conference on Space Structures (4966). Univer-
sity of Surrey, GroGbritannien, Paper M I.
3.22. Прочность и деформативпость конструкций с применением пластмасс. М.,
Стройиздат, 1966.
3.23. ... Winterbau im Nylonzelt — Beobachtungen auf der Winterbaustelle Heiligen-
hafen. Baupraxis 13 (4961).
3.24. van Laethen: Stabilite et resistance en vent de constructions obtenus par gran-
des deformations Coques et treillis. Assoc. Fran^aise de Recherches et d’Essais sue les
Matcriaux et les Constructions Nr. 20, Eyrolles.
3.25. Otto F. Grofi-Wctterschutz ffir eine Stadtbaustelle in London. Bauwelt (.1967)
42/43.
3.26. О 11 о F. Hangendes Dach. Bauwelt i(4954).
3.27. R о 1 a n d С., О 11 о F. Spannweite. Berlin: Ullstein-Verlag 1965.
3.28. ... Structures Nouvelles en Architecture. Katalog, Paris 1965.
3.29. Bauer L, Riihle H. und J u r z i g M. Konstruktion und Bauausfilhrung
eines rotationssymmetrisch vorgespannten Faltenseildaches. Bauplanung — Bautechnik
(4964). S. 596.
3.30. Алексеев С. А. Основы общей теории мягких оболочек. — В кн.: Расчет
пространственных .конструкций. Вып. XI, М., Стройиздат, 4966.
-3.31. Г ениев Г. А. Большие деформации безмоментных сильно растянутых пнев-
мооболочек.— В кн.: Расчет тонкостенных пространственных конструкций. М., Строй-
издат, 4964.
3.32. Магу л а В. Э. Расчет (Мягких оболочек. — В кн.: Строительная механика
в СССР. 1917—1967. М., Стройиздат, 1969.
243
3.33. E p iM о л ов .В. В. и др. Пневматические конструкции воздухоопорйОго типа.
М., Стройиздат, 1973.
К главе 4
4.4. Heid G. Kunststoffe erobern den Ban. Bauwelt (1962), S. 1205.
4.2. Hagen H. Glasfaserverstarkte Kunststoffe. Berlin, Gottingen, Heidelberg:
Springer-Verlag 1961.
4.3. Hintersdorf G. Stiitzstoffbauweise. Herausgeber Institut fur Leichtbau,
Dresden (1965).
4.4 P u c k. Dimensionierung tragender Leichtbaukonstruktion aus Glasfaser-Kunst-
stoffen. Kunststoffe 53 (4963) 3, S. 150.
4.5. Makowski Z. S. Structural applications of plastics. Interbuild, Nov. (1964).
4.6 D a v i e s R. M. Plastics in building construction. London: Blacki & Son Ltd.
1965.
4.7. F e 1 d e. Ermittlung von Festigkeits- und Elastizitatswerten als Konstruktions-
unterlage fur im Handauflegeverfahren hergestellte GfP-Bauteile. Plaste und Kautscliuk
(1963), S. 560.
4.8. Reinhardt, Ader. Die Alterung gewebeverstarkter Polyesterlaminate durch
Wasserlagerung sowie Einflufl der Temperaturen auf die Festigkeitseigenschaften Plaste
und Kautschuk (1963), S. 688.
4.9. Reinhardt. iFestigkeitsuntersuchungen an glasfaserverstarkten prilfkorpern
und Bauteilen. Plaste und Kautschuk ,(1960), S. 533.
4.,10 . Puck, Wurtinger. Werkstoffgemafie Dimensionierungsgrofie filr den Ent-
wurf von Bauteilen aus kunstharzgebundenen Clasfasern. Koln und Opladen: Westdeu-
tscher Verlag.
4.41. H i n t e r s d о r f G. Glasfaserverstarkte Plaste fur tragende Konstruktionen
im Bauwesen. Bauplanung—Bautechnik (4967), S. 538.
4.12. Wen de A., Bernert J., Hintersdorf G. Hallen- und kupipelartige
Flachentragwerke aus schalenformigen und gekrflmmten GfP-Fertigteilen, statisch-konst-
ruktive Probleme. Kunststoffe (4965), S. 899.
4.13. В e r n e r t J., Hintersdorf G., W e n d e A. .Praktische Dimensionierungs-
verfahren filr tragende GFK-Bauteile. Kunststoffe ,(1966), S. 847.
