Современные конструкции большепролетных зданий

Министерство образования, науки , молодежи и спорта Украины

Одесская Государственная Академия Строительства и Архитектуры

Кафедра Железобетонных конструкций

Расчетно-графческая работа

На тему: «Современные конструкции большепролетных зданий»

Выполнил :

Ст.гр. А-605

Буняков А.В.

Преподаватели:

Коломийчук Г.П.

Одесса 2012

Содержание

Предисловие (  стр.) 3

1.                Плоскостные большепролетные конструкции покрытий  (  стр.) 4

1.1.    Балки (  стр.) 5

1.2.    Фермы (  стр.) 6

1.3.    Рамы  (  стр.) 7

1.4.    Арки(  стр.) 8  

2.                Пространственные большепролетные конструкции покрытий  ( стр.) 9

2.1.         Складки (  стр.) 10

2.2.         Своды (  стр.) 11

2.3.         Оболочки (  стр.) 11

2.4.         Купола(  стр.) 16

3.                Примеры применения купольных конструкций в покрытиях зданий и сооружений (  стр.) 21

3.1.         Дворец спорта (Palazzo dello Sport или Palasport) (  стр.) 21

3.2.         Цирк в Иваново(  стр.) 24

4.                Примеры применения волнистых куполов-оболочек(  стр.) 28

4.1.         Государственный цирк в Бухаресте(  стр.) 28

5.                Вантовые висячие конструкции (  стр.) 30

5.1.         Плоскостные(  стр.) 31

5.2.         Пространственные(  стр.) 32

6.                Современные вантовые конструкции на примере висячих мостов(  стр.) 34

6.1.         Мост Золотые Ворота (  стр.) 35

6.2.         Бруклинский мост (  стр.) 37

6.3.         Мост Цин Ма (  стр.)38

6.4.         Мост Акаси-Кайкё(  стр.) 43

6.5.         Ататюркский(  стр.) мост 47

6.6.         Крымский(  стр.) мост

Заключение

Список использованной литературы

Предисловие

При проектировании и строительстве зданий с зальными помещениями возникает комплекс сложных архитектурных и инженерных задач. Для создания комфортных условий в зале, обеспечения требований технологии, акустики, изоляции его от других помещений и окружающей среды определяющее значение приобретает конструкция покрытия зала. Знание математических законов формообразования позволило делать сложные геометрические построения (парабол, гипербол, и т.д.), с использованием

принципа произвольного плана. В современной архитектуре формообразование плана является результатом развития двух тенденций: свободного плана, ведущего к конструктивной каркасной системе, и произвольного плана, требующего конструктивной системы, позволяющей организовать весь объем здания, а не только планировочную структуру.

Зал – основное композиционное ядро большинства общественных зданий. Наиболее часто встречающаяся конфигурация плана – прямоугольник, круг, квадрат, эллипсовидные и подковообразные планы, реже трапециевидные. При выборе конструкций покрытия зала решающее значение имеет необходимость связать зал с внешним миром посредством открытых остекленных поверхностей или наоборот полностью изолировать его.

Пространство, освобожденное от опор, перекрытое большепролетной конструкцией, придает зданию эмоциональную и пластическую выразительность.

Большепролетные конструкции покрытий появились в древние времена. Это были каменные купола и своды, деревянные стропила. Так, например, каменное купольное покрытие Пантеона в Риме (1125 г.) имело диаметр около 44 м, купол мечети Айя – София в Стамбуле (537 г.) – 32 м, купол Флорентийского собора (1436 г.) – 42 м, купол Верхнего Совета в Кремле (1787 г.) – 22,5 м. Строительная техника того времени не позволяла строить в камне легкие сооружения. Поэтому большепролетные каменные сооружения отличались большой массивностью, а сами сооружения возводились в течение многих десятилетий.

Деревянные строительные конструкции были дешевле и проще в возведении, чем каменные, давали возможность перекрывать также большие пролеты. Примером могут служить деревянные конструкции покрытия здания бывшего Манежа в Москве (1812 г.), пролетом 30 м.

Развитие черной металлургии в XVIII – XIX вв. дало строителям материалы более прочные, чем камень, дерево – чугун и сталь. Во второй половине XIX в. большепролетные металлические конструкции получают широкое применение.

В конце XVIII в. появился новый материал для большепролетных зданий – железобетон. Совершенствование железобетонных конструкций в XX в. привело к появлению тонкостенных пространственных конструкций: оболочек, складок, куполов. Появилась теория расчета и конструирования тонкостенных покрытий, в которой приняли участие и отечественные ученые. Во второй половине XX в. широко применяются висячие покрытия, а также пневматические и стержневые системы. Применение большепролетных конструкций дает возможность максимально использовать несущие качества материала и получить за счет этого легкие и экономичные покрытия. Уменьшение массы конструкций и сооружений является одной из основных тенденций в строительстве. Уменьшение массы означает уменьшение объема материала, его добычи, переработки, транс-

портировки и монтажа. Поэтому вполне естественен интерес, который возникает у строителей и архитекторов к новым формам конструкций, что дает особенно большой эффект в покрытиях. Так, масса железобетонного ребристого покрытия при сравнительно небольших пролетах составляет 400 – 500 кг/м2 перекрываемой площади; масса железобетонных оболочек при пролетах 40 – 50м составляет около 300 кг/м2; масса облегченных покрытий по металлическим конструкциям при тех же

пролетах снижается до 50 – 100 кг/м2; масса пневматических конструкций всего лишь 2 – 5 кг/м2.

