Выставочный павильон

Рис. 42. Схема расположения в плане конструкции перекрытия зала Дворца съездов в

Кремле:

1 – распорки; 2 – главные  продольные балки; 3 – пор тал  сцены; 4 – глав ные попер ечные балки; 5 – прогоны; 6 – зал приемов; 7 – зрительный зал

 

Рис. 43. Многоволновые оболочки

а – консолированные; б  – веерные; в – с серповидными диафрагмами жесткости; г– на отдельных опорах

 

 

Рис. 44. Своды-оболочки:

а-в – цилиндрические оболочки; г – свод главного павильона выставочного центра в Турине, продольный поперечный разрезы, деталь; д – свод покрытия дворца международных выставок в Ницце (Франция); е – свод автобусной стоянки в Ленинграде

 

Оболочки представляют собой тонкостенные жесткие конструкции с криволинейнойповерхностью. Толщина оболочек весьма мала по сравнению с другими ее размерами. Тонкостенность конструкции исключает возможность работы оболочки на поперечный изгиб и обеспечивает ее работу на осевые усилия. Геометрические и статические свойства оболочек зависят от их кривизны и ее непрерывности. Знак кривизны зависит от расположения центров радиусов кривизны по отношению к поверхности. При расположении центров по одну ее сторону К имеет положительное значение, по обе стороны – отрицательное (рис. 45).

Рис. 45. Поверхности двоякой  положительной (а) и отрицательной (б) кривизны

 

К оболочкам положительной гауссовой  кривизны относятся все купольные  оболочки(сферодид или эллипсоид  вращения и т. п.), оболочки переноса (бочарные своды) и т. п.Характерным примером поверхности отрицательной кривизны является гиперболический параболоид, формируемый перемещением параболы с ветвями вверх по параболе с ветвями вниз (рис. 46).

Если поверхность оболочки в  одном из направлений имеет конечную величину кривизны, а в перпендикулярном ему – нулевую, то ее называют оболочкой одинарной кривизны (цилиндрическая и коническая оболочка – коноид).

Оболочки являются пространственными  конструкциями как по форме, так и по суще-

ству статической работы. Их большая  по сравнению с плоскостными конструкциями  несу-

щая способность определяется не дополнительным расходом материалов, а только изменением формы конструкции, способствующей повышению ее жесткости.

Рис. 46. Гиперболический  параболоид

1 – парабола с вершиной  вверх; 2 – парабола с вершиной  вниз; 3 – прямолинейные

образующие; 4 – пространственный четырехугольник – гипар

Это становится очевидным при сопоставлении  конструкций плоской плиты с  пространственной конструкцией (длинного цилиндрического свода – оболочки одинарной кривизны), примененных  в условиях равенства пролетов и  нагрузок (рис. 47).

 

Рис. 47. Схемы конструкций

а – плоской плиты; б – цилиндрического  свода-оболочки; в – цилиндрического  свода; 1 - оболочка; 2 – бортовой элемент  оболочки; 3 – диафрагма жесткости

 

Большой интерес представляют сборные  железобетонные оболочки двоякой кривизны, которые по расходу материалов выгоднее, чем оболочные одинарной кривизны. Распространенным типом покрытия подобного рода является пологая двояковыпуклая оболочка(рис. 48).

Контурными диафрагмами оболочки служат железобетонные арки, свод имеет  форму многогранника. Каждая грань представляет собой ромбовидную плоскую плиту с контурным и диагональными ребрами. Свод оболочки опирается на четыре колонны, расположенные по углам, благодаря чему, площадь 1600 м², не имеет промежуточных опор.

 

Рис. 48. Схема пологой  оболочки двойной кривизны размером 40×40 м

 

К оболочкам двоякой кривизны относятся  также оболочки типа гиперболических параболоидов (гипары). Это очень эффективные конструкции для покрытий больших пролетов:они дают возможность создать довольно тонкую оболочку и получить экономию в материалепо сравнению с другими оболочками того же пролета.

Форма гипаров в плане может  быть квадратной, прямоугольной, овальной и т. д.

(рис. 49).

Рис. 49. Сетчатые конструкции

 

Рис. 50. Тонкостенные оболочки двоякой кривизны

а – волнистый купол; б, в – оболочки переноса на прямоугольном  и квадратном плане; г – сферическая парусная оболочка на треугольном плане; 1 и 2 – образующая и направляющая оболочки переноса; 3 – диафрагма жесткости

 

Волнистые своды и купола представляют собой варианты оболочек, гладкая поверхность которых заменена волнистой. Применение волнистой поверхности может быть вызвано статическими (устройство светопрозрачных включений по боковой поверхности волн или в их торцах) или композиционными требованиями. Наибольший пролет (206 м) перекрытий такими конструкциями в здании Дворца выставок в Париже. Перекрытие опирается только на три точки и состоит из трех взаимно пересекающихся волнистых парусных фрагментов,образующих сомкнутый свод. Для повышения жесткости и устойчивости конструкции железобетонная оболочка свода выполнена двухслойной с вертикальными связями-диафрагмами(рис. 51) и общий вид (рис. 52).

