Немного истории

Немного истории:

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.

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.

Складчатая конструкция представляет собой систему пространственно связных между собой тонких (обычно плоских) пластинок-граней. В зависимости от очертания отдельных граней, которые могут быть прямоугольными, трапециевидными или треугольными, различают призматические и пирамидные складки. Иногда складчатые конструкции выполняют с криволинейными гранями.

Отдельный элемент балочного типа со складчатым профилем поперечного сечения называют складкой. Внешние нагрузки называют в действующие в срединных поверхностях граней: наряду с этим грани работают на изгиб, вызываемый нормальными к ним составляющими внешних нагрузок.

Треугольные складки применяются весьма широко. ширину отдельных складок назначают в пределах от 2 м до 6 м. высота складки принимается в зависимости от статической схемы покрытия, от пролета, ширины складки и нагрузки. Для однопролетынх складок высота составляет 1/20-1/30 пролета. Уклон всех граней складок обычно принимают одинаковыми, его значение принимается в зависимости от заданных ширины и высоты складки. оптимальная величина угла наклона граней к горизонтальной плоскисти 30-35 градусов. При меньших углах наклона не удается обеспечит необходимую конструктивную высоту складки, при больших - затрудняется бетонирование и увеличивается расход материалов. Треугольные складки обычно выполняют монолитными, однако в последнее время все больше применяют сборные элементы. Сборные складки монтируют из плоских прямоугольных плит.

Применение складок, образованных из плоских элементов трапециевидного или треугольного очертания, позволяет создавать архитектурно эффективные конструкции либо перекрывать сооружения.

Трапециевидные складки имеют, при той же коструктивной высоте, значительно больший момент инерции чем треуголные. Поэтому трапециевидные складки часто применяют в качестве целых сборных ЭЛЕМЕНТОВ покрытий;длина их составляет обычно 15-20м, ширина 2-3м. конструктивная высота таких складок, как правило, нескольуо меньше, чем треугольных.

Сборные складки выполняют обычно из трапециевидных элементов, располагаемых свесами полок вверх, т. е. с продольными стыками в уровне верхнего пояса. С точки зрения выполнения стыков, устройства верхнего света и т. д. эта схема обладает определенными преимуществами;к ее недостаткам относят уменьшение несущей способности и устойчивости. а также необходимость весьма точного изготовления элементов. В элементе такого типа возможна потеря устойчивости сжатых неподкрепленных свесов полок :здесь также велики изгибающие моменты, вызываемые общими деформациями складки. Нет этих недостатков у трапециевидных складок полками вниз. Для этих конструкций менее существенна не вполне точная установка поперечной арматуры. что подтверждено исследованиями, проведенными в Институте железобетона.

Иследования показали также, что деформация контура поперечного ссечения складок весьма малы;поэтому расположенные в уровне нижнего пояса продольные стыки могут быть надежно замоноличены без опасности повреждения рулонной кровли в процессе эксплуатации.

К достоинствам сбоных трапециевидных складок следует отнести:

· Возможность изменения пролетов складок благодаря отсутствию ребер и подкрепляющих элементов;

· Возможность изменения ширины покрытия применением вставок. н-р трапециевидные складки с фонарями.

· Небольшин габариты сборных элементов, удобные для их хранения и транспортирования.

· Прстоту изготовления с использованием непрерывной технологии.

· Возможность поточного монтажа без укрупнительной сборки и подмостей.

· Возможность приспособления к различным нагрузкам соответствующим подбором арматуры.

Прочие типы складок выполняются преимущественно в монолитном ж/б. Их формы могут быть самыми разнообразными.

Применяют так же складчатые цилиндрические оболочки, преимущественно монолитные. По характеру статической работы они не отличаются от обычных цилиндрических оболочек, которые часто приближенно рассчитывают как складки.

Возможно применение складок и в качестве несущих стен, при этом складки жестко заделывают в уровне фундаментов.

основные положения по конструированию.

При конструировании монолитных и сборных складок необходимо руководствоваться требованиями, специфическими для каждого типа конструкций.

Монолитные складки. Требования к прочности бетона и к точности соблюдения сечения могут быть не столь жесткими, как для сборных элементов. Марка бетона для монолитных складок должна быть не выше 300 – 450, толщина граней не менее 5 см. Угол наклона граней следует принимать не более 350, чтобы обеспечит возможности их бетонирования без двойной опалубки. Размеры отдельных складок (пролет, ширину, высоту) можно принимать произвольно, соблюдая определенные соотношения между ними, из условий расчеиа. Как правило, смежные грани складок жестко соединяют между собой, поскольку изгибающие моменты в поперечном направлении относительно велики. В монолитном железобетоне обычно выполняют складки сложной формы, обусловленной архитектурными соображениями, а также большепролетные складки при L>30 м и B>6 м.

