Область применения большепролётных конструкций

1. Область применения большепролётных конструкций

Технологические и функциональные требования большинства типов общественных и промышленных зданий подразумевает объёмно-планировочные решения с перекрытием больших пролётов. К настоящему времени успешно перекрыты производственные цеха до 96м; предприятия торговли до 100м; спортивные сооружения до 224м. В обычной практике строитель-ства применяются различные кровельные системы на пролёты 18…..48м. Конструктивно покрытия выполняются следующих типов:

• Металлические фермы и балочные системы (иногда предвари-тельно- напряжённые с затяжками);
• Арочные и купольные системы;
• Перекрёстно-стержневые системы типа структур;
• Железобетонные пространственные покрытия (оболочки, арки, складки ;
• Висячие покрытия (мембранные тонколистовые, с жесткими нитями, подвесные – плоскостные и пространственные);
• Вантовые покрытия (вантовые сетки, вантово-балочные системы, висячие оболочки, вантовые фермы, комбинированные системы);
• Пневматические системы.

По причине больших  габаритов и масс конструктивных элементов большепролётных зданий и сооружений их не всегда возможно монтировать в цельно-собранном  виде традиционными методами с применением  единичных грузоподъёмных средств (крана или мачты). Поэтому нередко  монтаж таких элементов выполняют  из отдельных частей с использованием временных опор. При предварительном  укрупнении элементов и для их монтажа в проектное положение  применяют одновременно несколько  кранов (мачт), производят монтаж надвижкой (накаткой) укрупнённых блоков или выполняют вертикальный подъём с использованием мощных домкратных систем.

2. Виды вантовых покрытий

В сооружениях, где надо перекрывать  без промежуточных опор большие площади, весьма эффективны висячие покрытия. Такие покрытия могут применяться для производственных и гражданских зданий разнообразного назначения и различного сечения в плане (прямоугольное, круглое и овальное). Крытые стадионы, цирки, рынки, выставочные залы часто имеют такую конструкцию покрытия, так как висячие покрытия выгодны по расходу материалов на единицу перекрываемой площади и отличаются невысокой трудоемкостью при возведении.        Висячие покрытия выполняют в виде преднапряженных оболочек из сборно-монолитного железобетона, вант, вантовых ферм и стальных мембран.    Висячей оболочкой называют монолитное или сборное с последующим замоноличиванием железобетонное покрытие, опертое на систему висячих вант. В период возведения такой оболочки рабочими элементами ее пролетной конструкции служат стальные канаты. После замоноличивания в эксплуатационной стадии оболочка работает совместно с вантами.          Байтовая система и висячая оболочка опираются на опорный контур, воспринимающий на себя горизонтальные и вертикальные реакции пролетной конструкции. Опорный контур висячего покрытия может быть замкнутым. Висячие растянутые элементы в этом случае крепят к жестким опорным конструкциям, которые могут быть выполнены в виде опорного замкнутого контура (кольцо, овал, прямоугольник), передающего усилия через колонны или через контурные наклонные рамы или арки на фундаменты. Распор (горизонтальные реакции) пролетной конструкции погашается внутри опорного контура и на нижележащую часть сооружения передаются только вертикальные нагрузки.          Если опорный контур не замкнут, то усилия распора передаются через подкосы, контрфорсы, оттяжки с анкерами и т. д. на фундаменты. Эти элементы испытывают значительные усилия от распора вант и требуют соответственно большего расхода материалов. Системы с замкнутым контуром поэтому являются более экономичными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Область применения  большепролётных конструкций

Технологические и функциональные требования большинства типов общественных и промышленных зданий подразумевает  объёмно-планирово-чные решения с перекрытием больших пролётов. К настоящему времени успешно перекрыты производственные цеха до 96м; предприятия торговли до 100м; спортивные сооружения до 224м. В обычной практике строитель-ства применяются различные кровельные системы на пролёты 18…..48м. Конструктивно покрытия выполняются следующих типов (рис.14.1.):

• Металлические фермы и балочные системы (иногда предвари-тельно- напряжённые с затяжками);
• Арочные и купольные системы;
• Перекрёстно-стержневые системы типа структур;
• Железобетонные пространственные покрытия (оболочки, арки, складки ;
• Висячие покрытия (мембранные тонколистовые, с жесткими нитями, подвесные – плоскостные и пространственные);
• Вантовые покрытия (вантовые сетки, вантово-балочные системы, висячие оболочки, вантовые фермы, комбинированные системы);
• Пневматические системы.

По причине больших  габаритов и масс конструктивных элементов большепролётных зданий и сооружений их не всегда возможно монтировать в цельно-собранном  виде традиционными методами с применением  единичных грузоподъёмных средств (крана или мачты). Поэтому нередко  монтаж таких элементов выполняют  из отдельных частей с использованием временных опор. При предварительном  укрупнении элементов и для их монтажа в проектное положение  применяют одновременно несколько  кранов (мачт), производят монтаж надвижкой (накаткой) укрупнённых блоков или выполняют вертикальный подъём с использованием мощных домкратных систем.

