Тонкостінні просторові конструкції

Циліндрична кругова поверхню оболонки може бути отримана перенесенням прямолінійною твірної за коловою направляючої або кругової твірної по прямолінійній направляє. Всі інші види циліндричних оболонок • - параболічні, еліптичні і т, д. - можуть бути отримані тільки за способом перенесення (мал. XII.19, а). Конічна оболонка формується обертанням прямої утворює навколо вертикальної осі, при цьому один кінець твірної закріплений в деякій точці на осі обертання, а інший рухається по замкненій кривій, що знаходиться в площині, перпендикулярної осі обертання. Якщо цю криву вважати, що направляє, а пряму-утворюючої, то формування конуса відбувається за способом обертання. Поверхня коноідальной оболонки утворюється перенесенням прямої, у якої один кінець, рухається по криволінійній направляє, а Інший-за прямолінійною. Всі перераховані вище поверхні оболонок (мал. XII. 19, а-д) мають нульову Гаусову кривизну: тому що в перерізах, які збігаються з прямолінійною твірної, один з радіусів кривизни дорівнює нескінченності, сама кривизна дорівнює нулю, отже, і твір обох кривизн дорівнюватиме нулю.

Оболонки, поверхні яких отримані переміщенням криволінійної твірної за іншою криволінійної твірної, будуть також оболонками переносу. Так, наприклад, отримана поверхню бочкоподібні зведення, криволінійна твірна якого переміщається по криволінійній осі, що лежить в площині, перпендикулярній площині твірною. Якщо та ж твірна отримає ще і обертальний рух навколо осі у-у, що лежить в її площині, то отримана криволінійна поверхня буде представляти собою поверхню тора. Сферична оболонка може бути отримана обертанням частині кола навколо осі. Якщо ж у сферичної оболонки зрізані боку вертикальними, площинами, що виходять з квадрата, вписаного в коло підстави, то така оболонка носить назву парусної оболонки. Працюючи в двох взаємно перпендикулярних вертикальних площинах, оболонки повинні проектуватися з урахуванням особливостей роботи в кожній з цих площин. Так, циліндрична оболонка в поздовжньому напрямку працює як балка з прольотом L, у якої в нижньому поясі виникають розтягуючі зусилля, а у верхній частині оболонки ці зусилля стискають (рис. XII.20), Тому конструктивна висота такої оболонки повинна бути не менше 1 / 10 прольоту L. У поперечному напрямку циліндрична оболонка працює як розпірна конструкція типу тонкостінної арки з прольотом l (ld1 / 2 L). Для погашення розпору в цьому напрямку передбачаються діафрагми жорсткості, що встановлюються по довжині оболонки з кроком, рівним (1 ... 1,5).

Діафрагми жорсткості циліндричної оболонки виконуються як суцільні стіни жорсткості, як ферми, вправлені в оболонку, як арки з затяжками. У той же час розпір, який діє між діафрагмами жорсткості, повинен бути сприйнятий так званим бортовим елементом, який працює як балка в горизонтальній площині і переносить розпірні зусилля на діафрагми жорсткості. Ставлення конструктивного підйому циліндричної оболонки або її стріли f до розпірного прольоту l не повинно бути менше 1 / 7 і не більше ?. Розпірний проліт, або довжину хвилі довгої циліндричної оболонки, зазвичай приймають не більше 12 м. Бондарних і тороїдальні оболонки на відміну від циліндричних працюють як розпірні конструкції і в поздовжньому, і в поперечному напрямках. У поперечному розпір, так само як і у циліндричних оболонок, сприймається діафрагмами жорсткості. Для сприйняття ж розпору в поздовжньому напрямку передбачаються затягування. Ці затягування закладаються по кінцях бортових елементів, а в прольоті підвішуються до них для попередження провисання. Якщо покриття складається з близько розташованих декількох оболонок, бортові елементу, розвинені в ширину, передбачаються тільки у крайніх прольотах. У бондарних і тороїдальних ободочек діафрагми жорсткості можна передбачити лише по торцях або ж торці вирішувати переходом у коноіди (рис. ХП.20). Розпір купольних оболонок сприймається опорним кільцем, яке можна встановити на колони як зовні безрозпірного конструкцію. Розпір купола може бути сприйнятий також похилими стійками і перенесений ними на замкнений кільцевої фундамент (рис. XII21). Розпір вітрильних склепінь сприймається арматурою в вітрилах і бортовим елементом опорної арки із затягуванням, що зв'язує її кінці. Цю арку часто замінюють сегментної арочної фермою, безпосередньо спирається на опори споруди. Розпір оболонки, що має форму гіпара на квадратному плані, передається від покриття на бортові елементи, які працюють як балка або спираються безпосередньо на несучі стіни (рис. ХП.23).