Рис. 51. Париж. Дворец выставок. Конструкция сомкнутого трехлоткового  свода из многоволновых двухрядных оболочек

 

Рис. 52. Общий вид Главного павильона Национального центра промышленности и

техники в Париже. Расстояние между опорами — 205,5 м, высота оболочки в ее верхней точ-

ке — 46,3 м. Покрытие представляет собой треугольный купол, выполненный  по принципу

крестового свода

 

Купольные покрытия являются наиболее эффективными с инженерной точки зре-

ния, позволяя с незначительным расходом материалов перекрывать большие  пространства.

Конструкции куполов могут быть гладкими, ребристыми, ребристо-кольцевыми, кри-

сталлическими, звездчатыми и т. д. (рис.53).

При проектировании купольных покрытий необходимо обращать внимание на создание благоприятных акустических условий, так как в залах с купольным покрытием создается концентрация отраженного звука, что вынуждает принимать дополнительные меры по звукопоглощению.

Купольное покрытие состоит из оболочки купола, опорного кольца, а иногда и верхнего кольца, если вверху купола имеется центральный проем.

Рис. 53. Оболочки-купол

 

На рис. 54 приведен пример гладкого монолитного купола диаметром 55 м  над зрительным залом оперного театра (г. Новосибирск) Толщина оболочки купола 80 мм. Железо-бетонное опорное кольцо имеет сечение 500×800 мм.

На рис. 55 изображен вариант металлического ребристо - кольцевого купола, являющегося  покрытием зала диаметром 76 м.

 

Рис. 55. Проект металлического ребристо-кольцевого купола диаметром 76 м:

а – схема купола;б – сечение ребра.

 

 

 

Рис. 54. Купол Новосибирского академического театра оперы и балета

 

Ребра купола выполнены из алюминиевого сплава и имеет трехгранную решетчатую форму.Нижнее опорное кольцо стальное.

Висячие конструкции. Основными несущими элементами висячих конструкций яв-

ляются гибкие тросы, ванты, цепи или  кабели. Они работают только на растяжении и несут подвешенные к ним ограждающие горизонтальные, а иногда и вертикальные конструкции.Висячие конструкции могут быть плоскими и пространственными. В плоскостных системах помимо одиночных параллельных несущих тросов используют опорные пилоны, через которые перекинуты тросы и специальные анкерные крепления тросов к фундаментам, воспринимающим вертикальные и горизонтальные опорные реакции. В пространственных системах обязательным конструктивным элементом помимо рабочих тросов является жесткий опорный контур (железобетонный или стальной), воспринимающий распор от системы тросов,которые образуют криволинейную поверхность для укладки покрытия. Вертикальные реакции покрытия передаются на стойки, поддерживающие опорный контур, или другие вертикальные конструкции (рис. 56).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 56. Висячие системы

а – схема плоскостной  системы; б – пример конструкции  плоскостной системы; в –пространственная однопоясная; г –пространственная двух-поясная; д – пространственная двухпоясная с пересекающимися тросами; 1 – рабочий трос; 2 – опорный пилон; 3 – опорная балка; 4 – железобетонные плиты; 5 – тарельчатый анкер; 6 – анкерная балка; 7 – оттяжка; 8 – фундамент; 9 – опорный кольцевой контур; 10 – внутреннее опорное кольцо; 11– стабилизирующий трос; 12 – распорка; 13 - легкое покрытие; 14 – внутренний водоотвод с покрытия; 15 – световой фонарь

 

 

Примером одного из наиболее простых  висячих покрытий является покрытие гаранта в г. Красноярске, в котором тросы подвешены к торцевым рамам, а на них уложены тонкостенные железобетонные плиты. Для обеспечения наименьшего положения несущих тросов они натянуты на разной высоте, образуя поперечный свод. Стабилизирующие тросы притягивают основную систему к бортовым элементам продольных стен. Напряжение тросов вызывает в стойках рам большее горизонтальные усилия, для восприятия которых к верхней части стен присоединены мощные заокеанские наклонные балки, на которые уложены стеновые панели (рис. 57)

 

Рис. 57. Сетчатые конструкции

 

В некоторых случаях стабилизация покрытия осуществляется при помощи легких

ферм, подвешенных к несущим  тросам.

