Большепролетные конструкции покрытий
Здания строят люди и строят их для людей, поэтому они всегда имеют габариты и размеры, соответствующие человеческим размерам. Габариты дверных проемов, арок, высота перилл, высота подступенка на лестнице - все складывается из человеческих привычек, возможностей и потребностей. Большие здания были востребованы всегда, это и дворцы для пышных приемов знати и церкви, которые должны были вместить всех желающих. Но долгое время возможности строителей были ограничены из-за применения штучных материалов, камня, или кирпича. Деревянные конструкции также не могли перекрыть большие площади и лишь век промышленной революции позволил наконец осуществить этот долгожданный шаг к расширению границ.
Железобетон и металл стали с одной стороны основными материалами для строительства, а с другой потребовались дополнительные здания, промышленные цеха, площадки, где могли бы изготавливать конструкции.
Одними из первых и знаковых проектов стали Эйфелева башня и Хрустальный дворец. Эти соооружения стали для современников воплощением инженерного чуда, не зданиями, а артефактами, примерами новой искусственной среды и новым этапом в истории развития науки и техники.
Хрустальный дворец, построенный по проекту Дж. Пакстона в 1851 году из деревянных рам, железных балок, и чугунных стоек имел площадь в 90 тысяч квадратных метров. Это было здание, которое смогло вместить всемирную выставку 1851 года, само по себе являясь инженерным чудом.
Габариты Хрустального дворца:
- высота 33 метра;
- длина 564 метра;
- ширина 124 метра.
Для посетителей выставки, которые приехали со всего света, такое огромное здание казалось бесконечным, оно могло вместить 14 000 зрителей, для вентиляции в нем были продуманы специальные инженерные системы.
Неудивительно, что такой объект после выставки повторили в разных странах и с разным успехом. Дальше мы можем наблюдать за тем как разворачивалась эта бесконечная гонка выше, длиннее и просторнее.
Балочные, рамные и арочные конструкции
По принципу работы большепролетные конструкции делят на две большие группы:
- плоские системы, к которым относятся арки, рамы, фермы, балки);
- пространственные системы, такие как складки, оболочки, стержневые системы и прочие.
Рисунок 1. Балочная разрезная, неразрезная, консольная, арочная, рамная и комбинированная фермы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Для расчетов и конструирования плоскостные системы намного проще, при составлении расчетной схемы влиянием соседних рам пренебрегают, так как по отношению с жесткими пространственными дисками, связи между ними являются относительно слабыми. Для плоских конструкций применяется железобетон, металл и дерево. Дерево было первым материалом, которое стали использовать для легких перекрытий, но сегодня его возможности за счет обработки и усиления стали гораздо шире. Деревянные конструкции применяются сегодня и в общественных зданиях, и в промышленности, и в сельском хозяйстве.
В древние времена долговечность деревянных конструкций была невелика, так как отсутствовали эффективные способы обработки древесины, которые позволили бы защитить ее от насекомых, грызунов, огня. Но сегодня существует целая линейка средств, позволяющих продлить срок службы дерева.
Железобетонные балки, рамы, арки не гниют, не ржавеют и не боятся огня, но они обладают очень большой массой. Для большепролетных конструкций важна легкость.
Плоские пространственные конструкции по принципу работы делятся на распорные и безраспорные. В балках и фермах работа конструкций находится только в вертикальной плоскости, поэтому они являются безраспорными. Рамы и арки наоборот передают на колонны усилия распора вместе с вертикальной нагрузкой. В рамах ригель и стойка соединены жестко, поэтому появляются изгибающие моменты, от действия нагрузок на ригель.