За формою перерізів оболонки можна розділити на гладкі, ребристі та сітчасті; за методом зведення - на монолітні, збірні і збірно-монолітні. Гладкі оболонки виконуються, як правило, монолітними. По витраті залізобетону вони найбільш економічні. Збірні оболонки монтуються з тонкостінних залізобетонних плит, облямованих ребрами. Ребра служать для з'єднання оболонки між собою, причому між ребрами залишаються шви, куди закладається арматура, після чого шви заповнюються цементним розчином. При цьому виходять ребристі оболонки. Сітчасті оболонки можуть бути виконані за тим же принципом, що й збірні ребристі, з тією лише різницею, що їх тонкостінна частина між ребрами замінена будь-яким іншим неконструктивним матеріалом, наприклад склом. Такі конструкції можуть збиратися і з окремих залізобетонних або металевих стрижнів (рис. XII.21, в). Особливе місце серед купольних оболонок займають так звані кристалічні, що збираються зі стрижнів або з трикутних панелей, що мають мінімальну кількість типорозмірів. Такі конструкції були в 40-х роках майже одночасно запропоновані в Радянському Союзі проф. М. С. Тупольовим і в США відомим конструктором Фуллером. У покриттях, складених з декількох оболонок, останні не обов'язково повинні сполучатися один з одним. Вони можуть бути з'єднані і жорсткими лінійними елементами - стрижнями, металевими фермами, які можуть бути використані для організації верхнього світла (рис. ХП.23, а). У тих випадках, коли оболонка спирається на окремі фундаменти, розташовані в кутах правильного багатокутника розпір може бути сприйнятий затяжками, що з'єднують попарно ці фундаменти, У цих випадках фундаменти працюють як безрозпірного конструкція (рис, ХН.23, 6). Складки на відміну від оболонок формуються з тонкостінних плоских елементів, жорстко скріплених між собою під різними кутами. Якщо перетин складки від опори до опори постійно і не змінюється в прольоті, то таку складку називають призматичної. Призматичні складки в основному застосовуються кутового і трапецієподібного перерізу (рис. ХІ.24, а, б). Довгомірні, опертих по двох сторонах, призматичні складки працюють в поздовжньому напрямку як балка, а в поперечному - як рама, розпір якої зразок циліндричних оболонок погашається бічними гранями суміжних складок; лише крайні складки повинні бути забезпечені відповідними бортовими елементами.

По торцях призматичних складок встановлюються діафрагми жорсткості, які повторюються і в прольоті. До непрізматіческім складкам відносяться складки косокутні зі збіжними гранями, шатрові, прямокутного плану, з однаковим ухилом граней з усіх чотирьох сторін, склепінні і купольні (рис. XII.24, м-м). Конструктивна висота довгомірних складок, як призматичних, так і косокутних, не повинна бути менше 1 / 10 ... 1 / 15 головного прольоту L: проліт L у таких складок зазвичай не перевищує 50 м, а в шатрових -20 м. Складки бувають монолітні і збірні, гладкі та ребристі. Монолітні складки виконуються зазвичай гладкими, з товщиною стінки не менше 5 см. Збірні виконуються з плоских плит, облямованих ребрами, висота яких приймається 1/100...1150 головного прольоту, а товщина самої плити приймається в 2. ., 3 рази менше, але не менше 3 см. При цьому горизонтальні межі трапецієподібних складок, які сприймають основні стискаючі зусилля, зазвичай робляться в 1,5 ... 2 рази товще, ніж похилі грані. Потовщення граней передбачається також у місцях їх кутових з'єднань. Складчасті покриття можуть утворювати склепіння з прольотами до 60 м і вище (рис, XI 1.25, а). У цьому випадку верхні і нижні опори, зібрані з плоских елементів, з'єднуються затяжками, а в торцях передбачаються трикутні опорні рами. Збірні плити таких склепінь ребристі, прямокутні. Складки можуть бути виконані також і в комбінації з оболонкою, як це було здійснено на олімпійському об'єкті Дружба в Москві (рис. ХІ.25, 6). Матеріалом для складок служить в основному залізобетон, проте складки можуть бути виконані і з клеєної деревини, і з металу. Металеві складки звичайно виготовляють із сталевого листа, посиленого по краях куточком.