> Техника, страница 86 > Тонкостенные своды

Тонкостенные своды

Тонкостенные своды, оболочки, отличающиеся от обыкновенных или плоскостных сводов как самой идеей статич. расчета, так и ее конструктивным оформлением. Эти конструкции, впервые примененные в 1925 году на выставочном здании в Дюссельдорфе, в отличие от обычных сводов работают как пространственные системы, то есть не только в плоскости кривой свода, но также и в направлении его образующей. В качестве строительного материала для осуществления Т. с. применялся железобетон. В 1929 г. при участии Ин-та промышленных и гражданских сооружений был сконструирован деревянный Т. с.-оболочка.

Расчет сводов-оболочек основан на том предположении, что все действующие в системе растягивающие напряжения распределены рав номерно по всей толщине оболочки и что в последней отсутствуют явления изгиба. Такое предположение, подтверждаемое опытными данными, справедливо именно в отношении Т. с., то есть имеющих при большом протяжении вдоль образующей незначительную толщину, почти исключающую возможность работы элементов конструкции на изгиб. Необходимым условием устойчивости Т. с. является наличие достаточно прочных торцовых стенок или диафрагм, располагаемых непосредственно над опорами свода, а также устройство пятовых элементов в виде бортовых балок. Возникающий в плоскости поперечного сечения свода горизонтальный распор достигает наибольшего значения в ключе, постепенно уменьшаясь до нуля в точках, расположенных несколько выше пересечения круговой кривой свода с горизонтальным диаметром этой кривой. Усилия, возникающие вблизи пятовых элементов, воспринимаются бортовыми балками, которые из-за этого достигают иногда значительных размеров. Все растягивающие и сжимающие усилия, действующие на перекрытие в пределах протяжения свода, передаются на торцовые элементы конструкции, которые следовательно должны быть соответственным образом рассчитаны. Наряду с Т. с.-оболочками, имеющими круговое или вообще криволинейное очертание, в качестве дальнейшего развития этой идеи появились т. н. складчатые системы с ломаными прямолинейными элементами, имеющие преимущество в отношении простоты выполнения работ.

Нахождение точных величин усилий, действующих в элементах сводов-оболочек под влиянием собственного веса и временной нагрузки, представляет собою чрезвычайно сложную задачу. Если предположить, что кривая свода имеет форму дуги круга, то сущность

Рассмотрим условия равновесия выделенного бесконечно малого элемента abde (фигура 1—2), имеющего в сечении длины сторон Аж и RAO. По боковым плоскостям элемента действуют следующие силы и моменты: Т_х—осевая сила, параллельная образующей, Т₂—осевая сила, параллельная касательной к производящей,

S—срезывающее усилие, параллельное касательной к оболочке, G_x—изгибающий момент на грани, перпендикулярной к образующей, G₂—изгибающий момент на грани, параллельной образующей, Н—крутящий момент, N_x— поперечная сила, соответствующая моменту G_l9N₂—поперечная сила, соответствующая моменту G₂. Для определения этих восьми неизвестных в ф-ии заданных внешних сил требуется кроме условий статики составить три ур-ия, которые представляют собой зависимость между силами и деформациями элемента, выраженными в координатах системы. Совместное решение этих ур-ий представляет собой чрезвычайно трудную математич. задачу, практически исключающую возможность пользования этой теорией в общем виде. Упрощение задачи м. б. достигнуто, если сделать вышеупомянутое перед

положение о том, что при очень тонкой оболочке сопротивление изгибу и кручению оказывается вблизи пят, которые поэтому конструируются с нек-рыми избыточными запасами прочности.

Достоинством тонкостенных сводов-оболочек является чрезвычайная легкость, выгодно отличающая их от обычных сводов, и следовательно большая экономия материалов. Благодаря очень большой жесткости поперечного сечения такого свода появилась возможность перекрывать этой конструкцией весьма значительные по а-о а

пролетьГвнаправлении образующей цилиндра. Эти конструкции впервые изобретены немецкими инженерами Бауерсфельдом, Дишинге-ром и Фирстенвальдером и осуществлены фирмами Цейс и Дикергоф-Видман, сокращенно именуемыми Цейс-Дивидаг.

Упомянутое в начале настоящей статьи перекрытие на выставочном зале в Дюссельдорфе имеет в f плане форму прямоугольника размерами 41 х 35 метров (фигура 3—4). Внутри здания имеются всего две промежуточные колонны, которые делят! помещение на переднее, длиной 23 м, и заднее, более высокое, длиной 18 метров Оба они

220.00

Фигура 5.

