Рельефно-монококовые листовые конструкции

Основной особенностью и отличием рельефно-монококовых от гладких листовых конструкций, как говорилось ранее, является наличие рифов или сгибов — ребер. Наличие рифов и ребер дает возможность применить лист ограждения толщиной 1—3 мм для восприятия усилий от эксплуатационных нагрузок в системе всего сооружения без стержневого каркаса.

Рифы, образованные листовой штамповкой, вальцовкой на прессах или ролико-гибочных станах, служат элементами, увеличивающими жесткость листа. Они позволяют полнее включать его площадь в работу той части конструкции, которая воспринимает напряжения сжатия, увеличивают местную устойчивость и повышают работоспособность листовой конструкции на изгиб. Эти конструкции применяются в виде оболочек в конструкциях покрытий (рис. 49, 50), емкостей, силосов, бункеров и др.

Складчатые пространственные покрытия изготавливаются из гладких листовых заготовок, согнутых на листогибочных прессах или в простых приспособлениях для гибки. Ребра, полученные при гибке листа, чередуются с гладкой его поверхностью, которая благодаря этому приобретает соответствующие характеристики жесткости. Они помогают созданию силовой конструктивной системы из тонкого металлического листа, одновременно служащего ограждением. Рельефно-монококовые конструкции из складчатых элементов могут широко применяться в сельском хозяйстве для покрытий складов, ремонтных мастерских, а также цехов и промышленных зданий небольших пролетов.

Особенностью рельефно-монококовых конструкций является их экономичность, высокая транспортабельность и легкость монтажа. Эти конструкции в ряде случаев оказываются дешевле конструкций, запроектированных из традиционных материалов. При перевозке типовые элементы оболочек или складок плотно входят один в другой и компактно укладываются на транспортные средства, а небольшая масса элементов позволяет обходиться автомашинами и кранами минимальной грузоподъемности. Ниже дается описание некоторых типов рельефно-монококовых конструкций.

Покрытие лаборатории. Первое сооружение, в котором покрытие было выполнено в виде пространственной листовой конструкции, запроектировано и построено в Советском Союзе в 1951—1954 гг. Оно представляет собой три прямоугольных в плане, отдельно стоящих параллельно друг другу здания пролетом 9,3 и 7,6 м (рис. 51). Каждое из них покрыто цилиндрическим складчатым сводом. Между собой здания соединены коридорами, которые также покрыты сводами. Складчатая алюминиевая поверхность покрытия утеплена пенопластом, покрыта гидроизоляцией и окрашена. Алюминиевые своды изготавливались из листовых, вальцованных по радиусу профилей. Применением такой листовой рельефной конструкции достигалась чрезвычайная легкость. Покрытие рассчитано на следующие нагрузки: снеговую q = 0,50 кПа, ветровую q1 = 0,52 и q2 = 0,16 кПа, сосредоточенную нагрузку от веса человека с инструментами 0,1 кН, собственный вес покрытия, включая алюминиевые конструкции, тепло- и гидроизоляцию — 0,3 кПа.

Конструкции центрального и боковых сводов, а также коридоров отличаются друг от друга сечениями. Центральный свод пролетом 9,27 м и длиной 16,5 м собран из отдельных вальцованных карт, разбивка которых дана на плане (рис. 51). Каждая отправочная марка представляет собой свальцованный по радиусу 4667 мм лист, к которому с вогнутой стороны через каждые 240 мм были приклепаны корытообразные профили, которые образовали систему трапецеидальных полостей, и благодаря этому конструкция покрытия стала жесткой и устойчивой. Гладкий лист и гнутые профили выполнены из дуралюмина Д16АТ толщиной 2 мм. Все элементы соединялись между собой заклепками диаметром 5 мм из сплава Д18, поставленными в холодном состоянии с шагом 40 мм. Монтажные стыки как в продольном, так и в поперечном направлениях устраивались с помощью листовых и профильных накладок также на заклепках из Д18. Опирание свода запроектировано через коротыши из квадратной стали 30x30 мм, приваренные к стальному листу через 240 мм по оси трапецеидальных полостей. Стальной лист через цинковую прокладку толщиной 3 мм с помощью двух уголков присоединен к торцам опорных карт свода заклепками из Д18 диаметром 8 мм. Через коротыши, выполняющие роль шарниров, происходит опирание свода на стальной опорный лист, который уложен на бетонную подушку и заанкерен в ней с помощью стальной арматуры.

Боковые своды пролетом 7,64 м и длиной 9,67 м набраны прямо из вальцованных по радиусу профилей и склепаны между собой заклепками, как показано на рис. 51, в. Конструкция опорных шарниров аналогична конструкции центрального свода. Коридоры перекрыты сводиками радиусом 1190 мм, выполненными также из вальцованных профилей.

Врезка малых сводов в большие, а также сопряжение сводов с торцевыми панелями осуществлены через окаймляющие согнутые по кривой стыков уголки. Все алюминиевые конструкции анодированы и покрыты эмалевой краской. Расход алюминия на покрытие оказался в пределах 16—14 кг/м2 пола, что для того времени было довольно мало.

