Покрытия складками и цилиндрическими оболочками

Покрытия складками и длинными цилиндрическими оболочками нулевой гауссовой кривизны применяют для залов пролетами от 12 до 60 м. (Покрытия короткими цилиндрическими оболочками в общественных зданиях мало распространены: их применяют преимущественно в промышленных зданиях.) Наиболее распространены конструкции пролетами от 12 до 36 м (в сборном варианте - до 24-30 м). При пролетах 24 м и более такие конструкции проектируют предварительно напряженными, размещая напряженную арматуру в бортовых элементах оболочек или ендовах складчатого покрытия.

Конструкции складок и цилиндрических оболочек, являющиеся безраспорными в направлении пролета, по схеме статической работы близки к работе балки тонкостенного криволинейного или ломаного сечения. Распор конструкции в поперечном направлении (стремление к распрямлению складки или оболочки под вертикальной нагрузкой) воспринимают диафрагмы жесткости конструкции.

Геометрические параметры и их соотношения в конструкциях длинных оболочек и складок, показатели расхода материалов при разных величинах пролетов указаны в табл. 18.

Таблица 18. Основные характеристики железобетонных конструкций складок и длинных цилиндрических оболочек

1 - диафрагма жесткости; 2 - бортовой элемент.

Общие архитектурно-строительные задачи - устройства верхнего света, разрезки конструкции на сборные элементы, а также архитектурно-композиционные задачи - увязка формы покрытия с формой плана, выбор формы диафрагм в соответствии с композицией интерьера - решаются в покрытиях оболочками и складками несколько различно.

Покрытия длинными цилиндрическими оболочками проектируют одно- и многоволновыми, одно- и многопролетными, сборными и монолитными. В многопролетных оболочках на опорах применяют единые для смежных пролетов диафрагмы жесткости, в многоволновых - единые бортовые элементы. Форму сечения и расположение бортового элемента оболочки (вертикальная, горизонтальная, трапецеидальная) определяют во взаимосвязи с избранной системой конструкций диафрагм жесткости (рис. 99). Рис. 99. Длинные цилиндрические и коноидальные оболочки: а - одноволновые цилиндрические оболочки: глухая, с проемами для фонаря, монолитные и сборные с различной   разрезкой на сборные элементы; б - варианты конструкций бортовых элементов; в - варианты конструкций диафрагм жесткости; г - устройство деформационных швов в многопролетном и многоволновом покрытии; д - пример архитектурной композиции с применением веерного многоволнового покрытия

В покрытиях многоволновыми оболочками могут быть применены диафрагмы жесткости различного типа: из балок-стенок постоянной или переменной высоты, арок с затяжками или сегментных ферм. Последние конструкции наиболее экономичны, в связи с чем их широко применяют в многоволновых покрытиях промышленных зданий. В общественных зданиях по архитектурным требованиям чаще используют диафрагмы рамного или балочного типа. Проемы для фонарей верхнего света устраивают вдоль шелыги свода, усиливая контур проема армированием и ребрами. Систему многоволнового покрытия цилиндрическими оболочками применяют в зданиях с прямоугольной формой плана. При трапецеидальной форме прибегают к веерной системе многоволнового свода-оболочки.

Оригинальную форму покрытия часто выявляют на фасаде, консолируя часть оболочки за грань наружных стен. Длина консоли должна быть не более 3 м. Вместо глухой диафрагмы в плоскости наружных стен в этих случаях иногда размещают затяжку, устраивая между нею и оболочкой светопроемы для верхнебокового освещения и используя консоль в качестве солнцезащитного козырька.

Оболочка может быть разрезана на криволинейные или плоскостные сборные элементы. В первом случае разрезку ведут поперек пролета с точным сохранением геометрии поверхности, во втором - с расположением большей стороны сборного элемента вдоль пролета, и цилиндрическая поверхность оболочки заменяется поверхностью вписанной многогранной призмы.

Температурно-деформационные швы в многоволновых многопролетных покрытиях устраивают: по длине покрытия — на парных колоннах между парными диафрагмами жесткости, по ширине покрытия — между парными бортовыми элементами.

Складчатые конструкции в связи с большой технологичностью формы применяют чаще, чем цилиндрические оболочки. Применяют треугольную, трапецеидальную и шедовую формы складок в монолитном и сборном вариантах. В зависимости от производственных возможностей сборным элементом складки служат плоская плита, Z- и V-образные элементы. Последние типы наиболее предпочтительны, так как позволяют выполнить жесткие соединения вдоль ребер складок в заводских условиях. Их преимущество также -возможность устройства вдоль стыка верхних плит складки вставок из плоских плит, расширяющих покрытие, либо продольных фонарей. Наряду с рассмотренными иногда применяют складки закрытого сечения.

Их использование сопряжено с увеличением расхода конструктивных материалов на покрытие, но обеспечивает сокращение расхода материалов и труда на устройство кровли, дает возможность скрытого размещения инженерных систем, исключает образование снежных мешков на покрытии. Неизменяемость формы складчатой конструкции обеспечивают плоские поперечные стенки: диафрагмы, затяжки, Г-и Т-образные рамные элементы (рис. 100). Форму элементов жесткости в общественных зданиях выбирают с учетом архитектурных требований. Применяют покрытия с параллельными веерными или встречными складками. Параллельные и встречные складки используют в покрытиях прямоугольных залов, веерные - трапецеидальных.

Аналогично многоволновым складчатые покрытия часто выполняют с консольным свесом за грань наружных стен. Они формируют активный профиль венчания здания и служат стационарным солнцезащитным средством. Складчатая конструкция может быть использована не только для покрытий, но и для стен общественных зданий. Главным образом ее применяют для высоких стен в целях повышения их жесткости без перерасхода материалов.

Совместное применение складчатых конструкций для стен и покрытий может осуществляться с шарнирным или жестким сопряжением между ними. В последнем случае образуется пространственная распорная рамная конструкция. Наиболее известный пример применения такой конструкции - здание залов заседаний комплекса ЮНЕСКО в Париже (архитекторы М. Брейер, Б. Зерфюс, инж. П. Нерви), перекрытое двухпро-летной складчатой рамой. Рис. 100. Складчатые конструкции: а - варианты поперечных сечений, разрезки на сборные элементы и устройств верхнего света; б - формы покрытий с параллельными веерными и встречными складками; в - складчатые рамы; г - примеры архитектурных решений покрытий; д - варианты конструкций поперечных диафрагм - балочная, рамная; е - пространственная складчатая двухпролетная рама в архитектуре здания пленарных заседаний ЮНЕСКО в Париже