Большепролетные конструкции покрытий можно разделить по их статической работе на две основных группы систем большепролетных покрытий:

− плоскостные (балки, фермы, рамы, арки);

− пространственные (оболочки, складки, висячие системы, перекрестно-стержневые системы идр.).

Балочные, рамные и арочные, плоскостные системы большепролетных покрытий проектируются обычно без учета совместной работы всех несущих элементов, так как отдельные плоские диски соединяются друг с другом сравнительно слабыми связями, не способными существенно распределить нагрузки. Это обстоятельство, естественно приводит к увеличению массы конструкций .Для перераспределения нагрузок и снижения массы пространственных конструкций необходимы связи.

По материалу, применяемому для изготовления большепролетных конструкций, их разделяют на деревянные, металлические и железобетонные. Древесина имеет хорошие несущие свойства (расчетное сопротивление сосны на сжатие и изгиб 130– 150 кг/м2) и малую объемную массу (для воздушно-сухой сосны 500 кг/м3).

Существует мнение, что деревянные конструкции недолговечны. Действительно при плохом уходе деревянные конструкции могут очень быстро выйти из строя из-за поражения древесины различными грибками и насекомыми. Основным правилом для сохранения деревянных конструкций является создание условий для их вентиляции или проветривания. Важно также обеспечить, сушку древесины перед ее применением в строительстве. В настоящее время деревообрабатывающая промышленность может обеспечить эффективную сушку современными методами, в том числе токами высокой частоты и т.д. [10]. Улучшение биологической стойкости древесины легко достигается с помощью давно разработанных и освоенных методов пропитки ее различными эффективно действующими антисептиками.

Еще чаще возникают возражения против использования древесины по соображениям пожарной безопасности. Однако соблюдение элементарных правил противопожарной безопасности и надзора за сооружениями, а также использование антипиренов, повышающих огнестойкость древесины, позволяет значительно повысить противопожарные свойства древесины.

В качестве примера долговечности деревянных конструкций можно привести упоминавшийся уже Манеж в Москве, которому более 180 лет, шпиль в Адмиралтействе в Ленинграде высотой около 72 м, построенный в 1738 г., сторожевую башню в Якутске, возведенную около 300 лет тому назад, многие деревянные церкви во Владимире, Суздале, Кижах и других городах и селах Северной России, насчитывающие несколь-

ко столетий.

Металлические конструкции, главным образом стальные, применяются широко. Их достоинства: высокая прочность, относительно небольшая масса. Недостатком стальных конструкций является подверженность коррозии и низкая пожарная стойкость (потеря несущей способности при высоких температурах). Для борьбы с коррозией стальных конструкций существует много средств: окраска, покрытие полимерными пленками и т.д. В целях пожарной безопасности ответственные стальные конструкции можно обетонировать или осуществить набрызг на поверхность стальных конструкций теплоустойчивых бетонных смесей (вермикулит и т.д.). Железобетонные конструкции не подвержены гниению, ржавлению, обладают высокой пожарной стойкостью, но они тяжелы.

Поэтому при выборе материала для большепролетных конструкций необходимо отдавать

предпочтение тому материалу, который в конкретных условиях строительства наилучшим образом отвечает поставленной задаче.

1.     Плоскостные большепролетные конструкции покрытий

В общественных зданиях массового строительства для покрытия зальных помещений применяются преимущественно традиционные плоскостные конструкции: настилы, балки, фермы, рамы, арки. Работа этих конструкций основана на использовании внутренних физико-механических свойств материала и передаче усилий в теле конструкции непосредственно на опоры. В строительстве плоскостной тип покрытий хорошо изучен и освоен в производстве. Многие из них пролетом до 36 м разработаны как сборные типовые конструкции. Идет постоянная работа по их усовершенствованию, снижению массы и материалоемкости.

Плоскостная конструкция покрытия зала в интерьерах общественных зданий почти всегда, ввиду ее низких эстетических качеств, закрывается дорогостоящим подвесным потолком. Этим в здании создаются излишние пространства и объемы в зоне конструкции покрытия, в редких случаях используемые под технологическое оборудование. В экстерьере сооружения такие конструкции из-за их невыразительности обычно спрятаны за высокими парапетами стен.

1.1 Балки

Балки изготавливаются из стальных профилей, железобетонными (сборными и монолитными), деревянными (на клею или на гвоздях).

Стальные балки таврового или коробчатого сечения (лист 1, а, б) требуют большого расхода металла, имеют большой прогиб, который обычно компенсируется строительным подъемом (1/40 – 1/50 от пролета).