Сборные складки. Размеры их в значительной степени определяются условиями транспортирования. В связи с этим обычно применяемые так называемые балочные складки имеют относительно большую длину при малой ширине. Длину таких складок принимают в пределах до 25 м, ширину – до 3 м. При пролетах, превышающих 25 м, складки изготовляют из отдельных сборных элементов, с укрупнительной сборкой на площадке. В этом случае пролет складок может быть увеличен примерно до 30м, однако трудоемкость и стоимость их монтажа возрастают. Известны предложения облегчить монтаж складок из отдельных плоских плит, например объединением их попарно в целые сборные элементы гибкой поперечной арматурой. Такая арматура играет роль шарнирного соединения, позволяющего транспортировать плиты в сложенном виде, а при монтаже устанавливать элемент складки на опоры в раскрытом положении.

Расчленять складку на отдельные монтажные элементы можно различными способами. Обычно в качестве таких элементов используют прямоугольные плоские плиты, однако известны примеры использования складчатых элементов треугольного профиля либо плоских элементов треугольного очертания.

Марка бетона сборных элементов, при их заводском изготовлении, может достигать 600; в этом случае минимальная толщина элементов может быть снижена до 4 см. Разумеется, должна быть выдержана требуемая толщина защитного слоя бетона. Угол наклона граней складчатых сборных элементов ее должен превышать 400 из условия возможности их бетонирования без дойной опалубки.

Продольные стыки сборных элементов складок обычно выполняют так чтобы обеспечить восприятие изгибающих моментов. Однако в некоторых случаях стыки рассчитывают только на нормальные усилия; при этом удается избежать сложного и трудоемкого решения стыка, обусловленного малой толщиной соединяемых граней.

АРМИРОВАНИЕ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Толщина оболочки далеко не всегда определяется только условием прочности; ее назначают с учетом допускаемых деформаций оболочки, требований устойчивости, необходимой толщины защитного слоя бетона, а также способа изготовления конструкции. Следует избегать резких изменений толщины оболочки из-за возможной значительной концентрации напряжений. В случае необходимости толщину нужно изменять плавно. Переход от оболочки к бортовому элемент} в большинстве типов оболочек должен быть плавным, в виде вуток шириной не менее 10 d, где d — наименьшая толщина оболочки; в некоторых случаях ширину-нутов определяют расчетом.

Все отверстия в оболочке должны быть усилены по контуру дополнительной арматурой в несколько рядов, с достаточной величиной их перекрытия. При этом следует учитывать краевые изгибающие моменты и возможную концентрацию напряжений. Если отверстия располагаются в зоне действия больших сжимающих напряжений, нужно предусматривать дополнительную поперечную арматуру, чтобы предотвратить расслаивание бетона. Следует избегать прямоугольных отверстий и по возможности не размещать их в зонах действия больших сдвигающих усилий.

Все отверстия в оболочке должны быть усилены по контуру дополнительной арматурой в несколько рядов, с достаточной величиной их перекрытия. При этом следует учитывать краевые изгибающие моменты и возможную концентрацию напряжений. Если отверстия располагаются в зоне действия больших сжимающих напряжений, нужно предусматривать дополнительную поперечную арматуру, чтобы предотвратить расслаивание бетона. Следует избегать прямоугольных отверстий и по возможности не размещать их в зонах действия больших сдвигающих усилий.

АРМИРОВАНИЕ

Рабочая арматура обычно размещается в сечении оболочки в соответствии с эпюрой растягивающих напряжений. При конструировании следует выдерживать как требуемую площадь арматуры, так и правильное расстояние между стержнями; Соотношение между диаметром и частотой расположения стержней принимается таким же, как в железобетонных балках.

Главные растягивающие усилия в 'наклонных сечениях должны быть восприняты арматурой, при больших размерах оболочки — с некоторым запасом. Рабочие швы в оболочке должны обеспечить четкое распределение усилий.

Рекомендуется равномерно армировать всю растянутую зону сечения стержнями небольшого диаметра, чтобы ограничить образование трещин, вызываемых растягивающими усилиями в сочетании с напряжениями от температуры, усадки и ползучести бетона. Трещины шириной до 0,1—0,2 мм, как правило, не опасны; .их не удается избежать даже при армировании часто расположенными тонкими стержнями. Это связано, прежде всего, с тем, что оболочка может подвергаться не поддающимся точному учету нагрузкам при транспортировании и монтаже, воздействиям усадки, .ползучести, температуры и т. п. Особое внимание следует обращать на армирование участков примыкания оболочки к бортовым элементам, рассчитывая арматуру с учетом действия краевых моментов и сдвигающих усилий.

Для восприятия поперечных (кольцевых) изгибающих моментов рекомендуется арматура, укладываемая в два ряда (вверху и внизу), между которыми вдоль траекторий главных растягивающих усилий размещается продольная рабочая арматура. Отгибать поперечтую арматуру при изменении знака изгибающего момента Мч не следует. В зонах действия краевых моментов следует либо утолщать оболочку (при необходимости — и сверху, и снизу), либо предусматривать дополнительную арматуру. Продольную арматуру в верхней части оболочки в безмоментных золах (можно размещать в один ряд (внизу). В особых случаях предусматривают и верхнюю продольную арматуру, которая повышает несущую способность оболочки при возможных перегрузках и исключает разрушение сжатой зоны оболочки три больших напряжениях, соизмеримых с фактической прочностью бетона в конструкции. Уменьшение количества поперечной арматуры практически не влияет на трещинообразовапие.

Па участках резкого изменения величины растягивающих напряжений по толщине оболочки (особенно вблизи нейтральной оси сечения) рабочую арматуру следует концентрировать в зоне действия наибольших напряжений (в соответствии с расчетом).

Использование высокопрочной стали для армирования оболочек дает наибольший эффект при размещении продольной рабочей арматуры вдоль траектории главных растягивающих усилий. Это не относится к сеткам, в которых поперечную арматуру рассчитывают на восприятие поперечных моментов Мр. В последнем случае налряже-

Использование высокопрочной стали для армирования оболочек дает наибольший эффект при размещении продольной рабочей арматуры вдоль траектории главных растягивающих усилий. Это не относится к сеткам, в которых поперечную арматуру рассчитывают на восприятие поперечных моментов Мр. В последнем случае налряжения в арматуре от расчетной нагрузки не должны превышать 50% предела текучести. При использовании высокопрочной арматурной стали обязательна проверка конструкции по трещинообразованию и деформациям. Следует избегать отгибов рабочей арматуры, размещаемой вдоль траекторий главных растягивающих усилий; в крайних случаях можно отгибать не более 7з арматуры в каждом сечении.

Материал

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:

Конструкция панели складчатой формы из гнутых профилей

В современном строительстве гнутые профили различных сечений получили широкое распространение как в несущих, так и в ограждающих конструкциях. Однако изготовление криволинейных гнутых профилей сопряжено с технологическими трудностями и требует применения дорогостоящего оборудования. Ряд зарубежных фирм, в частности Knuden LTD, успешно освоили эту технологию и за последние пятнадцать лет довели ее до высоко совершенства, сделав акцент на разработку мобильных технологических установок, развертываемых непосредственно на строительной площадке. Вместе с тем в строительной практике часто возникает потребность иметь гнутые профили с малыми радиусами кривизны или большой высотой гофров. Предлагаемое здесь техническое решение позволяет достаточно просто и эффективно разрешить эту проблему как в технологическом, так и в конструктивном отношении.

Благодаря тонкостенности материал отгибание легко может быть осуществлено в условиях строительной площадки,

УЗЛЫ

Конструкции складчатых зданий, как правило, являются сборно-разборными, поэтому все элементыы соединяются между собой на болтах, без применений монтажной сварки. Складчатая оболочка имеет 2 типа узлов: опорный и рядовой. В зданиях, которые оснащают подъемно-транспортным оборудованием, кроме того, появляются третий тип узла – узел подвески путей подъемно-транспортного оборудования, конструктивно аналогичным рядовым узлам. Опорные узлы в зависимости от конструкции здания могут решаться на фланцах, присоединяемых к обвязочным фундаментам рамами на болтах (а), либо быть бесфланцевыми. В последнем случае опорными элементами на болтахприкрепляются к специальным крепежным деталям, которые, в свою очередь, крепятся к обвязочной фундаментной раме на болтах или сварке (б, в). Возможность выполнения фундаментной рамы из специального профиля, непостредственно к которому прикрепляются на болтах опорные элементы (г). Если необходимость выполнения стальных складчатых зданий сборно-разборными отсутсвует, целесообразна заделка опорных элементов в железобетонном цоколе или фундаменте (д). При решении опорных узлов складчатых зданий важнейшим вопросом является обеспечение водоотвода с оболочки. С этой целью фундаментная рама накрывается оцинкованным стальным листом (а, б), которые в зданиях из аллюминиевого сплава выыполняет также роль изоляции между сталью и аллюминием. В узле, показанному на рис. в, рама включает сплошной стальной горизонтальный лист, к которому приваривают крепежные детали.

Возможно выполнение опорного узла, в котором фундаментная рама бетонируется, а затем выполняется цементная отмостка на цоколе. При этом зоны опорных элементов в местах примыкания к ним отмостки должны покрываться битумом для защиты от коррозии.