Основные преимущества тонкостенных пространственных покрытий

В последние годы в строительстве стали широко применяться железобетонные тонкостенные пространственные покрытия. В них используются различные по форме оболочки и различные опорные конструкции.

По сравнению с плоскими покрытиями – фермами, арками, балками и кровельными панелями, тонкостенные покрытия имеют ряд преимуществ. Основной плюс заключается в возможности перекрывать большие площади с сеткой колонн 30х30, 36х36 и более метров.

Применение плоскостных конструкций покрытий с сеткой колонн до 24х12 метров нерационально, так как при увеличении пролета и шага опорных несущих конструкций высота сечения элементов возрастает в несколько раз. Это приводит к увеличению объема помещений, а сами конструкции становятся дорогими и сложными по изготовлению.

При изготовлении тонкостенных пространственных покрытий расход материалов сокращается на 25-40%. И при меньших пролетах они выгодны. Однако для покрытий зданий с небольшим шагом сетки колонн пространственные тонкостенные конструкции не применяют, так как для них разработаны плоскостные покрытия из сборного железобетона.

Пространственные покрытия имеют меньшую массу, что особенно важно при больших пролетах. Также они удачно сочетают в себе несущие и ограждающие функции. В системе из плоскостных элементов нагрузки передаются многоступенчато: например, снеговая нагрузка последовательно передается сначала на само покрытие, затем на фермы, подстропильные конструкции и только потом на колонны. В пространственных конструкциях многоступенчатой передачи нагрузки нет.

Пространственные покрытия благодаря разнообразию форм способны придать зданию разнообразный архитектурный вид.

Пространственные тонкостенные покрытия применяются в первую очередь при строительстве больших сооружений: ангаров, крытых рынков, стадионов, выставочных залов. Также при возведении промышленных предприятий, в которых нежелательны или недопустимы промежуточные колонны.

Разновидности тонкостенных пространственных покрытий

Тонкостенные пространственные покрытия принято характеризовать по геометрической форме используемых в них оболочек. Покрытия, в которых применяются цилиндрические оболочки, получили наибольшее распространение. Они могут быть длинными и короткими, в виде призматических складок. Различают также оболочки вращения с горизонтальными и вертикальными осями симметрии, оболочки положительной и отрицательной гауссовой кривизны, прямоугольные в плане. Существуют оболочки, образованные пересекающимися криволинейными поверхностями – составные оболочки; висячие покрытия, многоволновые сводчатые покрытия или волнистые своды.

В зависимости от характера работы под нагрузкой различают два типа тонкостенных пространственных покрытий. К первому относятся покрытия, в которых деформации, перемещения, несущая способность и напряженное состояние при общих нагрузках – снег и собственный вес конструкции, определяются одним размером в плане. Это различного рода многоволновые сводчатые покрытия или складки с малыми отношениями длины волны к ее пролету. В таких покрытиях при равномерно распределенной нагрузке все промежуточные волны прогибаются одинаково. Это указывает на их одинаковое напряженное состояние. Каждая промежуточная волна – складка, кроме крайних, которые менее напряжены, рассчитываются как отдельная балка фигурного тонкостенного сечения определенной ширины и пролета. В случае, когда подобное многоволновое покрытие выполнено в виде свода с затяжками, тогда каждая промежуточная волна может рассматриваться как отдельная арка с сечением, имеющим одноволновой тонкостенный профиль.  

К другому виду относятся покрытия, в которых перемещения, деформации, несущая способность и напряженное состояние при общих нагрузках зависят от двух размеров в плане. Это всевозможного рода оболочки двоякой или одинарной кривизны, висячие покрытия и т.д.