Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Января 2014 в 12:16, методичка
Строительство имеет столь же древнюю историю, как и само человеческое общество. Как без знания общей истории невозможно формирование человека, так и без знания истории строительства невозможно формирование творческой личности инженера строителя.
Некоторые простейшие строительные приемы сложились уже при первобытнообщинном строе. Многие типы зданий, их конструкции, виды строительных материалов, технологии выполнения основных строительных работ были разработаны еще в античном мире.
Если скрепить ствол орудия надетыми на него в разогретом состоянии кольцами, то после остывания ствол получит предварительное напряжение обжатия, что позволит делать его тоньше, повысить давление пороховых газов в канапе ствола во время выстрела.
С применением высокопрочной арматуры и высокомарочного бетона эта идея была использована во Франции в 1928-1929 гг. и в СССР, в 1930 г. Освоение идеи предварительного напряжения бетона дало Фрейсине возможность запроектировать из этого материала невиданные ранее сооружений: тысячеметровый однопролетный арочный мост и гиперболоидальную башню высотой в 700 м. (не построены).
Контрольные вопросы
1. Расскажите о механизации земляных работ в 19 в.
2. Какие виды двигателей применялись на строительных машинах в 19 - начале 20 вв.?
3. Как проводились в 19 в. кессонные работы?
4. Расскажите об истории развития металлических конструкций.
5. Расскажите об изобретении портландцемента и истории развития отечественной цементной промышленности.
6. В чём состоит сущность железобетона? Расскажите о первооткрывателях и первоисследователях этого материала
7. Расскажите об истории строительства из монолитного железобетона.
8. Расскажите об истории строительства из сборного железобетона.
9. Когда был создан приблизительно напряжённый железобетон? В чём состоит идея предварительного обжатия бетона?
10. Развитие форм и методов возведения пространственных покрытий, металлических и железобетонных конструкций.
Функциональные требования, предъявляемые к определённым типам сооружений (спортивные сооружения, театры, вокзалы, выставочные павильоны и др.) в начале 20 в. вызвали необходимость перекрытия больших пролётов на различном плане. Последнее стало возможным при широком применении в строительстве пространственных конструкций.
В древнем мире и в средние века купола возводили в основном из кирпича. В 19 в. начался период строительства куполов из металла. Новый конструкционный материал - железобетон и в куполах первоначально был отлит в привычные ребристые формы, близкие, конечно же, не к каменным куполам, а к металлическим. Примером тому может служить ребристый 65-метровый купол выставочного павильона во Вроцлаве 1912 г. (рис.49).
Создание облегченных конструктивных форм покрытия закономерно завершилось появлением оболочек в строительстве. Для покрытия оболочками требовалось в несколько раз меньше материала, чем для зданий с классическими куполами.
Оболочкой называют тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми намного меньше любого другого размера. Форма срединной поверхности и граничный контур определяют геометрию поверхности оболочки. В строительной практике применяются оболочки с поверхностями переноса и вращения. Поверхности переноса образуют поступательным перемещением в границах контура одной прямой (образующей) по другой (направляющей). Ими могут быть дуги окружностей, парабол и др.; могут быть и прямые, когда их называют линейчатыми (впервые использованы В.Г.Шуховым рис. 50, г).
Если центры кривизны дуг всех нормальных сечений, проведенных через рассматриваемую точку, лежат по одну сторону поверхности и при этом радиус кривизны одной из них равен бесконечности, такие поверхности называют цилиндрическими, илы одинаковой кривизны (рис. 50, а). Если же радиусы кривизны конечны, такую поверхность называют эллиптической, или однозначной двоякой кривизны (рис. 50, б). Если центры кривизны расположены с разных сторон, то такие поверхности называют гиперболическими, или разнозначными двоякой кривизны (рис. 50, в).
Оболочки поверхностей вращения получают высеканием в границах контура части замкнутой поверхности, образуемой вращением какой-либо кривой вокруг её горизонтальной или вертикальной оси (рис. 50, д). Эволюция пространственных конструкций к оболочкам двоякой кривизны связана с преимуществами работы последних под нагрузкой; падает роль изгиба, уменьшается растяжение конструкции, уступая место сжатию, что особенно важно при использовании железобетона. Как отмечал П.Л.Нерви: «Несущая способность конструкции — функция её геометрической формы».
Уверенное применение оболочек в строительстве сдерживалось сложностью их расчётов и сложностью исполнения. Истоки теории расчета оболочек относятся к 19 в., содержатся в работах Ламе, Клайперона, Кирхгофа, Лява. Венчают эти исследования труды В.З.Власова (1906-1958 гг.).
