Пологие оболочки

Возможности применения купольных конструкций, оболочек имеют ограничения в связи со сравнительно узкой номенклатурой зданий, в которых могут быть применены залы круглой формы. Значительно чаще возникает необходимость применения перекрытий оболочками двоякой кривизны залов прямоугольной, квадратной, а иногда треугольной или многоугольной формы. В этих случаях купольная поверхность оболочки оказывается срезанной вертикальными поверхностями. По плоскостям среза устанавливают выпуклые контурные элементы (диафрагмы жесткости), воспринимающие усилия сдвига по линии сопряжения с оболочкой.

В качестве диафрагмы жесткости могут быть применены сегментная ферма, арка с затяжкой, криволинейный ригель (на колоннах) или криволинейный брус (на стенах). В целях экономии объема здания такие покрытия проектируют пологими: стрела подъема оболочки не превышает 1/10 по отношению к каждой из сторон плана.

Форму оболочки покрытия определяет тип ее срединной поверхности. Для покрытия прямоугольных залов применяют оболочки с поверхностью вращения или переноса. Из поверхностей вращения чаще всего используют фрагмент выпуклой поверхности тора положительной гауссовой кривизны. Поверхность переноса формирует перемещение криволинейной образующей (круговой, параболической, эллиптической или др.) по параллельным криволинейным направляющим. Для оболочек из монолитного бетона выбирают преимущественно поверхность переноса, что упрощает конструкцию опалубки и технологию возведения; для сборных оболочек - тороидальную. 

В последнем случае разрезка поверхности на сборные элементы системой радиальных и вертикальных секущих плоскостей обеспечивает равновеликость большинства сборных элементов и возможность их унификации. Основным типом сборного элемента служит гладкая или ребристая панель с цилиндрической поверхностью размером 3X6 или 3X12 м. Толщину оболочки принимают в 1/500-1/600 пролета, но не менее 3 см.

Пологие оболочки  (рис. 103). компонуют отдельностоящими или многоволновыми. Первые получили преимущественное применение в общественных, последние - в промышленных зданиях. В общественных зданиях пологие сборные оболочки типизированы для зданий, квадратных в плане, с размерами сторон от 18X18 до 60X60 м. В практике есть случаи применения пологих оболочек для покрытий пролетами 100—150 м.

Устройства верхнего света в пологих оболочках проектируют в виде фонаря в серединной зоне покрытия, а также мелких круглых или многоугольных проемов в сборных элементах покрытия.

Возможность применения покрытий с поверхностью отрицательной гауссовой кривизны (гипара, однополостного гиперболоида), вращения (внутренней части тора) привлекает строителей (рис. 103, Б). Оболочки отрицательной гауссовой кривизны представляют возможность повышения устойчивости, обеспечения хороших акустических качеств за счет рассеяния отраженных звуковых волн, уменьшения строительного объема зданий по сравнению с покрытиями положительной кривизны при одинаковой стреле подъема, а также усиления архитектурной выразительности. Из числа упомянутых поверхностей до последнего времени наиболее широко используют в строительстве поверхность гиперболического параболоида.

В монолитном строительстве наиболее широко применяют фрагмент поверхности гипара (лепесток), проектируемый на горизонтальную плоскость квадратом (ромбом, параллелограммом). Используют единичный лепесток или комбинации прямолинейно ограниченных лепестков в покрытиях шатровой, зонтичной или куполообразной формы. Конструкция оболочки в виде одно-лепесткового гипара - распорная. Распор воспринимают затяжками или передают на фундамент через наклонные опоры.

В комбинированных покрытиях удается полностью или частично уравновесить усилия распора в составляющих покрытие оболочках и передать на опоры только вертикальные нагрузки.

Одиночные лепестки применяют для покрытий пролетом 18-70 м. Стрелу подъема назначают (1/6-1/8)L а толщину оболочки - (1/400 - 1/600)L. При пролете лепестка свыше 30 м края железобетонного гипара усиливают контурным ребром. При больших пролетах (50-70 м) подвеска краевого элемента к оболочке нецелесообразна, так как вызывает ее поперечный изгиб. В этих случаях краевой элемент опирают на самостоятельные опоры, которые следует совмещать с наружными ограждающими конструкциями, как это выполнено, например, в покрытии спортивного зала в Сидзуоке (рис. 103, В).

Применительно к требованиям сборного строительства поверхность гипара недостаточно целесообразна, так как при ее разрезке образуется изобилие типоразмеров сборных элементов. В связи с этим в сборном и сборно-монолитном строительстве прибегают к покрытиям отрицательной кривизны с поверхностью однополостного гиперболоида вращения или внутренней части тора.