Рассмотрим некоторые  технологии монтажа.

 

2. Возведение зданий  с покрытиями в виде оболочек  и сводов

Своды и оболочки из сборных  железобетонных элементов позволяют  перекрывать большие площади  одноэтажных промышленных зданий без  промежуточных колонн при минимальном  расходе материалов.

В настоящее время применяются  своды и оболочки следующих типов:

• Длинные цилиндрические оболочки размером 3х12м для сетки колонн 24х12м;
• Короткие цилиндрические оболочки размером 3х12м, 3х18 и 3х24м, перекрывающие пролёт здания;
• Оболочки двоякой положительной или отрицательной кривизны;
• Купола.

Длинные цилиндрические оболочки собирают из плит размером 3х12м (рядовых  и торцевых) и бортовых элементов. Панели имеют толщину 40мм и ребро  по контуру. Торцевые панели имеют с  торцов диафрагмы в виде арок с  затяжками. Бортовые элементы выполняют  для пролёта 24 м в виде двутавро-вых балок с криволинейным верхним поясом.

Монтаж оболочки начинают с установки на колонны бортовых элемен-тов, которые крепят сваркой к колонам. До установки плит на бортовые эле-менты (при пролёте – 24м) их в четвертях опирают на временные опоры с домкратами. Монтаж панелей начинают с торцевой. При этом затяжку торце-вой плиты приваривают к оголовку колонны, а плиту – к бортовому элемен-ту. Затем устанавливают и приваривают четыре рядовые плиты , а потом торцевую плиту с затяжкой. Монтаж выполняют гусеничным краном грузо-подъёмностью 10т на требуемом вылете. Стропят панели за четыре петли с траверсой. После сварки стыков, замоноличивания всех швов и выдержки бетона бортовые элементы раскружаливают. Нагрузку с временных опор снимают и опоры удаляют, после чего оболочка работает совместно с борто-выми элементами и затяжками.

Короткие цилиндрические предварительно напряжённые панели типа КЖС широко применят для пространственных покрытий промышленных и гражданских  зданий. Плиты КЖС выпускают длиной 12, 18 и 14м, равной перекрываемому пролёту. Ширина плиты 3 и 6м, масса до 2т. плиты  выпус-кают с торцевыми затяжками, что позволяет их устанавливать непосредственно на заранее смонтированные колоны.

Монтаж плит производится гусеничными кранами. Плиты предварительно подают в пролёт или непосредственно  к моменту подъёма на кран. Строповку плит осуществляют траверсой за 4 точки. После установки плиты её приваривают к закладным деталям на колонне.

Оболочки двоякой кривизны применяют для перекрытия крупной  квад-ратной сетки колонн: перекрытий складов, механических цехов и других про-изводственных помещений, где требуется обеспечить свободное перемещение транспорта. Такие оболочки состоят из контурных арок-диафрагм с предва-рительно напряжённым нижним поясом и скорлупы. У сборно-монолитных оболочек скорлупа образует многогранник, набираемый из плоских плит ромбической треугольной формы. Сборные оболочки перекрывают ребрис-тыми цилиндрическими панелями размером 3х6м. Поэлементный монтаж сборно-монолитных оболочек со скорлупой из плоских плит требует применения подмостей или кондуктора.

Монтаж выполняют в  следующем порядке:

• Контурные арки устанавливаются на колоннах гусеничным краном и закрепляются. Для установки плит скорлупы применяют башен-ные краны грузоподъёмностью 5т или гусеничные краны с башен-но-стреловым оборудованием;
• Выставляются подмости или кондуктор. Каждый угол установ-ленной плиты должен быть опёрт на подмости или кондуктор. Углы оболочки заполняют треугольными плитами, в швы закладывают арматуру, напрягаемую после сварки выпусков, и замоноличивают их. Верхние пояса арок окончательно бетонируют после установки всех плит и заварки выпусков арматуры;
• Раскружаливание оболочки выполняют после достижения бетоном в угловых зонах и швах между плитами 70% проектной прочности. Раскружаливание достигается путём опускания винтовых или гидравлических домкратов, включённых в стойки подмостей или опоры кондуктора;

Кроме поэлементного способа  применяется разработанный для  типо-вых цилиндрических оболочек серии 1.466-1, бескондукторный метод монтажа. Он заключается в предварительном укрупнении плит в блоки, до требуемого размера, на стенде. Блоки оснащаются двумя времен-ными затяжками с винтовыми стяжками. Монтаж начинается с установки на колонны ферм-диафрагм. Затем траверсой за четыре точки поднимают поочерёдно блоки-покрытия и устанавливают на фермы. После выверки и замоноличивания узлов постепенно отпускают натяжение винтовых стяжек временных затяжек блоков от середины к краям и снимают затяжки.