4.14. Duda A. Die Grundgleichungen der 'allgemeinen Theorie dreischichtiger
Schalen mit weichem (Kern. Bauplanung—Bautechnik (1968), S. 451.
4.-15 . Duda A. Zur Theorie dreischichtiger Flatten mit steifem Kern und dicken
Tragschichten. Bauplanung—Bautechnik (1967), 6. 532.
4.16. В о л ь мир А. С. Устойчивость упругих систем (глава XVI). М., Физмат-
газ, 1963.
4.17. Р о 1 о п у i St. (Neue Aspekte im Stahlbeton-Schalenbau. Bauwelt /('1965), 6. 898.
4.il8. van Laethem M. Stabilite et resistance au vent de constructions obtenu-
es par grandes deformations Coques et treillis. Assoc. Frangaise de Recherches et d’Essa-
is sur les Materiaux et les Constructions, Nr. 20 Eyrolles.
4.Г9. Hoss dor f H. Plastic shell structure for the Swiss National Exhibition in
1964. lASiS-Bulletin Nr. 14 (1963).
4.20. H oss dor f H. Design of a polyester pavilion reinforced with glass fiber for
the 4964 Swiss Exhibition. IlASS-Bulletiin Nr. J0 1(11964).
4.21. Winn B. Shelter for cable take-off station Aquarena, San Marcos Texas I4SS-
Bulletin Nr. 16 (1964).
4.22. Lin, Newman, Teter. Hyperbolic paraboloid development at Beltsville.
lASS-Bulletin Nr. 22 (1965).
4.23. Makowski Z. S. Raumtragwerke. Bauwelt (1965), S. 819.
4.24. Makowski Z. S. Estructures espaciales de plasticos Revista IPC. Nr. 4 (1965)
(Buenos Aires).
4.25. Projektierung von Baukonstruktionen unter Verwendung von Kunststoffen in
der UdSSR. Bauplanung—Bautechnik ,(1963), S. 289.
4.26. Gubenko. Geklebte Dreischichtkonstruktionen in Sandwichbauweise unter
Verwendung von Plasten. Bauplanung—Bautechnik (11963), S. 133.
244
4.27. H e g e r, Chambers, Dietz. On the use of plastics and other composite
materials for shell roof .structures. Nr. 14 1(1963).
4.28. Александров А. Я. и др. .Расчет трехслойных панелей. М., Оборовгиз,
1960.
4.29. Александров А. Я., Бородин М. Я-, П а в л о в В. В. Конструкции с
заполнителями из пенопластов. М„ «Машиностроение», 1972.
4.30. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник. Т. 2. М., «Машинострое-
ние», 1968.
4.31. Клятис Г. Я. Оболочки покрытий из пластмасс (обзор). ЦИНИС, 1972.
К главе 5
5.4. Lewi F. Experiences sur une Voute Mince en Ceramique Armee. L’lngegnere-
(1957) 3; Construction (1958) 5, S. 137.
5.12. Lewi F. Generalbericht zum Thema B. lA'SS-Bulletin Nr. 7.
5.3. Lewi F., P i z z e t i iG. Voiles Minces en Ceramique armee. Exemples de Reali-
sation. lASS-Bulletin, Nr. 7.
5.4. M u 11 о n i C. Les Possibilitees d’Emploi des Panneaux prefabriques en Cera-
mique Armee pour la Construction des Voutes. lASS-Symposium (1961) Dresden. Baupla-
nung—Bautechnik (1961), iS. 370.
5.5. R ii h 1 e H. Konstruktive Probleme bei der Entwicklung und Anwendung grob-
keramischer Bauclemente. Bauplanung—Bautechnik (1966), S. 236.
К главе 6
6.1. Pohl. Das iSchalengewolbe als Holzkonstruktion. Bauingenieur 115 /(1934), S. 381.
6.2. Hager. Holzernes Schalendach. Bauingenieur 16 ,(1935), S. 381.
6.3. Tottenham H. Timber Shell Construction in Great Britain. lASS-Symposium
Madrid (11959), Paper b-3.