Примером может служить закрытый искусственный каток в Женеве, выстроенный в 1958 г. (лист 1,)

в). Покрытие зала размерами 80,4 × 93,6 м выполнено из десяти цельно сваренных сплошных стальных

балок переменного сечения, установленных через 10,4 м. За счет устройства консоли с оттяжкой на од-

ном конце балки создается предварительное натяжение, способствующее уменьшению сечения балки.

Железобетонные балки имеют большой изгибающий момент и большую собственную массу, но просты в изготовлении. Они могут выполняться монолитными, сборно-монолитными и сборными (из отдельных блоков и цельные). Выполняются из железобетона с предварительным напряжением арматуры. Отношение высоты балки к пролету колеблется в пределах от 1/8 до 1/20. В практике строительства

встречаются балки пролетом до 60 м, а с консолями – до 100 м. Сечение балок – в виде тавра, двутавра или коробчатое (лист 2, а, б, в, г, д, ж).

В качестве примера можно привести балку надворотного проема ангара Британской заморской авиационной компании в Лондоне, построенного в 1955 г. (лист 2, и). Пролет балки – 91 м с подкосами. Высота балки – 5,5 м.

Деревянные балки применяются в местностях, богатых лесом. Обычно они используются в зданиях III класса из-за их малой огнестойкости и долговечности.

Деревянные балки подразделяются на гвоздевые и клееные длиной до 30 – 20 м. Гвоздевые балки (лист 3, а) имеют сшитую на гвоздях стену из двух слоев досок, наклоненных в разные стороны под углом 45°. Верхний и нижний пояса образуют за счет нашитых с обеих сторон вертикальных стенок балки продольных и поперечных брусьев. Высота гвоздевых балок 1/6 … 1/8 от пролета балки. Вместо доща-

той стенки можно применять стенку из многослойной фанеры.

Клееные балки в отличие от гвоздевых обладают высокой прочностью и повышенной огнестойкостью даже без специальной пропитки. Сечение клееных деревянных балок может быть прямоугольным,двутавровым, коробчатым. Они изготавливаются из реек или досок на клею, уложенных плашмя или на ребро. Высота таких балок 1/10 … 1/12 от пролета. По очертанию верхнего и нижнего поясов клееные балки могут быть с горизонтальными поясами, одно- или двухскатные, криволинейные.

Примером применения деревянных клееных балок может являться построенный в 1957 г. колледж в Ашленде (штат Орегон, США), где в конструкции покрытия были использованы балки пролетом 40 м, шириной 0,23 м и переменной высотой 1,22 … 2,03 м, изготовленных из брусков сечением 41 × 23 мм.

В 1972 г. ЦНИИЭП учебных зданий, ЦНИИЭП зрелищных зданий и спортивных сооружений и ЦНИИСК Госстроя СССР разработали номенклатуру типовых деревянных клееных двускатных балок длиной от 9,0 до 18,0 м сечением 0,14 … 0,21 × 0,63 … 1,305 м для использования их при строительстве общественных зданий.

1.2 Фермы

Фермы, как и балки, могут изготавливаться из металла, железобетона и дерева.

Стальные фермы в отличие от металлических балок за счет решетчатой конструкции требуют меньше металла. При подвесном потолке создается проходной чердак, обеспечивающий пропуск инженерных коммуникаций или свободный проход по чердаку. Фермы выполняют, как правило, из стальных профилей, а пространственные трехгранные фермы – из стальных труб.

Зал Конгрессов и спорта в Эссене имеет покрытие размером 80,4 × 72 м. Покрытие опирается на четыре решетчатых стоики, состоящие из четырех ветвей. Одна из стоек жестко закреплена в фундамент, две стойки имеют катковые опоры, четвертая стойка выполнена качающейся и может перемещаться в двух направлениях. Две главные полигональные клепаные фермы опираются на опорные стойки и имеют пролет 72 м и высоту 5,94 и 6,63 м в середине пролета и соответственно 2,40 и 2,54 м –

на опорах. Пояса главных ферм имеют коробчатое сечение шириной более 600 мм, раскосы – составные, двутаврового сечения. Двухконсольные, сварные второстепенные фермы пролетом 80,4 м опираются на главные фермы с шагом 12 м. Верхний пояс этих ферм имеет сечение в виде тавра, нижний – в виде двутавра с широкими полками. Для обеспечения свободных вертикальных деформаций на расстоянии 11 м от краев крыши устроены сквозные шарниры как в ограждающей конструкции покрытия,

так и в фермах и в подвесном потолке. Концы ферм длиной 11 м опираются на легкие качающиеся стойки, расположенные на трибунах. Крестовые ветровые горизонтальные связи расположены между главными и между крайними второстепенными фермами, а также вдоль продольных стен на расстоянии 3,5 м от края покрытия. Прогоны и обрешетка изготовлены из двутавров. Здание покрыто плитами из прессованной соломы толщиной 48 мм, по которым уложен гидроизоляционный ковер из четырех слоев горячего битума на стекловолокне.

Фермы могут иметь различное очертание как верхнего, так и нижнего пояса. Наиболее распространены фермы треугольные и полигональные, а также горизонтальные с параллельными поясами.

Железобетонные фермы изготавливаются: цельными – длиной до 30 м; составными – с предвари-

тельным напряжением арматуры, при длине более 30 м. Отношение высоты фермы к пролету 1/6 … 1/9.