109 60

незначительным, и тогда величины G_l9 G₂, H, N_± и N₂ приравниваются нулю. В таком случае ур-ия равновесия элемента оболочки м. б. написаны в следующем виде:

перекрыты железобетонными сводами-оболочками эллиптич. очертания пролетами 11,5 метров при стреле подъема в 3,5 м; толщина оболочки всего 5 и 5,5 см. Отделяющие оба помещения диафрагмы расположена выше пониженного свода и потому не стесняют помещения над сводом, а в верхней части диафрагм устроены световые проемы. На фигуре 4 представлено армирование этой диафрагмы. Арматура сводов весит 2,2 килограмма на 1 м². Железо 0 8 миллиметров расположено в виде сетки с квадратными ячейками; дополнительная косая арматура расположена по

дТi, 9S -у_г дх дд + ^А

(1)

дТ 2, 0S, у_q

ИдО дх ’

(2)

Т2 ~ т ZR=0,

(3)

где У, Y, Z—составляющие нагрузки на оболочку, отнесенные к единице площади. Соответствующая такому предположению безмоментная теория расчета оболочек является справедливой только в том случае, когда оболочка превращается в замкнутую трубу. В обычных же условиях работы Т. с. она дает приближенные решения, практически достаточно точные для средней части кривой свода, но не учитывающие условий работы краевых элементов

направлению главных растягивающих усилий. На фигуре 5 и 6 представлено здание рынка в Франкфурте на Майне длиной 220 м, шириной 70 метров и высотой 23 метров Перекрытие выполнено посредством железобетонного свода-оболочки с пролетом арки в 14,10 метров πρρι высоте 6 метров >и с пролетом 37,10 метров в направлении образующей свода. Своды эллиптич. формы опираются на наклонные несущие стойки, бла- ..

го даря чему понизу пролет возрастает до 50 метров.

Пяты двух смежных сводов представляют собой пустотелую балку размерами 2 мх х 0,8 м, имеющую поверху вогнутую поверхность жо-лоба для стока воды. По торцам сводов находятся же

Фигура 7.

лезобетонные диафрагмы высотой 4,25 метров в середине свода, представляющие собой 5-про-

Шов с вложенными ео тектоновыми плитами толщиной 6 см.

—70 во —.

летную неразрезную балку. Толщина сводов—7 см, увеличивающаяся при переходе к бортовым элементам до 10 см. Арматура состоит из пяти слоев

Продольный разрез

Поперечный разрез f ϊ⁰⁵⁶

~^{*0.26S⁴

0265

СГ7"7^Т77ТЗ

Фигура 9.

железа’jzf 6 и 12 миллиметров, расположенного по направлению главных напряжений. Своды длиной 37 метров опираются на наклонные стойки

шарнирно с целью осуществления подвижности сводов вследствие изменения длины под влиянием t° (фигура 7 и 8). В виду новизны дела и необычной величины пролетов строительное об-во Дикергоф и Видман, задумавшее осуществление этого сооружения, произвело предварительно постройку пробной модели в ¹/₃натуральной величины (фигура 9), имевшей толщину свода в 2,7 см. Модель подверглась испы

танию нагрузкой в 1 000 килограмм на 1 м², после чего на бортовых затяжках образовались первые волосяные трещины, в своде же они обнаружены не были. Бетонирование Т. с. производится торкретированием (смотрите).

Цилиндрич. своды-оболочки могут выгодно применяться не только для перекрытия прямоугольных площадей, но также и при сооружении многоугольных куполов, образуемых пересечением нескольких сводов. При такой системе куполов возможно значительное увеличение расстояния между опорами, причем цилиндрич. своды играют роль балок, передающих нагрузку на ребра.

На фигуре 10 представлены план и разрез перекрытия планетария в Дрездене, представляющего собой 16-угольный купол, построенный из 8 пересекающихся Т. с. сист. Цейс-Дивидаг с толщиной оболочки 4 сантиметров при радиусе кривизны 14,76 метров Своды пересекаются в гуртах, заменяющих диафрагмы, которые при нагрузке собственным весом работают только на центральные усилия, изгибающие же моменты при этом отсутствуют вследствие влияния кольцевых напряжений. Поперечное сечение гурта и арматура показаны на фигуре 11. Из числа других перекрытий Т. с. сист. Цейс-Дивидаг, осуществленных в последние годы в Германии, замечательны перекрытия здания электрич.

станции в Франкфурте на Майне общей площадью 96 х 36,25 метров в виде двухпролетного свода при 8 нефах пролетом 12 метров при толщине свода 8,5 см, перекрытие Лейпцигского рынка,

Фигура 12.

