Архитектурные конструкции зданий с большепролетными покрытиями

Министерство образования, науки, молодежи и спорта Украины

Одесская государственная  академия строительства и архитектуры

Кафедра архитектурных конструкций, реставрации и реконструкции зданий, сооружений и их комплексов

Пояснительная записка

К курсовой работе:

«Архитектурные конструкции зданий с большепролетными покрытиями»

Выполнила: ст. гр. ПГС-507

Туманова Е.А.

Проверил: Кушнир А.М.

Содержание

1. Введение
2. Исходные данные
3. Объемно планировочное решение
4. Конструктивное решение здания
1. Фундаменты под колонны
2. Колонны
3. Элементы перекрытия
4. Элементы покрытия
5. Кровля и водоотвод
6. Связи жесткости
7. Наружные стены
8. Фонари
9. Конструкция пола
10. Перегородки
5. Инженерное оборудование
6. Литература

1. Введение

К однопоясным висячим покрытиям относятся: системы, состоящие из несущих гибких стержней или тросов, стабилизация которых достигается массой уложенного по ним настила, предварительно обжатого с торцов и омоноличенного в стыках; системы, состоящие из жестких нитей или ферм; системы из гибких нитей, напрягаемые поперечными балками или фермами.

Наибольшее применение в  практике строительства получили однопоясные  покрытия с железобетонными или  керамзитобетонными плитами. Преимуществом  таких покрытий являются большая  жесткость и огнестойкость конструкции, меньшие эксплуатационные расходы  по сравнению с другими оболочками, а недостатком — большая собственная  масса покрытия, требующая повышенного  расхода стали на тросы и материала  на поддерживающие конструкции.

Предварительное напряжение однопоясного покрытия с применением  железобетонных плит можно осуществлять в следующей последовательности: на ванты с помощью специальных  крюков навешивают плиты; на плиты укладывают балласт, в результате швы между  плитами расширяются; швы заполняют  цементным раствором; после достижения заполнителем проектной прочности  снимают балласт; под действием  упругих сил стрела провеса нитей  уменьшается, а плиты настила  обжимают. Для сохранения напряженного состояния оболочки нагрузку от балласта принимают больше, чем временную  нагрузку на покрытие. Применяют и  другие способы предварительного напряжения.

Однопоясные покрытия с железобетонными плитами можно решать на прямоугольных, круглых, эллиптических и других планах. Однопоясные   прямоугольные покрытия имеют цилиндрическую форму с небольшой выпуклой кривизной в направлении, перпендикулярном тросам. Эта кривизна обеспечивает скат кровли, необходимый для отвода воды с покрытия. Расстояние между стержнями в таких покрытиях не превышает 6 м. С целью снижения массы покрытия его целесообразно принимать 1,5—3 м. В качестве опорной конструкции выгодно использовать рамный каркас, у которого в плоскости покрытия имеется распределительная ферма или балка-плита, предназначенная для крепления вантовых стержней и восприятия распора. 

При перекрытии многопролетных прямоугольных планов в качестве опорных конструкций можно использовать балки с колоннами или рамы. Второй случай предпочтительнее, так  как освобождает здание от внутренних колонн и значительно сокращает  объемы земляных работ.

Однопоясные покрытия с железобетонными плитами целесообразно проектировать над круглыми в плане зданиями.

Различают две принципиальные формы таких покрытий — вогнутую и шатровую. В вогнутой системе  наряду с опорным наружным кольцом, работающим на сжатие, предусмотрено  внутреннее1 металлическое кольцо, работающее на растяжение. Тросы в  такой системе устанавливают  меридионально и по внутреннему  кольцу крепят на расстоянии    35—50 см, что определяет диаметр внутреннего кольца 6—12 м  По наружному кольцу крепление стержней не должно превышать 6 м из условия укладки железобетонных плит. Отличительная особенность   шатровых покрытий    в том, что значительная нагрузка от покрытия передается через внутреннее кольцо, работающее на внецентренное растяжение, и через среднюю железобетонную опору. Стрела провисания вант в радиальных покрытиях может назначаться   '/ю—V20 перекрываемого   пролета.

Общим недостатком однопоясных  круглых в плане висячих систем является большое количество типоразмеров трапециевидных железобетонных плит, укладываемых на ванты, даже при большой  повторяемости треугольных секторов. Попытка к сокращению типоразмеров плит привела к созданию вогнутой системы с ортогональной сетью  без внутреннего кольца. Однако за счет большей ширины швов между плитами  в такой конструкции увеличивается  объем мокрых процессов при возведении. Недостаток вогнутых систем — трудность  отвода воды с покрытия.

Однопоясные системы с  радиальными вантами можно применять  и для покрытий на прямоугольных  планах. В этих целях опорное кольцо с висячей оболочкой подвешивают  с помощью дополнительных вант к  угловым опорам прямоугольного опорного контура. Распор от дополнительных вант в этом случае раскладывают по плоскостям ограждения.