Нижний пояс выполняется обычно горизонтальным, верхний пояс может иметь горизонтальное, треугольное, сегментное или полигональное очертания. Наибольшее распространение получили железобетонные полигональные (двухскатные) фермы, изображенные на листе 2, ж. Максимальная длина запроектированных железобетонных ферм составляет около 100 м при шаге 12 м.

Недостатком железобетонных ферм является большая конструктивная высота. Для уменьшениясобственной массы ферм необходимо применять высокопрочные бетоны и внедрять легкие плиты покрытия из эффективных материалов.

Деревянные фермы – могут быть представлены в виде бревенчатых или брусчатых висячих стропил. Деревянные фермы применяют для пролетов более 18 м и при условии выполнения профилактических мероприятий по пожарной безопасности. Верхний (сжатый) пояс и раскосы деревянных ферм изготавливают из брусьев квадратного или прямоугольного сечения со стороной, равной 1/50 … 1/80 от пролета, нижний (растянутый) пояс и подвески выполняют как из брусьев, так и из стальных тяжей свинтовыми нарезками на концах для натяжения их с помощью гаек с подкладными шайбами. Устойчивость деревянных ферм обеспечивают деревянные раскосы и связи, установленные по краям и в середине фермы перпендикулярно их плоскости, а также кровельные настилы, образующие жесткий диск покрытия. В практике отечественного строительства применяют фермы пролетом 15, 18, 21 и 24 м, верхний пояс которых выполняется из неразрезного пакета досок шириной 170 мм на клею ФР-

12. Раскосы выполняются из брусков такой же ширины, нижний пояс из прокатных уголков, а подвески – из круглой стали.

Металлодеревянные фермы – были разработаны ЦНИИЭП учебных зданий, ЦНИИЭП зрелищных зданий и спортивных сооружений и ЦНИИСК Госстроя СССР в 1973 г. Эти фермы устанавливаются через 3 и 6 м и могут быть использованы для кровельных покрытий в двух вариантах:

а) с теплым эксплуатируемым подвесным потолком и холодными кровельными панелями;

б) без подвесного потолка и теплыми кровельными панелями.

1.3 Рамы

Рамы являются плоскостными распорными конструкциями. В отличие от безраспорной балочностоечной конструкции, ригель и стойка в рамной конструкции имеют жесткое соединение, которое является причиной появления в стойке изгибающих моментов от воздействия нагрузок на ригель рамы.

Рамные конструкции выполняют с жесткой заделкой опор в фундамент, если отсутствует опасностьпоявления неравномерных осадок основания. Особая чувствительность рамных и арочных конструкций к неравномерным осадкам приводит к необходимости устройства шарнирных рам (двухшарнирных и трехшарнирных).

Учитывая то, что рамы не имеют достаточной жесткости в своей плоскости, при устройстве покрытия необходимо обеспечить продольную жесткость всего покрытия путем замоноличивания элементов покрытия или установки рам диафрагм нормально к плоскости, или связей жесткости.

Рамы могут изготавливаться из металла, железобетона или дерева.

Металлические рамы могут выполняться как сплошного, так и решетчатого сечения. Решетчатое сечение характерно для рам с большими пролетами, так как оно более экономично благодаря небольшой собственной массе и способности одинаково хорошо воспринимать как сжимающие, так и растягивающие усилия. Высота сечения ригелей решетчатых рам принимается в пределах 1/20 … 1/25 пролета,

а рам сплошного сечения 1/25 … 1/30 пролета. Для уменьшения высоты сечения ригеля как сплошного,так и решетчатого металлических рам применяются разгружающие консоли, иногда снабженные специальными оттяжками (лист 4, г). Металлические рамы активно применяются в строительстве.

Железобетонные рамы – могут быть бесшарнирными, двухшарнирными, реже трехшарнирными.

При пролетах рам до 30 … 40 м их выполняют сплошными, двутаврового сечения с ребрами жесткости,

при больших пролетах – решетчатыми. Высота ригеля сплошного сечения составляет около 1/20 … 1/25

пролета рамы, решетчатого сечения 1/12 … 1/15 пролета. Рамы могут быть однопролетными и много-

пролетными, монолитными и сборными. При сборном решении соединение отдельных элементов рамы целесообразно выполнить в местах минимальных изгибающих моментов.

Деревянные рамы подобно деревянным балкам выполняют из гвоздевых или клееных элементов для пролетов до 24 м. Их выгодно делать трехшарнирными для облегчения монтажа. Высота ригеля из гвоздевых рам принимается около 1/12 пролета рамы, у клееных рам – 1/15 пролета. Примеры строительства зданий с использованием деревянных рам приведены на листе 5, л, м, листе 7.

1.4 Арки

Арки, как и рамы, являются плоскостными распорными конструкциями. Они еще более чувствительны к неравномерным осадкам, чем рамы и выполняются как бесшарнирными, так и двухшарнирными и трехшарнирными (лист 4, д, е, ж, и, к) Устойчивость покрытия обеспечивается жесткими элементами ограждающей части покрытия. Для пролетов 24 … 36 м возможно применение трехшарнирных арок из двух сегментных ферм (лист 8, а). Во избежание провисания затяжки устанавливают подвески.

