Плоски пространствени покрития на съвременни сгради от метални конструкции
1 Общи данни за пространствените покрития 2 Характеристики на тези типове конструкции 3 Технология за изграждане на пространствени покрития 4 Предимства, недостатъци и възможни трудности при изграждането на тези структури 5 Примери. Чужд опит. перспективи
6 Списък на използваната литература
1 Общи данни за пространствено покритие
Плоча— строителна конструкция на подове на сгради и конструкции. В архитектурната практика се използват изпъкнали, висящи, мрежести и мембранни обвивки от стоманобетон, метали, дърво, полимерни, тъкани и композитни материали. За изчисляване на такива структури се използва специално разработена теория на черупките.
Мрежестите тавани-черупки са въведени за първи път в световната практика от българския инженер и архитект В. Г. Шухов през 1896 г. В същото време той патентова тези проекти и разработи основите на теорията за черупките.[1]
До средата на 20-ти век черупковите тавани се използват рядко поради сложността на изчислението, повишените изисквания към качеството на материалите и спазването на инсталационните технологии. Ярък пример са платновидните двуслойни черупки на Операта в Сидни, които поради недостатъчната техническа компетентност на архитекта Йорн Утзон бяха издигнати повече от 10 години.
Черупкови тавани са използвали в работата си известни архитекти Антонио Гауди, Пиер Нерви, Еро Сааринен, Оскар Нимайер, Кензо Танге, Бъкминстър Фулър, Норман Фостър, Франк Гери, Никълъс Гримшоу, Сантяго Калатрава. През последните две десетилетия, прогресивната подова архитектура получи пълно признание и широко приемане поради въвеждането на компютри впрактиката на изчисляване на конструкциите и появата на нови строителни материали и технологии.
в българския климат стоманените мрежи и стоманените висящи мембранни обвивки на подове на сгради и конструкции се експлоатират безпроблемно.
Черупки с форма на платно на операта в Сидни, архитект Йорн Утзон, Австралия
Пекинската опера, 2007 г.
Ретикул на Британския музей, архитект Норман Фостър, 2000 г.
2 Характеристики на тези типове структури
Пространствените капациса системи, състоящи се от тънкостенни черупки (тънки плочи) и контурни конструкции (странични елементи, опорни пръстени, диафрагми под формата на греди, арки и др.). Всички тези елементи са взаимосвързани и работят като едно цяло. Това намалява разхода на материал и масата на покритието, прави го по-икономично и позволява покриване на големи площи без междинни опори. В допълнение, пространствените покрития се отличават със специална архитектурна изразителност. Тънкостенните пространствени покрития се използват предимно за хангари, спортни зали, покрити пазари, изложбени павилиони, железопътни гари, развлекателни предприятия, промишлени сгради и други подобни структури, в които междинните колони са нежелателни или неприемливи. Черупките получават формата на извити повърхности или многостени. Основните видове пространствени покрития са сводове, куполи, цилиндрични черупки, сгънати конструкции, черупки с двойна кривина, покриви с композитни черупки и окачени покриви. В строителната практика се използват и други видове тънкостенни пространствени покрития, чийто избор зависи от предназначението на конструкцията, нейните архитектурниоформление, размери, методи на изграждане. Пространствените покрития се състоят от следните компоненти: - праволинейни елементи на четиристранен пространствен опорен контур; - гъвкави нишки, ориентирани успоредно на един от диагоналите на опорния контур и закрепени към него с краищата си с възможност за опъване; правоъгълни греди, ориентирани в план успоредно на два от срещуположните елементи на контура и закрепени с краищата си към двата основни елемента; - листови и покривни настилки. Видове 3D покриви: сводове, куполи, цилиндрични черупки, сгънати конструкции, черупки с двойна кривина, композитни черупки и окачени покриви. Изборът на вида на пространственото покритие зависи от предназначението на сградата, нейните размери, методите на строителство и редица други фактори. Куполи. Куполът е сферична обвивка с радиус 30 m, част от която е отрязана от сценична кутия, диаметърът на основата на купола е 56 m, дебелината е 8 cm. Повърхността на купола, състояща се от две нива, е оформена от 96 криволинейни оребрени стоманобетонни панели. В центъра на купола има горен подпорен пръстен с диаметър 13 m, изработен от стоманобетон. Разширяването на купола се възприема от долния носещ пръстен и покриващите панели на пристройките около купола. Обвивки с нулева и положителна гаусова кривина. През 70-те години при изграждането на покриви на сгради с разстояние между колоните 12 m и разстояния 18 и 24 m широко се използват сглобяеми предварително напрегнати цилиндрични черупки от два вида, които се различават по начина, по който са разделени на сглобяеми елементи. Един вид черупкае сглобен от извити оребрени панели 3x12 m и предварително напрегнати странични греди, другият - от извити оребрени панели с дължина на вълната на половината на корпуса с прилежащите части на страничните греди. Последващото опъване на страничните греди е извършено на строителната площадка. Общо са построени повече от 400 такива снаряда. Висящи миди. Проучванията показват, че трансформирането на кабелна система в по-твърди висящи черупки чрез полагане на стоманобетонни плочи по дължината на кабелите с последващото им монолитно е най-ефективният начин за осигуряване на стабилност на формата на покритието, което прави възможно изграждането на черупки без скелета, премахване или значително намаляване на огъването на контура при асиметрично натоварване. Конструктивното решение на покритието е опростено с кръгъл план на конструкцията, докато обвивката може да бъде изпъкнала, когато се поддържа по контура и върху централната опора (тентови черупки), както и вдлъбната. Разстоянията на хип-хоп черупките достигат 160 м. Черупки от стоманобетонно покритие. Характерен пример за такива конструкции са стоманобетонните корпуси на палатки с размери до 36x36 м. По време на строителния процес върху металната мрежеста конструкция на корпуса на палатката чрез заваряване се закрепват плоски стоманобетонни плочи с дебелина 4-5 cm и размери до 3x6 m. Съвместната работа на тънки стоманобетонни плочи със стоманена рамка осигурява висока носеща способност на такива черупки. Едно от най-новите разработки на строителни покрития с планови размери от 24x24 до 48x48 m бяха многостранни стоманобетонни корпуси с големи светлинни отвори. Плоските триъгълни плочи с дебелина 40 - 50 mm се полагат в ъгловите зони и се освобождават отклетъчните плочи, които са леки отвори с обща площ от най-малко 50% от повърхността на цялата обвивка, са запълнени със самоуравновесени предварително напрегнати метални системи, които придават твърдост и неизменност на цялата структура на обвивката. Пространствената рамка на такива черупки е сглобена от линейни кухи елементи, изработени от бетон с висока якост от клас B60-B80. Страничните диафрагми са направени под формата на арки с дистанционер в средата на обхвата. Пространствени структури на междуетажни подове. Използването на пространствени структури има за цел да увеличи размера на решетката от колони и полезни товари на етаж, което е много важно за някои видове промишлени и обществени сгради. При решаването на този проблем са идентифицирани две обещаващи посоки. Един от тях е използването на набраздени или стъпаловидно набраздени панели; в сглобяемата версия такива конструкции могат да имат разстояния до 9 м. Втората посока е използването на сгънати тазобедрени черупки и конструкции на рамки-шатри с разстояния до 18 м. Предварително напрегнатите контурни греди, съдържащи основната опъната армировка на конструкцията, възприемат силата на разширение на обвивката на палатката и също така са напречните греди на пространствената рамка на рамката на сградата. Тънкостенната част на структурата на палатката е петоъгълна гънка под формата на пресечена пирамида и е направена от сглобяеми плочи, лежащи по периметъра на клетката върху долните флангове на контурните греди. Пространството над наклонените чела на черупките е покрито с хоризонтални плочи.