Преимущества покрытий из жестких нитей: простота их конструктивной формы, индустриальность изготовления, использование обычных недефицитных сталей. Недостатки: большая металлоемкость, отсутствие пространственности работы покрытия. В связи с этим однопоясные  висячие покрытия с изгибно-жесткими нитями целесообразно проектировать  при сравнительно небольших пролетах в покрытиях, имеющих малую постоянную и большую временную нагрузки.

Примерами применения висячих  покрытий с изгибно-жесткими нитями могут быть два олимпийских объекта  в Москве: плавательный бассейн эллиптической  формы размером 126×104, м, перекрытый изогнутыми но квадратной параболе фермами, и спортивный зал в виде неправильного  шестиугольника размером 78×66 м, перекрытый прямолинейными фермами, пересекающимися  в ключе под тупым входящим углом. По своим технико-экономическим  и конструктивным показателям оба  покрытия значительно уступают мембранным.

Достоинством канатно-балочных систем является их повышенная жесткость  на изгиб, которая возрастает в случае применения в качестве поперечной конструкции  ферм, заделанных в опорный контур. Конструкция покрытия приобретает  пространственную жесткость, хорошо работает при местном загружении и позволяет  применять легкую кровлю. Однако стрела провеса в таких конструкциях не может быть менее Vis пролета. Приближенный способ расчета однопоясных висячих  покрытий с гибкими нитями сводится к определению сечения гибкой нити и оттяжек, а в круглых  сооружениях еще и сечений  опорного наружного и среднего внутреннего  колец. Подбор сечения несущих элементов  осуществляют на стадии монтажа, так как суммарная нагрузка на покрытие с учетом напрягающего балласта - будет больше расчетной "нагрузки. В качестве расчетной схемы сооружения в предельном состоянии принимают плоскую гибкую нить с опорами на одном или на разных уровнях.

Вантово-балочные системы, в  которых балки имеют шарниры  на каждом пересечении с вантой, рассчитывают как однопоясные гибкие нити, загруженные сосредоточенными силами.

Если балки неразрезные, то в зависимости от их жесткости  они могут выполнять роль элементов, перераспределяющих усилия в системе  или стабилизирующих систему, особенно от неравномерной нагрузки. Эффект перераспределения увеличивается  в случае создания предварительного напряжения системы путем предварительного изгиба балок выпуклостью вверх. При неразрезных балках расчет. производят подобно системе перекрестных балок  с учетом жесткости балок и  нитей.

В приближенных расчетах допускается  рассчитывать ванту как однопоясную  систему, а балку как неразрезную  многопролетную конструкцию, для которой  промежуточными опорами являются ванты.

3. Объемно  планировочное решение

Площадь здания – 3690 м².

Объем здания – 76752 м³.

Строительный объем – 19423 м².

Высота здания 19,295 м.

Шаг колонн 5,29 м.

Колонны размером 1000×600 мм, привязка колонн принята 500 мм.

4. Конструктивное  решение

В покрытии зрительного зала пионерского зало в городе Одессе диаметром 30 м несущими являются радиально  расположенные жесткие нити –  спатренные швеллеры № 22, распор от которых  передается на наружное металлическое  кольцо. Для обеспечения наружного  отвода воды и устройства фонаря на нити установлена надстройка в виде стоек и кольцевых ферм, которая не является несущей конструкцией, и покрытие должно рассматриваться как однопоясное. При небольших изменениях подобная конструкция может быть превращена в двухпоясную.

4.1. Фундаменты  под колонны

Выбраны отдельностоящие  фундаменты под колонну ступенчатый, стаконного типа, прямоугольные в  плане из монолитного железобетона.

Размеры фундамента:

• стакан: 2×1,6 м;
• подколонник: вверху 1,2×0,8м; внизу 1,1×0,7м;
• высота ступеней 0,4 м, ширина0,5 м;
• подошва фундамента: 4×3,6 м.

4.2. Колонны

Колонны выполнены из монолитного  железобетона. Сечение колнн 1000×600 мм, высота колонн 18,8 м. Класс бетона В30. Заглубление в фундамент 1,1м. На колонны  опираются радиально расположенные  несущие нити из швеллеров, а также  навесные панели.

4.3. Элементы перекрытия

Несущая конструкция –  металлическая ферма. Нижний пояс два  швеллера №22. Верхний пояс два уголка 75×6. Стойки из двух уголков 75×6. Раскосы  – уголок 50×5. Соединены элементы сваркой на пластине.

4.4. Элементы покрытия

На несущую ферму опираются железобетонные плиты с размерами:

П1 5209×4230×3730 мм; П2 3730×4250×2250 мм; П3 2250×4000×860 мм; П4 860×1920×190 мм.