состоящее из трех восьмиугольных сводов диаметром 76 метров и толщиной 9 см, и другие. Железобетонные Т. с. в СССР осуществлены на ряде построек: автобаза мсвязи в Москве, Харьковский почтамт,Сельмаш-строй в Ростове на Дону, Днепро-комбинат и др.

Несмотря на легкость железобетонных Т. с. в условиях дефицитности цемента и металла применение их иногда является затруднительным. В связи с этим в последние годы в СССР был сконструирован впервые и осуществлен для перекрытий зданий ванных печей Гомельского и Нижегородского стекольных з-дов деревянный Т. с.-оболочка, имевший длину 42,6 метров вдоль образующей и ширину 21,b м при радиусе дуги круга в 10 метров Деревянные своды-оболочки с выгодой применяются в настоящее время для перекрытий ангаров, скла- ₍дов, аудиторий, гаражей и других зданий как общественного, так и промышленного значения. ДеревянныйТ.с. возводится с легких постоянных лесов, на которых устанавливаются деревянные арочки (фигура 12). Поверх арочек прибивается настил из 2,5—b-см досок, укладываемых в несколько слоев в продольном и диагональном направлениях и прибиваемых гвоздями (фигура 13). В целях противопожарных эти своды-оболочки подшивают фанерой, благодаря чему потолок делается совершенно гладким. В виду того что при действии внешней нагрузки и собственного веса в пятовом элементе возникает действующее радиально усилие, направленное при сплошной, равномерно распределенной нагрузке внутрь свода, необходимо принять меры к недопущению горизонтальных поперечных смещений борта, которые могли бы иметь место в виду отсутствия опирания пятовых элементов свода на стены. С этой целью устраиваются метал-лич. крепления (фигура 14)." Основным недостат

Фигура 15.

ком деревянного Т. с.-оболочки описанной конструкции являются: 1) необходимость устройства стационарных лесов, 2) сложность устройств для закрепления пятовых элементов.

3) трудность осуществления прорезов для световых фонарей, 4) затруднительность подвески сосредоточенных грузов. Дальнейшим развитием этой конструкции, свободным от упомянутых недостатков", является ребристый Т. с.-оболочка, снабженный по нижней поверхности

Нижний косой настил

Верхний косой настил

Торцовая стена-

Вспомогательные кружальн. ароики

Арки жесткости

Верхний пояс

Фанерная стенка

Нижний пояс

/рогоны-ра спорки

Бортовые дос/аР

Фигура 16.

мощными ребрами в виде серповидных ферм со сплошной фанерной или решетчатой стенкой. Эти ребра не имеют опор в пятах, а являются подвешенными к оболочке. Ребра препятствуют горизонтальному смещению краев свода оболочки (фигура 15—17), благодаря чему этими сводами можно перекрывать пролеты, достигаю-

Фигура 17.

щие 100 метров и более. Устройство фонарей и подвеска грузов благодаря аркам не представляют затруднений. Ребра собираются на особой площадке и монтируются в собранном виде. Приводимая таблица иллюстрирует экономичность применения деревянных Т. с.-оболочек по

Сравнительная экономичность деревянных тонкостенных сводов.

Типы решений	Количество материала		Стоимость в тыс. руб.
Типы решений	Сталь, т	Бетон, м	Стоимость в тыс. руб.
Дерево.	280	1 100	1 200
Металл.	1 120	2 150	2 600
Железобетон.	450	6 850	1 900

сравнению с другими возможными решениями, разработанными применительно к одному из осуществленных в СССР сооружений.

Лит.: Гвоздев А., К вопросу о расчете цилинд-рич. сводов-оболочек, «СП», М., 1932, 2; Дишингер Ф., Оболочки тонкостенные, шелззобетонные купола ц своды, пер. с нем., М.—Л., 1932; Ершов П., Деревянный свод-оболочка в производстве, «Научные основы индустриализации строительства», М., 1932, 2—3; Ершов II. и Коган М., Своды-оболочки в дереве, «СП», М., 1933, 1; Финк К., Деревянный свод-оболочка, там ше, 1933, 1; Dischinger Fr. u. Finsterwalder U., Die Dywidag-Halle auf d. G-esolei, «Bauingenieur», В., 1925, 48; M a t z d о r f, Das Planetarium d. Stadt Berlin, «Ztrlbl. f. Bauverwaltung», B., 1927, H. 2; S c h e τζιπ g e r, Neuartige Ausfiihrungen d. Schalenkupel des Planetariums Mannheim, «Deutsche Bauzeitung», Berlin, 1927, H. 59; Stein G-., Deutsche Planetarium, «Der Neubau», Berlin, 1927, H. 8; Wolf Gr., Das Planetarium Dresden, ibid., 1927, H. 8. E. Штамм.