Конструкции покрытий из сборных  железобетонных элементов купольного типа позволяет перекрыть максимально  возможные пролёты и применяются в зданиях общественного назначения (спортивные комплексы, рынки, выставочные павильоны). Конструктивно железобетонные элементы опираются на наружное и внутреннее монолитные железобетонные кольца, причём наружное может выполнятся по колоннам. Монтаж колонн и бето-нирование наружного кольца производится по общим технологиям монтаж-ных и бетонных работ. Бетонирование внутреннего кольца производится на проектной отметке на временной опоре, рассчитанной на одновременное опирание кольца и плит-оболочек.

Плиты-оболочки до подъёма  укрупняются в блок (из 2…4эл.) на стен-де, обеспечивающем проектную кривизну, и для восприятия распора ставят 2-3 затяжки с винтовыми стяжками, которые натягиваются после сварки стыка между плитами. Подъём и установку блоков осуществляют методом полунавесной сборки башенным краном, перемещающимся по кольцевым путям вокруг здания. Строповка блока производится при помощи траверсы за 4 точки. Установленные блоки крепят к опорным кольцам и между собой сваркой между закладными деталями и выпусками арматуры. Швы между плитами замоноличивают. После набора бетоном 70% прочности ослабляют натяжение затяжек, затем их снимают, работая с катучих подмостей и рас-кружаливают купол путём опускания стоек центральной опоры гидравли-ческими домкратами.

Раскружаливание - операция, в результате которой нагрузка от собст-венной массы монтируемой конструкции полностью передаётся на опорные проектные элементы, а временные монтажные опоры освобождаются от нагрузки. Опоры опускаются ниже уровня затяжки и перемещаются по ходу монтажа в последующие пролёты.

 

3. Перемещение  покрытий на постоянные опоры

При строительстве некоторых  типов большепролётных зданий покрытия опираются по периметру на опоры (структуры, оболочки, складки др.). В  этом случае, кровельные конструкции  полностью собираются или укрупняются  до максимально возможной технологической  готовности и перемещаются на постоянные опоры. В зависимости от способа  установки на опоры различают  методы монтажа вертикальным подъёмом, надвижкой и накаткой.

Установку вертикальным подъёмом применяют в тех случаях, когда масса применяемой конструкции не превышает грузоподъёмности и техно-логических возможностей монтажных машин и механизмов. Принципиаль-ным моментом является возможность подведения временных или постоян-ных опор под поднятую конструкцию и способность этих опор сразу вклю-читься в совместную работу с этой конструкцией. Сборка пространственной конструкции (покрытия) осуществляется под местом установки или на специально оборудованной площадке, расположенной в непосредственной близости от возводимого сооружения.

При сборке отдельных блоков, всего покрытия или его основной несущей части под местом установки  в проектное положение их подъём на проектную отметку осуществляют специальными гидроподъёмниками или  полиспастами с использованием колонн сооружения. Колонны при таком  способе монтажа должны быть достаточной  высоты с консолями, к которым  подвешивают неподвижные блоки  подъёмных полисипастов.

Подъём несущего блока  покрытия , состоящего из несущих ферм, соединённых вертикальными и горизонтальными связями, осуществляемый с помощью четырёх полиспастов грузоподъёмностью 160т каждый. Пространственную конструкцию укрупняли в горизонтальном положении на земле с установкой всех конструктивных элементов покрытия и устройства кровли. Колонны (пространственные конструкции опор) соби-рали в горизонтальном положении и устанавливали методом поворота вокруг шарнира с помощью тех же полиспастов, которыми затем поднимали блок покрытия.

Под опорные узлы нижних поясов ферм подводили поперечные балки  с закреплёнными на концах подвижными блоками полиспастов. После вер-тикального подъёма пространственной конструкции в проектное положение было осуществлено её соединение с несущими колоннами и демонтированы монтажные подкосы.

При методе надвижки конструкции собирают в стороне от постоян-ных опор, а затем устанавливают на эти опоры путём горизонтального перемещения по временным путям. Этот метод широко применяется при монтаже конструкций покрытия промышленных зданий, торговых центров, спортивных сооружений. Процесс надвижки возможен в двух вариантах: скольжением на салазках при массе блока до 250т и накаткой на стальных катках.

В качестве примера рассмотрим монтаж здания спортивного комплек-са пролётом 84м с сигарообразным фермами покрытия. Фермы покрытия, обрамленные по верхнему и нижнему поясам стальными листами толщиной 4мм, собирали на земле на специальных тележках в непосред-ственной близости от перекрываемого сооружения. Тележки имели кондук-торы и приспособления для обеспечения заданной точности сборки элемен-тов покрытия, конструкции тележек позволяли им перемещаться с закре-плёнными фермами по горизонтальным и наклонным рельсовым путям.