4.5. Кровля и водоотвод

Состав кровли:

• ж/б плита;
• пароизоляция (пароизоляционная пленка);
• теплоизоляция (пенополистирольные плиты);
• бетонная стяжка;
• рулонный ковер (рубероид наклеенный на горячий битум);
• защитный слой (посыпка из гравия).

При устройстве рулонной кровли процессы и операции выполняются  в следующей последовательности: подготовка материалов, мастик, составов и деталей; устройство карнизных  свесов; подача материалов, мастик, составов и деталей на покрытие; огрунтовка основания; наклеивание дополнительных слоев рулонного материала в  местах установки водоприемных воронок, разжелобках; наклеивание рулонного  материала в основные слои; оформление мест примыкания водоизоляционного  слоя к стенам, шахтам, парапетам, трубам; контроль качества выполняемых процессов.

4.6. Связи жесткости

Связи жесткости расположены  в покрытии, металлические крестообразные из уголка 50×5 ГОСТ 8509-93.

4.7. Наружные стены

Конструкция панельных стен принята навесной с жестким креплением каждого пояса. Компенсация температурных  деформаций происходит за счет швов, заполняемых  упругими синтетическими прокладками  и  герметизирующими  мастиками.

Стеновые сэндвич-панели представляют собой конструкции, которые  состоят из двух окрашенных профилированных  облицовочных листов, а также заполненного несгораемым материалом специального теплоизоляционного слоя.

На внутренних поверхностях стеновых панелей для навески  на каркас предусматриваются закладные  детали или подрезки, оголяющие арматуру. Поясные панели и панели для внешних  углов крепятся к закладным деталям, расположенным на боковых гранях колонн.

Размеры панелей 5,290×1,2×0,25 м.

4.8. Фонари

В здании предусмотрен светоаэрационный фонарь круглой формы диаметром 5 м и высотой 1,6 м. Светоаэрационный фонарь обеспечивает верхнее естественное освещение и вентилирование здания.

4.9. Конструкция пола

Уплотненный грунт - основание  для устройства пола, должен быть качественно уплотнен.

Слои подсыпки (песок 7-10 см и щебень 7-10 см). Слои подсыпки могут  выполняться для защиты от капиллярного поднятия воды и могут выполняться  как выравнивающий слой. Щебень в  слое подсыпки должен быть фракции 30-50 мм (крупный).

Черновая стяжка.  Это  слой, поверх подсыпки или уплотненного грунта. Выполняется по полиэтиленовой пленке, толщина черновой стяжки 5-7 см.

Гидроизоляция. Устраивается из рубероида, 1-2 слоя.

Утеплитение. В качестве утеплителя для пола по грунту применяем пенополистирольные плиты плотностью от 30 кг/м³ и выше.

Чистовая стяжка. Толщина чистовой стяжки 7-10 см. Армирование чистовой стяжки выполняется сеткой с диаметром проволоки 3-4 мм.

Чистовое покрытие – из керамических плиток.

4.10. Перегородки

Выполняем кирпичные перегородки  толщиной 120 мм из силикатного кирпича.

5. Инженерное  оборудование

Литература

1. МУ для разработки КР «Архитектурные конструкции зданий с большепролетным покрытием». ОГАСА, 2011.
2. Архитектура сооружений с висячими покрытиями - Штолько В.Г. 1979.
3. «Атлас деревянных конструкций», М: Стройиздат, 1985.
4. Большепролетные конструкции покрытий общественных и промышленных зданий. Зверев А.Н. 1998.
5. Дмитриев Л.Г., Касилов А.В. Вантовые покрытия. Расчет и проектирование. Киев: Будівельник, 1974.
6. Несущие системы. Энгель Х. 2006.
7. Инженерные конструкции. Голосов В.Н. 1991.
8. Кирсанов Н.М. Висячие и вантовые конструкции, 1981.
9. Каталог рекомендуемых типов пространственных конструкций для общественных зданий с большими пролетами. ЛенЗНИИЭП, 1977.
10. Пространственные составные конструкции: Учеб. пос, Дыховичный Ю.А., Жуковский Э.3, 1989.
11. Трофимова В.И. Мембранные конструкции зданий и сооружений, 1990.
12. ДБН В.2.2-9-2009 Громадські будинки та споруди. Основні положення.
13. ДБН В.2.2-13-2003 Спортивные и физкультурно-оздоровительные сооружения.
14. ДБН В.2.6-14-97 Покриття будинків i споруд.
15. ДБН В.1.1-12:2006. Строительство в сейсмических районах Украины
16. ДБН В.2.6-31 2006. Тепловая изоляция зданий.
17. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика.
18. ДСТУ Б А.2.4-4-99 Основные требования к проектной и рабочей документации.

Одесса -2012