Покрытия с использованием оболочек

Покрытия с использованием оболочек

• Оптимальное применение: Оболочки положительной гауссовой кривизны эффективны для прямоугольных планов с соотношением сторон l1/l2 от 1 до 1,5 и пролетами от 12 до 120 м.
• Геометрия: Пологие оболочки с минимальным углом подъема f/l ≤ 1/5 или f/D = 1/7. Могут быть однопролетные или многопролетные в одном или двух направлениях. Формирование поверхности чаще всего происходит обрезкой сферической поверхности.
• Достоинства:
• Экономичность
• Большая пролетность
• Небольшая строительная высота
• Возможность использования унифицированных элементов
• Способы формирования: Использование сферической поверхности, транс-ляции, тороидальные поверхности. Выбор способа основывается на удобстве реализации в реальном проекте.
• Опоры: Контур оболочки опирается на жесткие поддерживающие конструкции (диафрагмы - балки, арки, фермы, колонны, стены), чтобы избежать сильных нагрузок на опоры. Диафрагмы совместно с оболочкой воспринимают сдвигающие усилия.

Металлические сетчатые оболочки

• Принцип: Основаны на применении однотипных стержневых и узловых элементов с центрическим планом.
• Формирование: Нанесение на исходную поверхность правильной сети Чебышёва с равными сторонами четырёхугольных ячеек, закрепленной по ортогональным образующим поверхности. Угловые зоны оснащаются диагональными стержнями для распределения растягивающих кольцевых усилий.
• Применимость: Рационально при пролетах от 30 до 150 м. При пролетах более 60 м рекомендуется переходить на двухслойные конструкции с отношением высоты сечения к пролету 1/100-1/150.

Деревянные оболочки

• Конструкция: Несколько слоёв тонких досок, опирающихся на контурные диафрагмы, соединённые клеем.
• Распространение: Не получили широкого распространения из-за трудоемкости производства и наличия более эффективных альтернатив.

Оболочки отрицательной гауссовой кривизны (гиперболические параболоиды - гипары)

• Характерные особенности: Гипары распространены благодаря архитектурным и конструктивным особенностям, большой жесткости, высокой несущей способности, экономичности и возможностям формообразования.
• Материалы: Монолитный железобетон, металл, дерево, пластик и их комбинации.
• Пролетность: Могут достигать 100+ метров.
• Применение: Здания, сооружения, стеновые ограждения и малые архитектурные формы.
• Кривизна: Поверхность имеет разнозначную кривизну, центры кривизны расположены по разные стороны поверхности.
• Формообразование (Способы построения):
• Плоскопараллельное перемещение образующей параболы по направляющей параболе.
• Скольжением образующей прямой по двум скрещивающимся прямым направляющим.
• Смещение по вертикали углов плоского четырехугольника.
• Геометрические характеристики: Сечения плоскостями параллельными координатным плоскостям - параболы, сечения плоскостями параллельными плоскости xOy - гиперболы.
• Конструкция: Одиночные или составные, однопролетные и многопролетные покрытия. Ребра жесткости вдоль линий сопряжений (конек). Контур оболочки может быть прямолинейным и криволинейным.
• Разновидности гипаров: Линии главной кривизны направлены вдоль диагоналей основания или параллельны сторонам.
• Деревянные гипары: Из прямолинейных элементов (досок, брусьев). До 60 м по диагонали.
• Толщина: Для пролётов до 12 м - двухслойные, с толщиной досок 20-25 мм. При больших пролетах - трёхслойные.
• Фиксация: Слои соединяются на клею или гвоздях. Слои располагаются параллельно диагоналям или требуемыми углами.

Расчет оболочек

• Виды расчетов: Упрощенные (для предварительной оценки) и точные (для проектирования).
• Упрощенные расчеты: Безмоментная теория, справочные таблицы и графики, допущения (считают оболочку слегка искривленной пластиной, геометрию срединной поверхности заменяют геометрией на плоскости и др.)
• Точные расчеты: Использование специальных программных комплексов.
• Безмоментная теория: Пренебрежение изгибающими, крутящими моментами и поперечными силами ввиду их малости. Важно: приблизительно 80-90 % поверхности при равномерном распределении нагрузки испытывают сжимающие силы, то есть безмоментное напряженное состояние.

В этом викторине обсуждаются оболочки с положительной гауссовой кривизной, их оптимальное применение и геометрические характеристики. Мы также рассмотрим достоинства и способы формирования таких оболочек, а также их опоры и конструктивные особенности.