Металлические арки выполняются сплошного и решетчатого сечения. Высота ригеля сплошного сечения арок применяется в пределах 1/50 … 1/80 , решетчатого 1/30 … 1/60 пролета. Отношение стрелы подъема к пролету у всех арок находится в пределах 1/2 … 1/ 4 при параболическом очертании кривой и 1/4 … 1/ 8 при круговой кривой. На листе 8, а, листе 9, рис. 1, листе 10, а, б, в, представлены примеры из практики строительства.

Железобетонные арки, как и металлические, могут иметь сплошное и решетчатое сечение ригеля. Конструктивная высота сечения ригеля сплошных арок составляет 1/30 … 1/40 пролета, решетчатых арок 1/25 … 1/30 пролета.

Сборные арки больших пролетов выполняются составными, из двух полуарок, бетонируемых на листе в горизонтальном положении, а затем поднимаемых в проектное положение (пример на листе 9, 2, а, б, в).

Деревянные арки выполняются из гвоздевых и клееных элементов. Отношение стрелы подъема к пролету у гвоздевых арок составляет

1/15 … 1/20, у клееных – 1/20 … 1/25 (лист 8, а, б, лист 10, в, г).

2.     Пространственные большепролетные конструкции покрытий

Большепролетные конструктивные системы разных эпох объединяет ряд существенных признаков,что дает возможность рассматривать их как технический прогресс в строительстве. С ними связана мечта строителей и архитекторов, покорить пространство, перекрыть максимально большую площадь. Объединяющим исторически сложившихся и современных криволинейных конструкций является поиск целесообразный формы, стремление к максимальному снижению их веса, поиск оптимальных условий

распределения нагрузок, что приводит к открытию новых материалов и потенциальных возможностей. Пространственные большепролетные конструкции покрытия включают в себя плоские складчатые покрытия, своды, оболочки, купола, перекрестно-ребристые покрытия, стержневые конструкции, пневматические и тентовые конструкции.

Плоские складчатые покрытия, оболочки, перекрестно-ребристые покрытия и стрежневые конструкции выполняются из жестких материалов (железобетон, металлические профили, дерево и др.) За счет совместной работы конструкций пространственные жесткие покрытия имеют небольшую массу, что снижает расходы как на устройство покрытия, так и на устройство опор и фундаментов. Висячие (вантовые), пневматические и тентовые покрытия выполняются из нежестких материалов (металлические тросы, металлические листовые мембраны, мембраны из синтетических пленок и тканей). Они в значительно большей степени, чем пространственные жесткие конструкции, обеспечивают

снижение объемной массы конструкций, позволяют быстро возводить сооружения.

Пространственные конструкции дают возможность создавать самые разнообразные формы зданий и сооружений. Однако возведение пространственных конструкций требует более сложной организации строительного производства и высокого качества всех строительных работ.

Конечно, рекомендации по применению тех или иных конструкций покрытия для каждого конкретного случая дать нельзя. Покрытие как сложное подсистемное образование, находится в структуре сооружения в тесной связи со всеми его другими элементами, с внешними и внутренними воздействиями среды, с экономическими, техническими, художественными и эстетически-стилевыми условиями его формирования. Но некоторый опыт применения пространственных конструкций и результаты, которые он дал, могут помочь в понимании места той или иной конструктивной и технологической организации общественных зданий. Уже известные в мировой строительной практике системы конструкций пространственного типа позволяют перекрывать здания и сооружения

практически с любой конфигурацией плана.

2.1 Складки

Складкой называют пространственное покрытие, образованное плоскими взаимно пересекающимися элементами. Складки состоят из ряда повторяющихся в определенном порядке элементов, опирающихся по краям и в пролете на диафрагмы жесткости.

Складки бывают пилообразные, трапецеидальные, из однотипных треугольных плоскостей, шатровые (четырехугольные и многогранные) и другие (лист 11, а, б, в, г).

Складчатые конструкции, применяемые в цилиндрических оболочках и куполах, рассматриваются в соответствующих разделах.

Складки могут быть выпущены за пределы крайних опор, образуя консольные свесы. Толщину плоского элемента складки принимают около 1/200 пролета, высоту элемента не менее 1/10, а ширину грани – не менее 1/5 пролета. Складками обычно покрывают пролеты до 50 – 60 м, а шатрами до 24 м. Складчатые конструкции имеют целый ряд положительных качеств:

– простота формы и соответственно простота их изготовления;

– большие возможности заводского сборного изготовления;

– экономия высоты помещения и др.

Интересным примером применения плоской складчатой конструкции пилообразного профиля

является покрытие лаборатории института бетона в Детройте (США) размером 29,1 × 11,

 проект архитекторов Ямасаки и Лейнвебера, инженеров Аммана и Уитни. Покрытие опирается на два продольных ряда опор, образующих средний коридор и имеет консольные выносы вобе стороны от опор длиной 5,8 м. Покрытие представляет комбинацию складок, направленных в противоположные стороны. Толщина складок 9,5 см.