Изобретательность и инженерная смелость первых строителей покрытий в форме оболочек решили проблему сложности их возведения.
Рисунок 49 – Ребристый купол павильона в Вроцлаве.
Рисунок 50 - Геометрия оболочек.
Первым, кто доказал выгодность работы материала пролётной конструкции или на растяжение, или на сжатие (сталь), был В.Г.Шухов. Им были разработаны сетчатые висячие конструкции (в 1896 г.), покрытые кровельным железом (рис. 51).
Сооружение Рэлей арены в США в 1952 г. наглядно продемонстрировало широкие возможности применения этих конструкций.
Первые сетчатые оболочки двоякой кривизны были построены Шуховым в 1898 г. над прокатным цехом чугуноплавильного завода в г. Виксе Нижегородской губернии - дальнейшее развитие и воплощение его идей о работе пространственных конструкций. Сетчатая сводчатая конструкция в железобетоне была исполнена П. Нерви в 1936 г. над двумя ангарами в Орвьето размером 100,3x40,7м в плане (рис. 52). Ромбическая сетка монолитного покрытия образована железобетонными рёбрами сплошного сечения 109x14,4 см при шаге 5,16 м, по которым забетонирована пятисантиметровая плита, работающая совместно с рёбрами.
Ввиду трудоёмкости, плохой коррозийной стойкости и совсем никакой огнестойкости металлических конструкций, несвойственной тонкостенному металлу работы на сжатие преобладающим материалом для пространственных покрытий становится железобетон. В железобетоне были реализованы разнообразные архитектурно-конструктивные формы покрытий в монолитном и сборно-монолитном варианте. С 1926 г. в Германии начинают применяться для покрытия сооружений длинные цилиндрические оболочки. Первое такое покрытие было возведено над крытым рынком во Франкфурте-на-Майне с размерами в плане 51х220 м; рынок был покрыт пятнадцатью оболочками с длиной волны 14,1 м при стреле 6 м с толщиной в средних пролётах 7 см, в крайних – 8 см (рис. 53). Оболочка были выполнены торкретированием (торкретбетон наносится на поверхность конструкции в струе сжатого воздуха). Во Франции большое распространение получили короткие оболочки и оболочки двоякой кривизны.
Рисунок 51 - Висячие сетчатые покрытия В.Г.Шухова.
Рисунок 52 - Сетчатые сводчатые покрытия П.Нерви.
Последние вследствие большой жёсткости позволили осуществлять покрытия больших пролётов при меньшей их толщине (3-5 см). На рис. 54 изображено покрытие небольшого ангара размерами 41х54 м. состоящие из оболочек в виде гиперболических параболоидов.
Тонкостенные купола в настоящее время выполняются только из железобетона.
Монолитные купола наиболее совершенны в работе под нагрузкой, наименее материало-ёмки, так как они гладкие, безрёберные. Однако их возведение традиционными методами по сплошной жёсткой опалубке весьма трудоёмко из-за сложности опалубки. Возникла задача упростить опалубочные работы.
Купол Новосибирского оперного театра исполнен торкретированием по сплошной дощатой опалубке по прогонам на радиально расположенных сегментных фермах, опиравшихся на стены и центральную башню (рис. 55). Таким образом, удалось избежать сплошных поддерживающих лесов, а фермы были использованы после распалубки купола в покрытии одного из промышленных зданий. Для того времени (завершено строительство в 1943 г.) купол был наиболее выдающейся конст-рукиией в Европе: при диаметре 60 м его толщина составляла 8 см.
В двадцатые годы много гладких тонкостенных куполов было возведено в Германии для планетариев. Для строительства куполов фирма Цейсса разработала опалубку, состоящую из двойной сетки, собираемой на втулках из линейных элементов, и собственно опалубки из штампованной фанеры по сетке.
Сборные и сборно-монолитные купола всегда ребристые; каждый из их элементов должен иметь как окаймляющие, так и промежуточные рёбра для усиления тонких скорлуп на время изготовления, транспортирования и монтажа. Одним из первых в мире был построен в сборном варианте купол Киевского цирка (1959 г.). Этот купол диаметром 42,3 м и высотой 7,7 м собран из 160 плоских трапециевидных плит пяти типов. Монтаж продолжался 20 дней.
Рисунок 54 - Ангар перекрытий оболочками в виде гипаров.
Рисунок 55 - Конструкция опалубки для бетонирования
купола зрительного зала
оперного театра в Новосибирске.
Контрольные вопросы