6.4. Bennet. Vorgefertigte Schalendacher aus Holz. Bauplanung—Bautechnik 15
(1961), S. 616.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
От редакции............................................................... 3
Введение .................................................................. 4
Глаза 1. Вантовые конструкции............................................. 5
1. Статика вантовых систем ....................................... 6
Основы .расчета ........................ . . .... . 6
Способы стабилизации гибких тросов.............................. ] i
Типы вантовых систем............................................. 13
2. Конструктивные формы вантовых покрытий ... ... 15
Вантовые покрытия одинарной кривизны ............................ 15
Вантовые покрытия двоякой кривизны............................... 19
Прочие формы вантовых покрытий .................................. 23
3. Опорные конструкции вантовых покрытий . ................... 24
Прямоугольные покрытия .......................................... 25
Круговые покрытия .............................................. 29
Покрытия с другими формами плана.............................. 31
4. Примеры возведенных сооружений.................................. 34
5. Конструктивные элементы и детали -вантовых покрытий .... 55
Проволочные тросы................................................ 55
Детали крепления и соединения тросов ............................ 59
Анкерные узлы ................................................... 64
Покрытия и кровли ............................................... 69
6. Сооружение вантовых покрытий.................................... 74
Опорные конструкции ............................................. 74
Конструкции покрытия............................................. 75
Глава 2. Стержневые пространственные конструкции из металла.......... 80
1. Классификация и основы расчета конструкций...................... 80
2. Конструктивные системы .и соединения............................ 87
3. Основные типы стержневых пространственных -конструкций ... 96
А. Сетчатые цилиндрические оболочки и своды..................... 96
Б. Сетчатые купола.............................................. 104
В. Сетчатые конические оболочки ............................... 121
Г. Стержневые (структурные) -плиты............................ 131
4. Кровельные покрытия в пространственных стержневых конструкциях 136
5. Изготовление и возведение стержневых пространственных кон-
струкций ....................................................... 143
Глава 3. Пневматические и тентовые конструкции . ... .......... 146
1. Классификация конструкций ..................................... 146
2. .Материалы .................................................... 148
3. Общие законы формообразования...................................151
4. Функциональные свойства . . ....... , 152
5. Пневматические конструкции..................................... 152
А. Пневмопанельные и пневмокаркасные конструкции . ... 152
Б. Пневматические конструкции воздухоопорного типа .......... 156
В. Примеры сооруженных (воздухоопорных оболочек................ 171
246
Стр.
6. Тентовые конструкции............................................179
А. Общие конструктивные принципы..................................179
Б. Примеры сооруженных тентовых покрытий ........................ 180
Глава 4. Пространственные конструкции из пластмасс.........................184’
1. Классификация и развитие конструктивных форм.....................184
2. Материалы .................................................. . 185-
3. Основные типы конструкций.......................................191
4. Нагрузки и расчет конструкций...................................201
5. 'Способы изготовления конструкции ..............................203
6. Примеры осуществленных конструкций...................... . . 206
Оболочки и купола из стеклопластика и оргстекла.................. 206
Оболочки из пенопластов......................................... 218
Трехслойные конструкции ........................................ 219
Глава 5. Керамические оболочки..............................................221
1. Общие сведения ..................................................221
2. Конструктивные решения .........................................224
3. Методы возведения ............................................. 226
Глава 6. Деревянные оболочки ...............................................231
1. Общие сведения...................................................231
2. Конструктивные решения . 231
3. Методы 'возведения..............................................234
Список литературы ..........................................................239
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ПОКРЫТИЯ
4конструкции и методы возведения)
В двух томах год общей редакцией Г. Рюле
Том II.
МЕТАЛЛ, ПЛАСТМАССЫ, КЕРАМИКА, ДЕРЕВО
Герман Рюле, Гюнтер Аккерман, Утц Бекман, Хорст-Петер Мош,
Отто Пацельт. Райнер Шульц
Тем. план 1974 г. № 89
Редактор издательства А. В. Болотина
Технический редактор 3. С. Мочалина
Корректоры М. Ф. К а з а ко в а, В. С. Якунина
Сдано в набор 30/V 1974 г. Подписано к печати 15/VIII 1974 г.
Формат 70X907j6 Бумага типографская № 1 18,135 усл. печ. л. (уч.-изд. 17,82 л.)
Изд. № AVI—3875 Зак. № 283 Цена 1 р. 55 к.
Стройиздат
103006, Москва, Каляевская, 23а
Подольская типография Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
.по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
г. Подольск, ул. Кирова, 25.