В 1972 г. в Москве при реконструкции Курского вокзала была применена трапецеидальная складчатая конструкция, позволившая перекрыть зал ожидания размером 33 × 200 м (лист 11, е).

2.2 Своды

Наиболее древняя и широко распространенная система криволинейного покрытия – сводчатое покрытие. Свод – конструктивная система, на основе которой был создан ряд архитектурных форм прошлого (вплоть до ХХ в.), позволивших решать проблему перекрытия разнообразных зальных помещений с различным функциональным назначением.

Цилиндрический и сомкнутый своды – простейшие формы свода, но пространство, образованное этими покрытиями, замкнуто, а форма лишена пластики.

Введением распалубок в конструкции ложков этих сводов достигается зрительное ощущение легкости. Внутренняя поверхность сводов, как правило, украшалась богатым декором или имитировалась ложной конструкцией деревянного подвесного потолка.

Крестовый свод образуется вырезкой из пересечения двух цилиндрических сводов. Им перекрывали огромные залы терм и базилик. Большое применение крестовый свод нашел в готической архитектуре.

Крестовый свод – одна из распространенных форм покрытия в русском каменном зодчестве.

Широко применялись такие разновидности сводов, как парусный, свод-купол, балдахин.

2.3 Оболочки

Тонкостенные оболочки являются одним из видов пространственных конструкций и используются в строительстве зданий и сооружений с помещениями больших площадей (ангаров, стадионов, рынков и т.п.). Тонкостенная __________оболочка представляет собой изогнутую поверхность, которая при минимальной толщине и соответственно минимальной массе и расходе материала обладает очень большой несущей способностью, потому что благодаря криволинейной форме действует как пространственная несущая

конструкция.

Простой опыт с листом бумаги показывает, что очень тонкая изогнутая пластинка приобретает благодаря криволинейной форме бóльшую сопротивляемость внешним силам, чем та же пластинка плоской формы.

Жесткие оболочки могут возводиться над зданиями любой конфигурации в плане: прямоугольной, квадратной, круглой, овальной и т.п.

Даже весьма сложные по конфигурации конструкции могут быть разделены на ряд однотипных элементов. На заводах строительных деталей создаются отдельные технологические линии для изготовления отдельных элементов конструкций. Разработанные методы монтажа позволяют возводить оболочки и купола с помощью инвентарных опорных башен или вообще без вспомогательных лесов, что

существенно сокращает сроки возведения покрытий и удешевляет монтажные работы.

По конструктивным схемам жесткие оболочки делятся на оболочки положительной и отрицательной кривизны, зонтичные оболочки, своды и купола.

Оболочки выполняются из железобетона, армоцемента, металла, дерева, пластмасс и других материалов, хорошо воспринимающих сжимающие усилия.

В обычных несущих системах, рассмотренных нами ранее, сопротивление возникающим усилиям сосредотачивается непрерывно по всей их криволинейной поверхности, т.е. так как это свойственно пространственным несущим системам.

Первая железобетонная купол-оболочка была построена в 1925 г. в Йене. Диаметр ее составлял 40 м, это равно диаметру купола св. Петра в Риме. Масса этой оболочки оказалась в 30 раз меньше купола собора св. Петра. Это первый пример, который показал перспективные возможности нового конструктивного принципа.

Появление напряженно-армированного железобетона, создание новых методов расчета, измерение и испытание конструкций с помощью моделей наряду со статической и экономической выгодой их применения – все это способствовало быстрому распространению оболочек во всем мире.

Оболочки имеют и еще ряд преимуществ:

– в покрытии они выполняют одновременно две функции: несущей конструкции и кровли;

– они огнестойки, что во многих случаях ставит их в более выгодное положение даже при равных экономических условиях;

– они не имеют себе равных по разнообразию и оригинальности форм в истории архитектуры;

– наконец, по сравнению с прежними сводчатыми и купольными конструкциями, во много раз превзошли их по масштабам перекрываемых пролетов.

Если строительство оболочек в железобетоне получило достаточно широкое развитие, то в металле и дереве эти конструкции имеют пока ограниченное применение, так как не найдены еще достаточно простые свойственные металлу и дереву, конструктивные формы оболочек.

Оболочки в металле могут выполняться цельнометаллическими, где оболочка выполняет одновременно функции несущей и ограждающей конструкции в один, два и более слоев. При соответствующей разработке строительство оболочек может свестись к индустриальной сборке крупных панелей.

Однослойные металлические оболочки выполняются из стального или алюминиевого листа. Для увеличения жесткости оболочек вводятся поперечные ребра. При частом расположении поперечных ребер, связанных между собой по верхнему и нижнему поясу, можно получить двухслойную оболочку.

Далее будут рассмотрены в соответствующих разделах примеры строительства оболочек с применением металла и дерева.

Оболочки бывают одинарной и двоякой кривизны.

К оболочкам одинарной кривизны относятся оболочки с цилиндрической или конической поверхностью .

