Складчатые конструкции

Курсовая работа

Складчатые конструкции складки, тонкостенные строительные конструкции типа оболочек, состоящие из плоских элементов (пластинок) соединённых между собой под некоторыми двугранными углами.

Складчатые конструкции позволяют перекрывать большие пролеты (от 20 до 100 м) при экономном расходовании материала и часто определяют архитектурно-художественную выразительность сооружения.

По-видимому, складчатые конструкции из пластмасс ждет широкая сфера применения в качестве различных ограждений и складских сооружений, учитывая их низкую стоимость. Однако проблема гибкости стыков, особенно в узловых соединениях элементов конструкции при ее трансформации, сложна и требует точного математического анализа.

Различают три вида статических схем складчатых конструкций : балочную, арочную и рамную. В балочной складки опираю т на торцовые балки-диафрагмы или стены, передающие давление на стойки.

Многообразие фирм и конструктивных систем (сводов, оболочек, складчатых конструкций, вантовых и пневматических конструкций) дает возможность архитектору не только максимально выразить в композиции пластику и пространственный характер этой формы, но и использовать их технические возможности.

Построение складок на основе торсов вводит в рассмотрение новую разновидность складчатых конструкций и дает возможность архитекторам и инженерам применять новые архитектурные формы.

Внедрение складчатых конструкций в практику строительства общественных и промышленных зданий и сооружений к которым предъявляются различнейшие эксплуатационно-технологические требования соответствует духу современного строительства.

Плоские или арочные складчатые конструкции позволяют весьма экономично осуществлять перекрытия больших пролетов.

Конструкций стен, перекрытий и лестниц с применением складчатых структур придает определенные архитектурные акценты всему сооружению в целом и обеспечивают выразительное членение его объемов.

Складчатые конструкции экономичны как при строительстве индивидуальных объектов, так и в случае применения серийно изготовляемых сборных элементов.

Для устройства складчатых конструкций кроме железобетона как основного материала, обычно использования для этих целей, пригодно также дерево, твердые волокнистые плиты, пластмассы и составные конструкции из алюминия и пенополистирола (при соответственном режиме эксплуатации).

2. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СКЛАДЧАТЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Первый патент на складчатое покрытие был выдан в 1937 году. В кровельном покрытии полигонального в плане сооружения прикреплялся тонколистовой настил в виде плоских треугольных панелей, расположенных под углом к поясам с образованием складчатого покрытия. В 40-ых — 50-ых годах в США был выдан ряд патентов на бескаркасные складчатые здания арочного или сводчатого очертания, образующихся из примыкающих непосредственно друг к другу одинаковых арок, составленных из лоткообразных элементов трапециевидного, треугольного и U-образного сечения. В нашей стране первое авторское свидетельство по складчатым конструкциям было выдано в 1945 году на складчатый свод из листового металла.

10 стр., 4582 слов

Плоские пространственные покрытия современных зданий металлических конструкций

... двум основным элементам; тонколистовой и кровельный настил. Типы пространственных покрытий: своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки ... зданий и сооружений. При строительстве промышленных и гражданских зданий часто возникает необходимость перекрытия больших пролетов. В зависимости от конструктивной схемы и статической работы несущие конструкции покрытий таких зданий ...

С 1950 по 1965 год в различных странах — США, Великобритании, Австрии, Франции и ФРГ — на складчатые элементы и сооружения, собираемые из них, было получено около двух десятков патентов. В этих решениях складчатые конструкции получили дальнейшее развитие. Окончательно обозначились два основных направления, первое из которых — формирование систем из лоткообразных элементов; второе — из ромбических или треугольных элементов. Кроме того, начинают появляться системы, собираемые из элементов со сложной структурой профилирования, которые можно отнести к третьему направлению — пространственным элементам сложной конфигурации.

В период с 1965 по 1974 год на складчатые конструкции выдано уже более 30 патентов и авторских свидетельств. Из всего множества решений наиболее типичными, характеризующими три выделенных направления и представляющими особый интерес, с конструктивной точки зрения, являются следующие конструкции:

К 2000 году выявлено более 60 патентов и авторских свидетельств на складчатые здания. Наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом получили как сами лоткообразные элементы, так и сооружения из них.

2.1 Примеры использования складчатых конструкций при строительстве объектов нашей страны

Все эти сооружения объединяет использованная в их покрытии складчатая поверхность. В сравнении с другими пространственными конструкциями, складчатые структуры встречаются не часто, как в постройках, так и в литературе. В чистом виде складчатые конструкции были распространены в 60 — 80-ых годах XX века. Потому и большая часть литературы, их описывающей, примерно того же времени издания.

