Формообразование и конструктивные схемы цилиндрических оболочек

09.09.2020

Цилиндрические оболочки имеют срединную поверхность, образованную параллельным скольжением прямой образующей по произвольной криволинейной направляющей. Очертание направляющей выбирают по кругу или параболе, в редких случаях по эллипсу или другой кривой. Как правило, выполняются они из железобетона. Деревянные оболочки рассмотрены в гл. 13 второго раздела. В металле выполняются складки (см. ниже). Для сборных оболочек наиболее простым является круговое очертание направляющей; в этом случае поверхность оболочки будет очерчена по круговому цилиндру (рис. 2.3.1).

Призматические складки типа коротких цилиндрических оболочек отличаются от цилиндрических оболочек тем, что в них криволинейная направляющая заменена ломаной прямой. В пределе складка обращается в оболочку при уменьшении длины прямых участков направляющей и увеличении их числа (рис. 2.3.2). Это позволяет выполнять расчет цилиндрической оболочки так же, как и призматических складок. Оболочка, в свою очередь, может быть заменена вписанной в ее очертание складкой. Расстояние между опорами оболочки или складки вдоль образующей называется пролетом l1, а расстояние между продольными краями l2 — длиной волны или шириной оболочки или складки.

Цилиндрические оболочки опираются на несущие колонны через торцевые диафрагмы, жесткие в своей плоскости. Они, как правило, имеют по краям бортовые элементы, снижающие деформативность наружных краев криволинейной плиты. В них располагают продольную растянутую арматуру. Продольные края в пролете могут оставаться свободными или опираться на колонны или стены.

Выбор типа бортовых элементов зависит в основном от условий опирания краев оболочки. Бортовые элементы для оболочек со свободными краями принимают в виде балок, расположенных ниже краев оболочки. Для сборных оболочек с целью снижения массы сечение балок принимают двутавровым.

По условиям проектирования бортовые элементы могут располагаться выше края оболочки. Они выполняются прямоугольного или L-образного сечения. Если края оболочки подперты в вертикальном или горизонтальном направлении, то бортовой элемент часто выполняют в виде горизонтальной плиты. Примерную высоту сечения бортовых элементов рекомендуется принимать равной 1/20...1/30l1.

В многоволновых оболочках промежуточные бортовые элементы проектируют, как правило, аналогично крайним бортовым элементам.

Оболочки и складки могут быть однопролетными, многопролетными (неразрезными) и консольными. Различают оболочки одно- и многоволновые, связанные между собой общими бортовыми элементами. В последнем случае различают крайние и средние (промежуточные) волны. Соответственно опорные диафрагмы могут быть одно- или многопролетными, а по конструкции — балочными, решетчатыми, арочными или рамными (рис. 2.3.3).

В зависимости от отношения пролета оболочки к длине ее волны цилиндрические оболочки подразделяют на следующие виды: длинные, при l1:l2 больше 4; средней длины, при 1 меньше l1:l2 меньше 4; короткие, при l1/l2 меньше 1. Первые два вида часто называют длинные цилиндрцческие оболочки.

Сборные и сборно-монолитные железобетонные цилиндрические оболочки выполняют из плит толщиной 30...50 мм с ребрами по контуру, бортовых элементов и элементов диафрагм. Монолитные железобетонные оболочки обычно выполняют гладкими толщиной 50...80 мм. Оболочки при пролетах 18 м и более подвергают предварительному напряжению.

Длинные цилиндрические оболочки. Высоту оболочки h, включая сечение бортовой балки, рекомендуется назначать равной 1/10...l/15l1, а стрелу подъема f равной 1/6...1/8l2.

На рис. 2.3.1, а цилиндрические железобетонные оболочки членятся на плиты пролетом, равным длине волны, и бортовые элементы в виде отдельно изготавливаемых балок. При этом цилиндрические оболочки являются многоволновыми конструкциями, так как две смежные оболочки имеют один общий бортовой элемент. Этот вариант более прост в монтаже, т. е. монтируется без лесов, так как плиты при шаге колонн 12 м и такой же длине волны оболочки могут быть установлены непосредственно на бортовые балки.

На рис. 2.3.1, б показан вариант расчленения длинных цилиндрических железобетонных оболочек на плиты, каждая из которых представляет собой в поперечном направлении половину оболочки с бортовым элементом вдоль наружного края. Этот вариант предусматривает монтаж с использованием лесов (см. ниже).

