Составные железобетонные покрытия типа висячих оболочек

Составные покрытия с центральной оболочкой на квадратном и треугольном плане проектируют из составляющих оболочек положительной и отрицательной гауссовой кривизны (рис. 2.5.13). Центральную часть покрытия принимают в виде оболочки положительной гауссовой кривизны, описанной по сфере, углы этой оболочки располагают на контуре покрытия. Часть плана, расположенная между центральной оболочкой и контуром покрытия, может быть перекрыта боковыми оболочками как положительной, так и отрицательной гауссовой кривизны в зависимости от функциональных и градостроительных требований. Все боковые оболочки описывают по поверхности тора по его выпуклым (положительная гауссова кривизна) или выпукло-вогнутым (отрицательная гауссова кривизна) участкам (рис. 2.5.14). При этом углы составного покрытия располагаются выше контура центральных оболочек, поэтому покрытие может быть отнесено к классу составных покрытий типа висячих. Оболочки как положительной, так и отрицательной кривизны рекомендуется собирать из плит с цилиндрической поверхностью, изготовляемых в унифицированных формах. По линии сопряжения составляющих оболочек следует предусматривать затяжки. По остальным двум сторонам боковых оболочек принимается контур из ригелей, шарнирно опертых на колонны сооружения. Если по архитектурным требованиям часть сооружения может быть осуществлена без стен или с легкими стеновыми ограждениями, рекомендуется проектировать указанные составные оболочки с консольными крайними оболочками положительной и отрицательной гауссовой кривизны. В этом случае боковые оболочки следует проектировать с боковыми элементами; сопряжение центральной и боковых оболочек должно быть монолитным с дополнительным армированием и набетонкой в зоне этого сопряжения. Ширина набетонки принимается по расчету, но не должна превышать 6 м, что соответствует длине двух кессонов унифицированных цилиндрических плит.


При действии симметричной равномерно распределенной нагрузки центральные оболочки при любом варианте боковых оболочек сжаты, за исключением растянутых угловых зон и зон сопряжения с этими боковыми оболочками. Боковые оболочки положительной гауссовой кривизны на большей части сжаты. Оболочки отрицательной гауссовой кривизны растянуты по направлению диагональной оси составного покрытия, в перпендикулярном направлении — сжаты. Размеры зон краевого эффекта по линии сопряжения оболочек, величины наибольших изгибающих моментов и нормальных сил в этих зонах существенны. В варианте боковых оболочек отрицательной гауссовой кривизны эти факторы больше, чем при боковых оболочках с поверхностью положительной гауссовой кривизны.

Нормальные усилия в арках по линия сопряжения центральной и боковых оболочек носят знакопеременный характер по их длине.

Усилия и изгибающие моменты в контурных элементах несущественны. Испытания моделей в масштабе 1/8 по отношению к натурным оболочкам 42х42 м показали, что в обоих вариантах боковых оболочек при нормативной нагрузке прогибы составляют 1/1000...1/1200 пролета. Разрушение моделей произошло при нагрузках, составляющих 2...2,1 расчетной нагрузки. Трещиностойкость при варианте боковых элементов отрицательной гауссовой кривизны была значительно меньше, чем при варианте боковых оболочек, описанных по поверхности положительной гауссовой кривизны.

Составные покрытия типа висячих с полигональным циклическим планом компонуются из криволинейной плиты и системы радиальных двухветвевых несущих элементов с применением вант (рис. 2.5.15). Криволинейную плиту выполняют из отдельных составляющих оболочек. Поверхность составляющих оболочек — положительной гауссовой кривизны, число сторон плана — от 5 до 7 Допустима поверхность отрицательной или нулевой кривизны. Верхние пояса радиальных элементов, геометрически совпадающие с линиями сопряжения составляющих оболочек, должны иметь незначительный уклон от центра в сторону внешнего контура покрытия для организации наружного водостока. Нижние пояса радиальных ферм рекомендуется выполнять из тросов или прокатных профилей; для обеспечения наилучшей статической работы системы нижние пояса должны иметь уклон к центру. Верхние и нижние пояса радиальных элементов объединяют решеткой из стержней, при этом они превращаются в радиальные фермы. По контуру радиальные элементы должны опираться на колонны или фундаменты, связанные сжатым полигональным поясом. В центре покрытия радиальные элементы следует прикреплять к центральному кольцу.

Рекомендуется принимать стрелу подъема верхних поясов радиальных ферм не менее 1/50 пролета, общий подъем радиальных ферм — не менее 1/15 пролета.

Устраивают внешнее железобетонное или стальное кольцо, работающее на сжатие, и внутреннее — двухпоясной конструкции. Составляющие оболочки сжаты, за исключением угловых опорных зон, которые растянуты, причем эти зоны имеют значительные размеры. Радиальные арки сжаты и подвергаются действию больших изгибающих моментов. Внутреннее кольцо работает на растяжение, наружный контур — преимущественно на сжатие с изгибом.

Деформативность составной оболочки типа висячей существенно больше, чем аналогичной конструкции полигональной куполообразной оболочки. Функциональной характеристикой составной висячей оболочки является значительно меньший внутренний объем здания по сравнению с полигональной оболочкой типа купола.

Складчатые висячие оболочки с циклическим планом проектируют: в виде оболочек, в которых нижние ребра складок совмещены с верхними поясами радиальных вантовых ферм, при этом нижние пояса ферм расположены ниже складчатой системы (рис. 2.5.16, а); в виде оболочек, в которых верхние пояса радиальных вантовых ферм совмещены с верхними или нижними ребрами складчатых оболочек (рис. 2.5.16, б); в виде оболочек, в которых как верхние, так и нижние ребра совмещены с соответствующими поясами радиальных вантовых ферм (рис. 2.5.16, в); в виде составных покрытий, в которых складчатые оболочки чередуются с оболочками двоякой кривизны (рис. 2.5.16, г).

Профиль складчатых оболочек — треугольный или трапециевидный. Оболочки собираются из небольшого числа плоских или цилиндрических плит прямоугольной или треугольной формы. Возможно также применять плиты, имеющие поверхности отрицательной гауссовой кривизны.

Составные висячие оболочки с произвольным планом (рис. 2.5.17) можно применять для зданий больших пролетов. Они состоят из сопряженных оболочек и пересекающейся системы вант, опертых на наружный контур. Составляющие оболочки опирают на узлы пересечения вант или стойки, установленные в местах пересечения вант. Покрытие может снабжаться дополнительными пересекающими вантами, прикрепленными к наружному контуру и вершинам стоек. При этом дополнительные ванты располагают в одной вертикальной плоскости с основными. В местах опирания углов оболочек на узлы пересечения вант могут быть шарниры.