Курский вокзал в Москве

Советский павильон на ЭКСПО-70

«Складчатая конструкция представляет собой систему пространственно связанных между собой тонких (обычно плоских) пластин — граней» — это наиболее точное определение складок, которое даёт Германн Рюле в книге «Пространственные покрытия» в 1973 году. Учебники по конструкциям как правило ограничиваются общими рисунками и описанием простейших складчатых покрытий.

Здание таможни на Российско-Финской границе

Спортивный зал «Дружба»

3. Разновидность складчатых конструкций

Тем не менее, разнообразие складок велико. И хотя многие из них на первый взгляд относятся к другим типам конструкций, всех их объединяет общий принцип работы. А принцип работы складок прост: это увеличение высоты сечения (h) конструкции в сравнении с толщиной используемого материала, за счёт геометрического преобразования её поверхности, причём размеры граней складок в этом случае приближаются к оптимальным, с точки зрения жёсткости.

28 стр., 13995 слов

Большепролетные конструкции покрытий гражданских и промышленных зданий

... материал для большепролетных зданий - железобетон. Совершенствование железобетонных конструкций в XX в. привело к появлению тонкостенных пространственных конструкций: оболочек, складок, куполов. возникла ... арки); пространственные (оболочки, складки, висячие системы, перекрестно-стержневые системы и др.). Балочные, рамные и арочные, плоскостные системы большепролетных покрытий проектируются обычно без ...

Возникающее в этом случае распорное усилие, обладает как плюсами, так и минусами. С одной стороны появляется необходимость устройства жёсткого опорного контура или затяжек, с другой стороны пластичность структуры даёт высокое восприятие температурных, осадочных и прочих внутренних напряжений за счёт податливости узлов соединения.

Складчатые конструкции относятся к пространственным конструкциям (даже простые прямоуголные складки, как на предыдущих схемах) и занимают в их классификации самостоятельное направление. Однако легко комбинируются со всеми остальными типами. В современной архитектуре, как правило, представлены именно в сочетании с другими видами конструкций. Они могут иметь различные очертания и формы.

Одной из самых простых и одновременно интересных складок является сводчатая перекрёстная складка, разворачиваемая из плоскости. Возьмём лист бумаги и сложим его по пунктирным линиям в одну сторону, а по сплошным в другую. Совершив все сгибы одновременно

Получим эту складку:

Изменяя вид развёртки можно получать различные виды складок. Это один из методов формообразования складчатых поверхностей. Помимо него новые складчатые поверхности можно получать методом профилирования образующих сечений поверхностей, а так же методом компоновки простых складчатых модулей. складчатый конструкция строительство железобетон

Материалом для складок может служить железобетон, армоцемент и клеёная древесина, но самое широкое распространение они получили в виде профилированного металлического листа. Сегодня профнастил применяется практически в любом объекте строительства. Он же является основным направлением развития и изучения складок, как конструкций. Складки, как несущие конструкции покрытий долгое время после их появления практически не изменялись. А с 80-ых годов практически не использовались из-за дороговизны и сложности проектирования. Однако в связи с тем, что в последнее время применение компьютерных технологий проектирования, а особенно параметрического моделирования, позволяет решать многие проблемы, связанные с проектированием, расчётом и конструированием и гораздо более сложных структур, складчатые конструкции или их элементы стали появляться в архитектуре современных общественных зданий. Как, например, в аллее олимпийского стадиона в Афинах, «Городе наук» в Валенсии или станции железнодорожной линии AVE в Уэльвеа, архитектора Сантьяго Калатравы.

Олимпийская аллея в Афинах

Город наук в Валенсии

Железнодорожная линии AVE в Уэльвеа

Арочные покрытия по типу могут быть плоскостные и балочные. Учитывая малую жесткость арок из своей типу компоновки основных конструкций могут плоскости, рационально производить монтаж спаренными арками. Возможно также выполнение арок в виде складчатой конструкции.

По конструкциям ворота разделяются на распашные, откатные, подъемные и складчатые и по количеству створок одна, две и более.

Основными конструктивными элементами платформы являются пол, усиленный продольными ребрами замкнутого сечения, боковые борта, имеющие наклонный участок при переходе к полу, обвязки переднего борта, обвязки боковых бортов и задняя обвязка. Все обвязки имеют замкнутое сечение. Таким образом, платформа представляет собой пространственную тонкостенную конструкцию, которая эквивалентна открытой призматической (складчатой) системе.

