Конструкция большепролетного перекрытия в первую очередь должна быть легкой. Сфера применения железобетонных ферм и балок ограничена их большим весом. Рассмотрим далее, как выполняются стержневые пространственные конструкции и купола и почему они получили такое распространение.
Пространственные стержневые конструкции
Наблюдая за развитием архитектуры можно увидеть, что с одной стороны современные здания, авторами которых являются архитекторы с мировым именем, экспериментируют с формами и линиями, отказываясь от привычной геометрии линии. А с другой стороны мы видим, что во многих проектах самой сложной конструктивной частью является именно крыша. Стержневые системы за счет своей легкости, податливости и модульности легко отвечают современным запросам, из них можно собрать конструкцию любой формы, которую желает увидеть архитектор. Небольшие по длине металлические стержни соединяются в единую систему, которая работает на растяжение и на сжатие. Такая система обладает достаточной прочностью, чтобы перекрыть большие пролеты и можно наконец уйти от промышленной модульности, рядности и строгости и использовать плавные формы.
Пространственно-стержневые системы могут образовывать:
- плоские формы;
- криволинейные формы;
- складчатые формы;
- линейные формы.
Применение пространственно-стержневых конструкций позволяет уменьшить материалоемкость без ущерба для прочности.
Считается, что рациональная конструктивная форма стержня определяется технологичностью его производства. На сегодня сформирован унифицированный сортамент, который позволяет подобрать нужные размеры, применяя максимальные композиционные возможности. За счет полной индустриализации производственного цикла на площадку поступают детали, идеально отвечающие нужной геометрии.
Такой набор стержней может быть отправлен в любую удаленную и труднодоступную местность и собран уже на строительной площадке.
В итоге в распоряжении архитектора неограниченное разнообразие возможных форм, создаваемое из исходных типов элементов. Совершенствование стержневых конструкций продолжается и сегодня, рассматриваются варианты для еще большей экономии стали, так же рассматриваются другие формы структуры. Анализируются полуправильные многогранники, которые обладают возможностью плотного заполнения пространства при применении стержня одной длины, такими свойствами обладает тетраэдр и октаэдр.
Тетраэдр – это простейший многогранник, образованный четырьмя треугольниками.
Купола
Купола или купольные покрытия известны строителям давно, они используются и сегодня для перекрытия зданий и сооружений.
По типу купола делятся на:
- ребристые. Состоят из плоских или пространственных ребер, которые установлены радиально и связаны прогонами. В верхних поясах образуется сферическая поверхность. Ребра такого купола могут иметь как сквозное, так и сплошное сечение. При расчетах ребра рассматривают как трехшарнирные арки. В ребристом куполе возникают распорные усилия, поэтому их необходимо передать на опорное кольцо или конструкцию стен;
- ребристо-кольцевые купола также образуют пространственную жесткую систему, но состоит она из ребер и кольцевых прогонов. Кольцевые прогоны позволяют сдерживать растягивающие усилия. За счет связи ребер жесткими кольцами исключаются горизонтальные перемещения. При расчетах кольце заменяют условными затяжками;
- сетчатые купола состоят из раскосов, ребер и колец. Они имеют наибольшую связность системы. Раскосы располагают между ребрами и кольцами. Эти диагональные связи установлены каждом четырехугольнике, образованном ребрами и кольцами.
Купольная конструкция может быть однослойной или многослойной. Как правило она изготавливается из труб.
Рисунок 1. Примеры стержневых пространственных систем. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если раньше купольные конструкции использовались в церквях и культовых сооружениях, то сегодня их можно встретить везде. И здание торгового центра, может увенчано куполом, и здание местной администрации. Это достаточно простой для расчётов и надежный способ перекрытия круглых в плане площадей. С развитием программных комплексов для расчетов сложных системы и структура стало гораздо проще подбирать и моделировать необходимые сечения стержней.