Цилиндрические оболочки имеют круговое, эллиптическое или параболическое очертание и опираются на торцевые диафрагмы жесткости, которые могут быть выполнены в виде стен, ферм, арок или рам. В зависимости от длины оболочек их делят на короткие, у которых пролет по продольной оси не более чем полторы длины волны (пролет в поперечном направлении), и на длинные, у которых пролет по продольной оси более, чем полторы волны .

По продольным краям длинных цилиндрических оболочек предусматриваются бортовые элементы (ребра жесткости), в которых размещается продольная арматура, позволяющая работать оболочке вдоль продольного пролета подобно балке. Кроме того, бортовые элементы воспринимают распор от работы оболочек в поперечном направлении и поэтому должны обладать достаточной жесткостью и в горизонтальном направлении .

Длина волны длинной цилиндрической оболочки обычно не превышает 12 м. Отношение стрелы подъема к длине волны принимается не менее 1/7 пролета, а отношение стрелы подъема к длине пролета – не менее 1/10.

Сборные длинные цилиндрические оболочки членятся обычно на цилиндрические секции, бортовые элементы и диафрагму жесткости, арматура которых в процессе монтажа сваривается между собой и замоноличивается .

Длинные цилиндрические оболочки целесообразно применять для покрытий больших помещений с прямоугольным очертанием в плане. Длинные оболочки обычно располагают параллельно короткой

стороне перекрываемого прямоугольного пространства для сокращения величины пролета оболочек вдоль продольной оси (лист 13, е). Развитие длинных цилиндрических оболочек идет по линии поисков возможно более плоской дуги при небольшой величине стрелы подъема, что ведет к облегчению условий производства строительных работ, снижению объема здания и улучшению условий эксплуатации.

Особенно выгодно, в смысле конструктивной работы, устройство последовательного ряда плоских цилиндрических оболочек, так как в этом случае изгибающие усилия, действующие в горизонтальном направлении, погашаются соседними оболочками (кроме крайних).

Приведем примеры применения в строительстве длинных цилиндрических оболочек.

Многоволновая длинная цилиндрическая оболочка выполнена в гараже в Бурнемауте (Англия).

Размеры оболочки 45 × 90 м, толщина

6,3 см проект выполнен инженером Морганом (лист 14, а).

Покрытие спортивного зала в Мадриде (1935 г.) выполнено по проекту архитектора Зуазо и инженера Торрохи. Покрытие представляет комбинацию двух длинных цилиндрических оболочек, опирающихся на торцевые стены и не требует опирания на продольные стены, которые по этой причине вы-

полнены из легких материалов. Длина оболочки 35 м, пролет 32,6 м, толщина 8,5 см. Ангар аэродрома в Карачи, построенный в 1944 г., представлен оболочками длина которых 29,6 м,ширина 10,67 м и толщина 6,25 см. Оболочки опираются на прогон пролетом 58 м, который является перемычкой над воротами ангара (лист 14, в).

Применение длинных цилиндрических оболочек практически ограничено пролетами до 50 м, так как за этим пределом высота бортовых элементов (рандбалок) получается чрезмерно большой. Подобные оболочки часто используются в промышленном строительстве, но находят применение в общественных зданиях.

В "Калининградгражданпроекте" разработаны длинные цилиндрические обо-

лочки пролетами 18 × 24 м, шириной 3 м. Они изготавливаются сразу на пролет вместе с утеплителем –древесноволокнистой плитой. Сверху в заводских условиях на готовый элемент наносится слой гидроизоляции.

Длинные цилиндрические оболочки выполняются из железобетона, армоцемента, стали и алюминиевых сплавов.

Так для покрытия в Санкт-Петербурге Московского вокзала применена цилиндрическая оболочка, изготовленная из листового алюминия. Длина температурного блока 48 м, ширина 9 м. Покрытие подвешено к железобетонным опорам, установленным на междупутье.

Короткие цилиндрические оболочки по сравнению с длинными оболочками имеют более значительную величину волны и стрелу подъема. Кривизна коротких цилиндрических оболочек соответствует направлению наибольшего пролета перекрываемого помещения. Эти оболочки работают как своды.

Форма кривой может быть представлена дугой круга или параболой. В связи с опасностью выпучивания в коротких оболочках в большинстве случаев вводятся поперечные ребра жесткости. Кроме бортовых элементов такие оболочки должны иметь затяжки для восприятия горизонтальных поперечных сил.

Широко известны короткие цилиндрические оболочки для зданий с сеткой колонн 24 × 12 м и 18 ×12 м. Они состоят из ферм-диафрагм, ребристых панелей 3 × 12 м и бортовых элементов (лист 15, а – г). Конструкции на указанные пролеты признаны типовыми. Применение коротких цилиндрических оболочек не требует применения подвесного потолка. Конические оболочки обычно используются для покрытий трапецеидальных в плане зданий или помещений. Конструктивные особенности этих оболочек такие же как и длинных цилиндрических. Примером интересного использования этой формы может служить покрытие ресторана на берегу озера в штате Джорджия (США), выполненное в виде ряда железобетонных грибовидных конусов диаметром 9,14 м. Пустотелые ножки грибов используются для отвода дождевой воды с поверхности по-

крытия. Треугольники, образованные краями трех соприкасающихся грибов, перекрыли железобетонными плитами с круглыми отверстиями для световых фонарей в виде куполов из пластмассы.