При помощи параболических тяг в  плоскости покрытия можно передать усилия от

несущих тросов на углу покрытия, к  которым примыкают продольные стены, воспринимающие обратный распор от тросов покрытия (см. рис. 57).

Еще проще воспринимается этот распор при круглом или овальном плане  помещения:он сразу передается на сжатое опорное кольцо, опертое на колонны по контуру покрытия,образуя так называемое “велосипедное кольцо” и его разновидность (см. рис. 57).

На рис. 57 представлено покрытие Дворца спорта «Юбилейный» (г. Санкт-Петербург)

пролетом 93 м, в котором несущие  и стабилизирующие тросы перекрываются  у опор. В этом покрытии вместо железобетонных плиток применен плоский настил из листовой стали толщиной 2 мм.

На рис. 57 представлено покрытие Универсального спортивного зала в Парке Победы(г. С.-Петербург), где круглое в плане здание диаметром 160 м перекрыто чашеобразным сплошным стальным листом толщиной всего 6 мм. Стабилизация покрытия осуществлена при помощи натянутых радиальных тросовых ферм, расположенных по периметру, и таких же ферм в средней части покрытия, натянутых на подвешенный к покрытию обруч.С архитектурной точки зрения представляет интерес висячее покрытие, в котором несущие тросы подвешены одним концом к пространственной арке, а другим – к опорному кольцу по периметру покрытия, что особенно удобно для покрытия больших спортивных арен (см. рис. 57).

В покрытии Большого спортивного бассейна в Токио (архитектор Кензо Танге) вме-

сто мощных арок применены тросы, подвешенные  к пилонам, стоящим за пределами  трибун.Оттяжки скрыты в торцевых пристройках (см. рис. 57).

На рис. 58 приведен пример висячего покрытия двоякой кривизны, которым  перекрыт

стадион Ралей – арена (США), имеющий  размеры 91,5×91,5 м.

К двум железобетонным аркам, наклоненным  к горизонту под углом 22º и поддерживаемым опорными стойками, подвешены тросы, располагаемые по вогнутой поверхности.

Рис. 58. Висячее покрытие над стадионом Ралей-арена (США):

а – общий вид здания; б – схема покрытия; в –  план; г – часть разреза; 1 –  арка; 2– кровля; 3 – ветровые оттяжки

 

Перпендикулярно к ним натянуты напрягающие тросы, образующие выпуклость к

верху. В результате получается седлообразная  относительно жесткая поверхность. Кровля

выполнена из волнистой листовой стали.

Другим примером висячей системы  покрытия может служить конструкция  покрытия здания павильона СССР на Всемирной выставке в Брюсселе (1958 г.) – (см. рис. 59).Ванты с одной стороны прикреплены к консоли несущей конструкции покрытия и че-

рез стойки наружного каркаса к  фундаментам, а с другой стороны  нагружены весом средней части покрытия

Рациональным типом составных  покрытий является купольно-складчатые оболочки.Это конструкции, в верхней части которых располагаются элементы жесткости в виде центральной оболочки положительной кривизны или кольца, образующего световой проем, а в нижней – боковые складчатые оболочки, опертые по периметру (многоугольник, окружность, овал) на фундаменты или контр форсы. Такие покрытия можно использовать при пролетах до 150 м. В сборном варианте предпочтительней конструктивные схемы, в которых применяются железобетонные цилиндрические плиты 3х6 м.

Исходя из архитектуры фасада, контурными элементами могут служить арки с опиранием на фундаменты, воспринимающие распор, или арки с затяжками. В составных оболочках, опертых на колонны, чаще всего применяют контур в виде криволинейного ригеля.Особый вид представляют составные висячие покрытия. Они образуются сочетанием оболочек с различной геометрией поверхности и достаточно сложной формой плана с включением в работу ребер жесткости, контурных элементов, затяжек и др. Конструктивные схемы висячих покрытий получаются из схем полигональных оболочек (см. рис.60). Их работа приближается к традиционным висячим конструкциям.

С целью увеличения несущей способности  и пространственной жесткости создают

покрытия, представляющие собой комбинации оболочек и составных складок (см. рис.61).Комбинированные складчатые покрытия могут быть вспарушенного или висячего типа.В первом случае покрытие образуют складкой и центральной оболочкой, которая

подкрепляет складку, увеличивая при  этом жесткость конструкции.

Во втором случае многоволновое  покрытие, включающее центральную оболочку и

боковые элементы, снабжено вантами, закрепленными на опорах. Пролеты  таких конструкций могут составлять 80 – 100 м.

Комбинированное покрытие в виде складки  с криволинейными гранями – боковыми и торцевыми оболочками – может использоваться при пролетах 120 – 150 м.