14 стр., 6582 слов

Реферат стеновые панели

... Конвейерное производство - усовершенствованный поточно-агрегатный способ формования наружных стеновых панелей. Весь процесс изготовления стеновых панелей разделяется на технологические операции, причём одна или несколько ... укладка слоев в едином технологическом цикле с образованием монолитного сечения, что устраняет необходимость установки стальных или дискретных железобетонных связей ...

Жилища, разработанные для кочующих сельскохозяйственных рабочих в Калифорнии Международной корпорацией по конструкциям, изготовлялись из пенополиуретановых панелей, облицованных бумагой, сдублированной с полиэтиленовой пленкой, складки которой как бы впрессовывались в материал, что вело к образованию трещин. Однако, по экономическим соображениям, пока еще нет возможности создать складчатую форму из одного большого листа жесткого ПВХ с локализированной гибкостью вдоль сгибов. Точно так же все еще невозможно воспользоваться другим простым решением — отдельными пенополиуретановыми панелями с поверхностной коркой, склеенными вместе при помощи липкой ленты.

Ниже рассмотрим примеры несколько видов складчатых конструкций применяемых в современном строительстве.

…И так

3.1 СКЛАДЧАТЫЕ СВОДЫ

Технологии конструирования складчатых сводов.

Складчатые своды с треугольным очертанием сечения рекомендуется проектировать из трапециевидных железобетонных ребристых панелей с плоской верхней поверхностью.

Конструкция складчатого свода

Рис. 1 а- общий вид; б-рядовая панель; в- опорная панель; 1- рядовые панели; 2-опорные панели; 3- опорные фермы; 4- затяжки; 5-закладные швеллеры, усиленные пластиной; 6- закладные уголки; 7 — закладные пластинки; 8- отверстия для строповки панелей и установки бандажей; 9-плиты торцевого карниза

Ширину b примыкающих друг к другу тонкостенных складчатых арок (складок), образующих свод, принимают, как правило, равной 6-12 м в соответствии с шагом несущих колонн. В общественных зданиях ширину складок допускается принимать равной 3 м, если это необходимо по архитектурным соображениям.

Высоту поперечного сечения складок h следует принимать от ј до 1/10 их ширины. При увеличении высоты поперечного сечения складок возрастает несущая способность сводов и обеспечивается возможность перекрытия ими больших пролетов.

Сборные панели для складчатых сводов рекомендуется проектировать с учетом изготовления их в стальных форма х по обычной поточноагрегатной технологии. Толщина плит и шаг поперечных ребер определяются расчетом. Ребра панелей армируются сварными арматурными каркасами, рабочую арматуру которых рекомендуется принимать из стали класса А500. Полка толщиной 30 мм армируется сварной сеткой из арматурной проволоки периодического профиля класса В500, диаметром 3-4 мм, с размером ячейки 200Ч200 мм. Толщину панелей и их полок рекомендуется принимать одинаковыми независимо от пролета сводов и стрелы их подъема в ключе. Длина панелей принимается в зависимости от высоты поперечного сечения складки. Ширина панелей принимается, как правило, не более 3000 мм, а для панелей, транспортируемых в положении «на ребро», — 3200 мм.

4 стр., 1747 слов

Монтаж панелей перекрытия

... и внутренних стеновых панелей. Это позволит каждую панель перекрытия по всему контуру укладывать на проектную ширину опоры рис. (1.2). Рис.1.2. Организация рабочего места монтажника при монтаже плит перекрытия (покрытия) панели перекрытия Панели перекрытий, имеющие с ...

При конструировании панели с проемом для зенитного фонаря края проема усиливают ребрами, расположенными в направлении действия основных усилий в складках сводов. Опорные панели вследствие концентрации усилий в местах расположения затяжек или других элементов, воспринимающих распор сводов, проектируют сплошными.

В сводах значительных пролетов для распределения на большую площадь усилий, возникающих в местах закрепления затяжек, может возникнуть необходимость усиления сплошными участками ребристых панелей, примыкающих к опорным панелям свода. Необходимость такого усиления устанавливается расчетом. Все панели складчатого свода, за исключением опорных, рекомендуется принимать с одинаковыми опалубочными размерами. При опирании сводов на колонны в качестве бортовых элементов рекомендуется применять треугольные фермы (рис. 7.10, а) с железобетонным верхним и стальным нижним поясами из прокатных профилей или из железобетона с предварительно напряженной арматурой.