Торцевые и средние диафрагмы устраиваются обычно в виде арок с затяжкой, как наиболее экономичное решение (рис. 2.3.3, б). При наибольшей стреле подъема диафрагмы могут проектироваться в виде балок переменной высоты с отверстиями в стенке для пропуска коммуникаций и облегчения (рис. 2.3.3, а). Остальные решения, например в виде криволинейного бруса, рамы с криволинейным ригелем или в виде ферм (рис. 2.3.3, в, г), применяются очень редко.

Проемы для верхнего света и вентиляции устраивают в средней части, удаленной от угловых напряженных зон. Размеры отверстий в поперечном направлении назначают не более 1/4...1/3l2, в продольном направлении — не ограничиваются. Отверстия в оболочках окаймляют рамками; через 2...3 м располагают распорки для передачи сжимающих усилий.

Схемы металлических сетчатых оболочек показаны на рис. 2.3.1, г.

Складки. Складчатые конструкции состоят из плоских элементов — граней, соединенных между собой под углом так, что в месте их сопряжения образуется увеличение жесткости типа прямолинейного ребра, через которое от одной грани к другой передаются сдвигающие усилия; в некоторых случаях от грани к грани передаются также нормальные усилия и изгибающие моменты. Образующееся в месте сопряжения граней утолщение плит позволяет улучшить работу места сопряжения граней на изгиб и размещения арматуры. Для повышения жесткости граней из их плоскости предусматривают подкрепляющие ребра. С целью улучшения пространственной работы призматических складок и обеспечения неизменяемости формы их поперечного сечения в опорных и реже в промежуточных сечениях устраиваются диафрагмы жесткости (см. рис. 2.3.1, в и 2.3.2).

Типы сечений складчатых систем с треугольным и трапециевидным сечением приведены на рис. 2.3.4. Трапециевидные складки имеют горизонтальные полки, усиливающие сжатую и растянутую зоны сечения.

Типы призматических складок, в том числе и треугольных, показаны на рис. 2.3.5. Ширину граней рекомендуется принимать не более 3...3,5 м; для сборных складок ширину граней принимают из условий транспортабельности. Ширину верхней грани в складках назначают в пределах 0,25... 0,40l2.

При указанной предельной ширине граней складки длина волны монолитной складки может достигать не более 10...12 м.

Сборные складки выполняют ребристыми. При l2 больше 10... 12 м применяют складки с числом граней большим, чем указано на рис. 2.3.5, или оболочки, иногда усиливают грани складок поперечными ребрами. Высоту складок без предварительного напряжения назначают не менее 1/10l1. Бортовые элементы и диафрагмы проектируют по аналогии с такими же элементами в цилиндрических оболочках. Фонари устраивают в верхних гранях складок.

Конструктивные схемы металлических сетчатых складок и складок-оболочек приведены на рис. 2.3.4, б.

Короткие цилиндрические оболочки. Наиболее часто встречающаяся в практике разновидность коротких оболочек имеет шаг диафрагм в пределах 6...12 м при отношении l1/l2 меньше 0,5; стрела подъема назначается не менее 1/8l2. При этом высота бортовых элементов без предварительного напряжения принимается не менее 1/15l1, а ширина — 1/15...1/2 высоты. При этих размерах горизонтальная жесткость бортового элемента оказывается достаточной.

В монолитных оболочках с фонарными проемами для обеспечения прочности высоту подфонарных балок принимают не менее 1/12l1, подъем плиты каждой боковой части должен быть не менее 1/20 ее пролета (наклонной хорды), длина дуг их боковых частей должна быть не менее l2/3.

Сборные короткие цилиндрические оболочки образуются плоскими ребристыми плитами, бортовыми элементами и диафрагмами в виде ферм (см. рис. 2.3.1 и 2.3.2). В этом случае короткие оболочки фактически преобразуются в короткие призматические складки, так как грани получаются плоскими. Такие складки допускается проектировать без бортовых элементов. При этом функции бортовых элементов выполняют продольные ребра плит, устанавливаемые вдоль краев покрытия (см. рис. 2.3.2).

Складки могут быть одно- и многоволновыми в поперечном направлении, разрезными и неразрезными — в продольном. Короткие призматические складки выполняют сборно-монолитными, для этого конструктивными мероприятиями (см. ниже) обеспечивают совместную работу всех элементов покрытия.

Для образования коротких оболочек-складок используют плоские плиты размерами 3x6 и 3x12 м.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна