Несучі конструкції

До основних типів конструкцій систем перекриттів і покриттів в будівлях відносяться металеві і сталезалізобетонні (за винятком балок з гофрованої стінкою):

• Конструкції, активні за формою: висячі конструкції, мембрани

• Конструкції, активні по вектору: ферми, просторові стрижневі системи

• Конструкції, активні по перетину: балкові системи, колони, рами

• Конструкції, активні по поверхні: арочні конструкції, куполи і оболонки

Конструкції, активні по формі

Висячі конструкції є несучими системами, що працюють за принципом активної форми, яка адаптується своїм контуром зовнішнього навантаження. Основу висячих конструкцій становить нитка - гнучкий провисаючий стрижень (або смуга), який працює на розтяг і несе поперечне навантаження в прольоті.

Ванти - це тип ниток, що мають криволінійну форму, обумовлену вільною довжиною і гравітаційною дією зовнішніх зусиль. На відміну від вант, струни - це нитки, в яких діє попереднє напруження розтягування, яке дозволяє зберігати прямолінійність.

Мембранні покриття - просторові конструкції, основу яких складає гнучкий тонкий металевий лист, закріплений по периметру на жорсткому опорному контурі. За конструктивною розрізняють одношарові, підкріплені вантами та двошарові стрічкові мембрани.

Одношарові покриття найбільш прості у виконанні, проте найбільш деформативні, і їх застосовання обмежене можливістю обробки і зварювання листів зі зростанням товщини. Тому поширення знайшли мембрани підкріплені вантами. Спільна робота вантових елементів і континуальної мембрани підвищує жорсткість останньої і дозволяє збільшити проліт. У вигляді вант можуть виступати як елементи з канатів, так і вузькі сталеві смуги.

Конструкції, активні по вектору

Ферми являють собою системи стрижневих елементів, об'єднаних у вузлах в геометрично незмінні решіткові пролітні конструкції.

Фермові конструкції набули широкого поширення завдяки наступним перевагам:

· Можливість перекриття великих прольотів

· Економічність

· Свобода організації конструктивної форми

· Можливість пропуску комунікацій в просторі між стрижнями

Недоліками фермових конструкцій є їх значна будівельна висота і трудомісткість виконання.

За зовнішньої конструктивною схемою розрізняють балкові, аркові, рамні і вантові ферми.

За внутрішньою конструктивною схемою розрізняють ферми з шарнірним і жорстким примиканням елементів у вузлах.

Просторові стрижневі системи передають навантаження на опори розподіляючи зусилля всередині системи. За конструктивною схемою просторові системи в основному розрізняють як конструкції розвинені з площини, перехресні ферми, а також одношарові і двошарові стрижневі структурні оболонки.

Розвинені з площини і перехресні ферми знайшли застосування в тих випадках, коли постановка проміжних опор на плані будівлі є неможливою, але потрібно дотриматися площинності покриття. Також перехресні системи дають гарну можливість вертикального облаштування між фермами сходів, ліфтів, комунікацій і світлових ліхтарів.

А перевагами одношарових і двошарових стрижневих структурних конструкцій, завдяки яким вони знайшли широке застосування, є:

· Архітектурна виразність

· Висока просторова жорсткість, несуча здатність і надійність.

· Можливість формування відкритого функціонального простору.

· Уніфікація і типізація елементів за рахунок регулярності їх розташування.

· Індустріального виготовлення і можливість поставки на місце будівництва поелементно малогабаритним транспортом.

· Технологічність збірки і монтаж укрупненими блоками, а також мобільність

Конструкції, активні по перетину

Балкові системи - площинні системи, які протидіють поперечному навантаженню. Перевагами балкових систем є висока заводська готовність елементів і зручність, а відповідно і швидкість монтажу.

До основних типів балкових систем перекриттів і покриттів в будівлях відносяться металеві та композитні (за винятком балок з гофрованою стінкою):

· Прокатні балки

· Складові балки з листів

· Перфоровані балки

· Балки з гофрованою стінкою

· Балки перекриттів зниженою висоти

Композитними прийнято називати конструкції, в яких зовнішнє навантаження спільно сприймають елементи різного типу і призначення. У будівлях зі сталевими балками і залізобетонними можуть бути організовані композитні балки, які працюють спільно з плитою.

Колони - переважно вертикальні елементи, які передають навантаження на фундаменти або розташовані нижче конструкції будівлі.

Перерізи сталевих колон діляться в основному на суцільностінчаті відкриті, суцільностінчаті замкнуті і наскрізні. Крім того, широке застосування знаходять сталебетонні колони, заповнені бетоном, або сталезалізобетонні, в разі, коли в бетоні встановлюється додатково робоче армування.

Рами

Рамою називають каркасну плоску систему, що складається з елементів, які забезпечують проліт - ригелів, і елементів, які забезпечують висоту - стійок. Переваги, які обумовлюють широке застосування рам:

· Економічний перерозподіл згинальних моментів між ригелями і стійками.

· Концентрація матеріалу.

· Малоелементность і швидкість монтажу.

У той же час рами мають деякі недоліки: невелику висоту стійок, присутність складних жорстких вузлів і обмеженість використання конструктивної форми.

За статичної схемою розрізняють безшарнірні, двошарнірної і треьошарнірні рами.

Конструкції, активні по поверхні

Арочні конструкції

Арки - несучі конструкції позитивної кривизни, які взаємодіють з зовнішнім силовим потоком всією своєю поверхнею. Арочні конструкції класифікують в основному поїх абрису, статичною схемою і способу сприйняття розпору.

По абрису головний тип аркових конструкцій - параболічні, але також вони можуть мати форму частини кола, змінний радіус кривизни або навіть форму ланцюгової лінії, що складається з багатьох. З точки зору конструктивної схеми аналогічно рам виділяють двох-, трьох- і безшарнірні арочні конструкції. Фактично арки виходять з криволінійних балок шляхом закріплення обох опор в нерухомі і поздовжньої осі. Через це в арках виникають розпірні зусилля. Передача розпору можлива на фундаменти або колони-контрфорси, а також на інші прилеглі конструкції, здатні його сприйняти.

Куполи і оболонки

Просторовим розвитком арок є купольні і оболонкові конструкції, які дозволяють реалізувати ефективні та привабливі рішення для концертних залів, великих приміщень громадського спортивного та іншого призначення. Форми, які утворюють купольні конструкції, являють собою криволінійні або розбиті на площині просторові поверхні позитивної кривизни.

За конструктивною системою виділяють в основному ребристі, ребристо-кільцеві і сітчасті купола.

Ребристий купол являє собою конструкцію, утворену з радіально розташованих арок. У верхній точці арочні ребра замикаються на кільце, яке працює на стиск. У нижній частині купол повинен мати опорний контур або фундамент, що сприймає радіальний розпір і заземлюючий вертикальне зусилля.

Ребристо-кільцеві купола мають горизонтальні меридіональні кільцеві елементи, які утворюють з ребрами єдину просторову систему, а також виконують роль капітальних стін.

Сітчасті купола можуть не мати ребер, в них стрижні розташовані в певному порядку, заснованому на регулярній системі чарунки або блоку. Найбільшого поширення набули трикутні системи геометрії чарунок сітчастих куполів, а також геодезичні, стрижні яких є ребрами елементів багатогранників, що вносяться в сферичну поверхню купола.

Конструкції покриттів з сітчастих куполів, мають істотні переваги перед іншими просторовими покриттями:

· Економічна форма і виразний архітектурний зовнішній вигляд.

· Технологічність монтажу, однотипність і легкість елементів, які монтуються.

· Вільне внутрішнє планування.