В сводах, опираемых на колонны или продольные стены, распор каждой складки шириной 12 м рекомендуется воспринимать четырьмя затяжками из круглой стали классов С345, С390 или арматурной стали классов А400 и А500. Затяжки располагаются попарно в двух уровнях на расстоянии 6 м друг от друга и пропускаются сквозь отверстия в коньковых и опорных узлах ферм.

Рис. 2 а- опорная ферма;б- примыкание к ферме опорных панелей и плит продольного карниза;1- консоль для опирания торцевого карниза у ферм, установленных в крайних пролетах;2-швеллеры;3- пластина;4- закладные пластины;5отверстия для затяжек;6- накладка;7- подвеска;8- опорная панель;9- плита продольного карниза;10- закладные уголки;11- анкер;12- фиксатор (стержень,l = 80-100 мм)

3.2 Треугольные и трапециевидные складки

Складчатые конструкции могут быть разделены на две основные группы: балочные складки и призматические складки или складчатые оболочки. К балочным складкам могут быть отнесены треугольные и трапециевидные складки с жестким поперечным сечением, которые могут быть рассчитаны и законструированы по схеме простой балки в предположении линейного распределения продольных деформаций по высоте сечения. В этом случае часто для повышения жесткости граней из их плоскости предусматриваются подкрепляющие ребра или диафрагмы жесткости. Призматические складки или складчатые оболочки рассчитывают и проектируют с учетом деформаций поперечного контура. Призматические складки аналогично длинным цилиндрическим оболочкам имеют продольные бортовые балки, в которых размещается вся или большая часть продольной растянутой арматуры, и поперечные жесткие диафрагмы по торцам складок.

Конструктивные схемы треугольных и трапециевидных складок и некоторых складчатых систем из них для покрытий и перекрытий приведены на рисунке ниже:

  • Рис. 3 а- треугольные складки, образуемые из плоских элементов (плит);
  • б- то же, из Г образных элементов;
  • в- трапециевидные складки, образуемые из Z-образных элементов;
  • г- устройство световых проемов в треугольных и трапециевидных складках;
  • д- треугольные складки переменного сечения на полигональном плане;
  • е — призматические трапециевидные складки в консольном подвесном покрытии;
  • ж балочная складка с линейчатыми гранями, очерченными по поверхности гиперболического параболоида

Трапециевидные складки имеют (рис.3, б, в) горизонтальные полки, усиливающие наиболее сжатую и растянутую зоны сечения. С целью устройства плоской верхней поверхности покрытия по складкам могут укладываться плиты, образуя складки замкнутого сечения. В наклонно или горизонтально расположенных гранях складчатых покрытий можно устраивать световые проемы (рис.3, г).

4 стр., 1633 слов

Реконструкция конструктивных элементов (крыши)

... другой окружности или иной геометрической кривой. Складчатая крыша образуется от соединения отдельных трапецеидальных элементов – складок. Куполообразная крыша по очертанию представляет собой половину шара ... также экономическая и техническая эффективность ее осуществления. Градостроительные задачи реконструкции заключаются в улучшении планировочной структуры города, оздоровлении городской среды, ...

Складчатые конструкции на замкнутом полигональном контуре образуют складчатый распорный купол (рис. д).

Имеются примеры проектирования консольно-вантовых покрытий с применением призматических складчатых элементов (рис.3, е).

В этом случае складки рассчитываются и конструируются с учетом сил, возникающих в месте крепления вант.

К треугольным складчатым конструкциям могут быть отнесены системы с переменным углом наклона граней. В этом случае грани имеют очертание весьма пологой линейчатой поверхности второго порядка, например, гиперболического параболоида или коноида (рис.3, ж).

Растянутый пояс таких складок обычно предусматривается предварительно напряженным.

Складчатые конструкции могут изготовляться сборными, сборно-монолитными и из монолитного бетона с обычной и предварительно напряженной основной растянутой арматурой, располагаемой в ребрах и поясах.

Сборные призматические складки проектируются в зависимости от условий их изготовления и монтажа из плоских, Г- или Z-образных элементов, а также элементов треугольного и трапециевидного сечений длиной 2-6 м в зависимости от вида и размеров поперечного сечения складчатого покрытия или целыми панельными складками, длина которых равна длине перекрываемого пролета.

Призматические складки треугольного и трапециевидного сечений рекомендуется применять для покрытий однопролетных зданий с пролетами длиной не более 30 м. Грани складок при этом располагаются по направлению пролета и образуют лотки для отвода атмосферной влаги.

Балочные складки шириной менее 3 м рекомендуется опирать на подстропильные балки, фермы и тому подобные элементы или стены, а складки шириной 3 м и более можно опирать непосредственно на колонны.