В описываемом покрытии впервые был применен в качестве утеплителя в здании пенопласт. Теплоизоляция и гидроизоляция покрытия выполнены следующим образом (рис. 51,б): на алюминиевые своды укладывался и приклеивался утеплитель из двух слоев пенопласта общей толщиной 70 мм; плиты утеплителя толщиной по 35 мм изготавливались в специальных пресс-формах, имевших соответствующие радиусы для центрального свода, боковых и коридоров; сверху на утеплитель наклеивалась в два слоя льняная ткань, которая прошпаклевывалась битуминолем и окрашивалась краской АЛ-177.

Более 30 лет эксплуатации алюминиевого покрытия этого здания показали, что упрочненный алюминий является хорошим конструкционным материалом, не требующим расходов на ремонтные работы. При осмотре конструкции, сделанном после 25 лет эксплуатации, была установлена полная сохранность алюминиевых конструкций и кровли, и только в местах сопряжения сводов друг с другом обнаружены отдельные трещины в гидроизоляции.

Складчатые здания. Конструкции складчатых зданий разработаны в ГПИ Укрпроектстальконструкция для помещений пролетами 12, 18 и 24 м. Они нашли применение в промышленности и сельском хозяйстве в районах Крайнего Севера и других труднодоступных местах. На рис. 52 даны схемы поперечных разрезов зданий пролетами от 12 до 60 м, которые могут набираться из унифицированных элементов. Унифицированные элементы гнутся из листов толщиной 0,8—2 мм, имеющих стандартные размеры. Материалом для этих конструкций служат алюминиево-магниевые сплавы различных марок, которые хорошо зарекомендовали себя при эксплуатации. Ширина каждого элемента при этом получается 1—2 м при глубине профилирования 0,3—0,4 м с размерами отгибов для стыкования по краям листов 50—70 мм.

Для утепления помещения возможно изготовление трехслойных и двухслойных унифицированных элементов с легкими эффективными утеплителями. Кроме того, могут использоваться утепленные щиты, навешиваемые на складчатые конструкции с внутренней стороны.

Следует отметить, что в этих складчатых конструкциях удачно решены все вопросы, связанные с герметизацией стыков, удалением осадков и другие, возникавшие при решении гидроизоляции металлических несущих кровель. В данном случае влагонепроницаемость стыков обеспечивается напуском вы-шерасположенных элементов на нижние, устройством стыков в повышенных местах сечения складок, где невозможно скопление воды, применением специальных нащельников в стыках на верхних ребрах. Большой уклон металлической кровли при складчатой конструкции и устройство прокладок из герметиков под нахлесткой листов исключают поддув воды в стыки при сильном ветре.

Применение конструкций, разработанных в ГПИ Укрпроектстальконструкция, эффективно во всех районах Советского Союза благодаря снижению металлоемкости, повышенной заводской готовности унифицированных элементов, легкой и дешевой транспортабельности их, сокращению сроков возведения сооружения и ускорению окупаемости затрат на строительство. Расход металла при этом составляет от 9 до 14 кг/м2 перекрываемой площади для зданий пролетом до 24 м.

Расчет рельефно-монококовых конструкций. Расчетная схема рельефно-монококовых конструкций выбирается в зависимости от конструктивного решения. Это может быть конструкция сводчатая арочная, рамная или какая-то другая. Для расчета выделяется полоса — типовой элемент, который и принимается за расчетное сечение этой системы. Так как силовым элементом рельефно-монококовых конструкций служит тонкий лист, то основным моментом в расчете является определение, какая часть площади листа, входящего в выделенный типовой элемент, включится в работу конструкции, т. е. определение тех участков сечения элемента, которые в процессе нагружения конструкции не потеряют устойчивость, и нахождение соответствующих им редукционных коэффициентов.

Если рельефно-монококовая конструкция запроектирована в виде свода или шедов и образована рифлеными листами, имеющими кривизну, равную кривизне свода, то расчетное сечение зависит от конфигурации и высоты рифов, частоты их расположения. Если рифы имеют криволинейное очертание, то в работу почти всегда включается полное сечение листа, так как рифы имеют очертания оболочек, более равномерно распределены по поверхности конструкции, что и обеспечивает почти полное включение листа в работу.

Если конструкция образована складками, например свод трапецеидального сечения, то в работу конструкции все сечение листа может включиться только в том случае, если отношение ширины участка между соседними ребрами к толщине листа находится в пределах рекомендаций СНиП II-24—74 на проектирование алюминиевых конструкций. Если это отношение больше, то в работу включаются только участки площади, расположенные по обе стороны от ребер. Величина этих участков около ребер и сгибов равна С (см. рис. 52,б) и может быть подсчитана по следующей формуле:

Для предварительного назначения толщины листов унифицированных элементов складчатых конструкций можно пользоваться следующей формулой: