VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В мировой строительной практике создано множество уникальных и необычных сооружений общественного и промышленного назначения. Для каждого из сооружений в отдельности рассматриваются несущие конструкции. Широкое распространение получили металлические структурные решетчатые системы покрытия, отличающиеся не только оригинальными архитектурными формами, но и прогрессивными конструкторскими решениями. При проектировании большепролетных покрытий особое место занимают трубные профиля, обладающие оптимальным сечением стержня, работающим на восприятие осевых нагрузок.

Структурные плиты - это пространственные стержневые конструкции, сходные по своему строению с кристаллическими решетками металла. Структура состоит из многократно повторяющихся пространственных элементов в форме пирамиды.

Пространственные системы регулярной структуры основаны на принципе многосвязности. Это определяет целый ряд их преимуществ по сравнению с традиционными конструкциями, скомпонованными из стропильных и подстропильных ферм, прогонов.

Структурные конструкции позволяют перекрывать большие пролеты, отличаются новизной конструктивных и архитектурных форм. Благодаря использованию новых конструктивных материалов (алюминия, высокопрочных сталей), а также в связи с большими возможностями расчета таких систем на ЭВМ, они получили широкое распространение.

Структурные конструкции по своему строению похожи на стержневые плиты. Сначала они применялись в строительстве в виде плит из параллельно расположенных перекрестных ферм двух направлений. В своем дальнейшем развитии перекрестные системы перешли в структурные конструкции за счет сведения конструктивного решения до минимального числа типовых элементов (узла и стержня).

В ряде случаев прототипом структурных конструкций можно считать перекрестные фермы, так как системы из них и структурные конструкции в своем геометрическом строении имеют два общих основных признака — наличие поясных стержневых сеток с квадратными или треугольными ячейками и раскосов, соединяющих узлы поясных сеток.

В отношении прочих конструкций покрытия, структурное покрытие является относительно новым, но благодаря своим основными качествам, оно не уступает своим предшественникам, а даже наоборот, набирает большую актуальность и широкое применение в проектировании общественных зданий.

Основными достоинствами данного покрытия являются:

• возможность создания покрытия любой криволинейной формы;

• сочетание данного вида покрытия с любыми несущими конструкциями;

• архитектурная выразительность, благодаря своему строению;

• разборности конструкции на простейшие элементы;

• простота в сборке готовых элементов на строительной площадке;

• возможность перекрытия различных пролетов, вплоть до 100м и более;

• возможность размещения инженерных коммуникаций в толще покрытия;

• унификация изделий;

• конструкция использует свою несущую способность практически на максимум, что позволяет говорить об экономичности металла в таком покрытии и т.д.

Стержневые плиты, применяемые в структурных конструкциях, можно разделить на следующие группы:

— стержневые плиты типа перекрестных ферм двух направлений с поясными сетками из квадратных ячеек;

— стержневые плиты типа перекрестных ферм трех направлений;

— стержневые плиты, поясные сетки которых образованы сочетанием треугольных и шестиугольных ячеек.

Для покрытий зданий и сооружений наибольший интерес представляют стержневые плиты I и II групп, имеющие более высокую изгибную жесткость, чем стержневые плиты III группы с поясными сетками сложной конфигурации.

Рис.1. Стрежневая плита с поясными сетками из квадратных ячеек с наклонными перекрестными фермами двух направлений.

Выбор группы плит будет зависеть от того, какое очертание имеет общественное или промышленное сооружение в плане. Если же здание имеет прямоугольное очертание в плане, то используется I группа, опираемая на прямоугольную сетку колонн или же по периметру. Для сооружений с криволинейными очертаниями в плане подходят II и III типы, имеющие большую возможность создания криволинейных поверхностей и опираемые по периметру.

В практике строительства структурное покрытие получило следующие возможные варианты доставки конструкции на строительную площадку:

• полная разборка конструкции на основные элементы: стрежни и узлы;

• сборка конструкции на отдельные фермы, допустимой для транспортировки длины;

• длинноразмерных пространственных ферм V-образного, треугольного или трапециевидного поперечного сечения, объединяемых доборными элементами;

• из стержневых или листовых пирамид, вкладываемых при транспортировке друг в друга и объединяемых на монтаже доборными элементами (отдельными стержнями, стержневыми треугольниками, квадратами и т. д.).

Проектирование эффективных большепролетных структурных покрытия, как правило, сдерживается рядом причин, недостатков:

• сложность формообразования;

• малая изученность работы данных конструкций;

• несовершенство конструктивных решений узлов;

• отсутствие проверенных и эффективных методик расчета.

Существующие узловые решения структурных конструкций по видам применяемых в них соединений можно подразделить на три группы.

I группа — сварочные узловые соединения, изготовляемые на строительной площадке;

II группа — болтовые узловые соединения. К ним относятся узловые соединения структурных конструкций, исключающие сварку как в заводских, так и монтажных условиях и позволяющие собирать структуры из стержней на болтах или других сборных приспособлениях;

III группа — комбинированные узловые соединения. К ним относятся соединения, в которых сварка выполняется в заводских условиях, а сборка узла — в построечных условиях на болтах. Характерным для этой группы является расчленение узлового соединения на две группы деталей. Первая приваривается в заводских условиях к концам соединяемых стержней (болтовые наконечники, клинья, листовые косынки и т. д.), а вторая — в виде шайб, болтов и коннекторов объединяет концы стержней в узел.

На момент создания данной классификации узлов, 1980-е годы, это были доступные всем узлы. С течением времени были добавленные еще варианты узлов структурного покрытия. Одним из таких узлов является разработанный в Бретском государственном техническом университете узел из полых шаров.

Рис.2. Узел из полого шара, сконструированный «БрГТУ».

Помимо разработки нового типа узлов, также «БрГТУ» была предложена методика испытания узлов структур, позволяющая исследовать напряженно-деформированное состояние и распределение напряжений на внутренней и наружной поверхностях полого шара, определение уровня концентрации напряжений при многоосном нагружении узла усилиями стержней структурной конструкции.

Несмотря на свой небольшой возраст разработанная структурная плита системы «БрГТУ» с узлами из полых шаров использована при проектировании и строительстве структурных покрытий 26 объектов.

Рис.3. - Покрытие летнего амфитеатра «Славянский базар» в

г. Витебске.

Список литературы:

1. А.В. Никитюк, А.А. Московкина, И.И. Зуева «Достоинства и недостатки структурных конструкций»

2. Металлические конструкции: учебник для вузов / под ред. Ю.И. Кудишина. - М.: Академия, 2007. - 688 с.

3. Хисамов Р.И. «Расчет и конструирование структурных покрытий», Киев, 1981г.

4. Трущев А.Г. Пространственные металлические конструкции: учеб. пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1983. - 215 с.

5. Файбишенко В.К. Металлические конструкции: учеб. пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1984. - 336 с.

Код для цитирования: Скопировать