В волнообразных и складчатых оболочках с большими пролетами возникают значительные изгибающие моменты, вызываемые временными нагрузками от ветра, снега, изменений температуры и т.д.

Необходимое усиление таких оболочек достигалось устройством ребер. Снижение усилий было достигнуто переходом к волнообразным и складчатым профилям самой оболочки. Это дало возможность увеличить жесткость оболочек и снизить расход материала.

Такие конструкции дают возможность подчеркнуть контраст между плоскостью ограждающей стены, которая может быть независима от несущих опор и опирающимся на нее покрытием. Это дает возможность в этих конструкциях делать большие консольные вылеты для устройства подпорок и т.д.

(Курский вокзал в Москве).

Складки и волны это интересная пластинчатая форма для потолка, а иногда и для стен в интерьерах.

Волнистая оболочка, когда для нее найдены масштаб, кривизна, форма, исходя из требований архитектурной эстетики, может быть достаточно выразительной. Этот тип конструкций разработан для пролетов более 100 м, которые были применены для покрытий самых различных объектов.

Многогранные складчатые своды-оболочки являются примером повышения жесткости цилиндрической оболочки путем придания многогранной формы.

Переход от оболочек одинарной кривизны к оболочкам двоякой кривизны знаменует собой новый этап в развитии оболочек, так как действие изгибающих усилий в них сводится к минимуму.

Такие оболочки применяются в зданиях с различными планами: квадратными, треугольными, прямоугольными и т.д.

Разновидностью таких оболочек на круглом или овальном плане является купол.

Оболочки двоякой кривизны могут выполняться как с вспарушенными так и пологими контурами.

К их недостаткам можно отнести: завышенный объем перекрываемого здания, большую поверхность кровли, не всегда благоприятные акустические характеристики. В покрытии возможно применение световых фонарей главным образом, в центре.

Такие оболочки могут выполняться в монолитном и сборно-монолитном варианте железобетона.

Пролеты этих зданий варьируются в пределах 24 … 30 м. Устойчивость оболочки обеспечивается системой предварительно-напряженных балок жесткости с сеткой 12 × 12 м. Контур оболочки опирается на преднапряженный пояс.

В ряде случаев целесообразно перекрывать зальные помещения шатровыми оболочками, имеющими форму усеченной пирамиды, выполненными из железобетона. Опираться они могут по контуру, по двум сторонам или углам.

2.4 Купола

Купол представляет собой поверхность вращения. Усилия в нем действуют в меридиональном и широтном направлении. По меридиану возникают сжимающие напряжения. По широтам, начиная от вершины, возникают, также сжимающие усилия, переходящие постепенно в растягивающие, которые достигают своего максимума у нижнего края купола. Купольные оболочки могут опираться на опорное кольцо, работающее на растяжение, на колонны – через систему диафрагм или ребер жесткости, если оболочка имеет в плане квадратную или многогранную форму.

Купол возник в странах Востока и имел, прежде всего, утилитарное назначение. При отсутствии дерева покрытием для жилищ служили глиняные и кирпичные купола. Но постепенно, благодаря своим исключительным эстетическим и тектоническим качествам, купол приобрел самостоятельное смысловое содержание как архитектурная форма. Развитие формы купола связано с постоянным изменением характера его геометрии. От сферической и шаровой формы строители переходят к остроконечной со сложными параболическими очертаниями.

Купола бывают сферические и многогранные, ребристые, гладкие, гофрированные, волнистые.

Рассмотрим наиболее характерные примеры купольных оболочек.

Покрытие дворца спорта в Риме (1960 г), построенного по проекту профессора П.Л. Нерви для Олимпийских игр, представляет собой сферический купол, выполненный из сборных армоцементных элементов шириной 1,67 до 0,34 м, имеющих сложную пространственную форму (лист 17, а). 114 сегментов купола опираются на 38 наклонных опор (3 сегмента на 1 опору). После выполнения монолитных конструкций и замоноличивания сборных сегментов, конструкция купола стала работать как единое целое. Здание было построено за 2,5 месяца.

Купольное покрытие концертного зала в Мацуяма (Япония), выполненного в 1954 г. по проекту архитектора Кенцо Танге и инженера Цибон, представляет собой сегмент шара диаметром 50 м, стрелой

подъема 6,7 м. В покрытии устроено 123 круглых отверстия диаметром 60 см для верхнего

освещения зала.

Толщина оболочки в середине 12 см, у опор 72 см. Утолщенная часть оболочки заменяет опорное кольцо.

Купол над зрительным залом театра в Новосибирске (1932 г.) имеет диаметр 55,5 м, стрела подъема 13,6 м. Толщина оболочки 8 см (1/685 пролета). Она опирается на кольцо сечением 50 × 80 см .

Купол выставочного павильона в Белграде (Югославия) сооружен в 1957 г. Диаметр купола 97,5 м со стрелой подъема 12 … 84 м. Купол представляет собой конструкцию, состоящую из монолитной центральной части диаметром 27 м, и кольцевой, полой, трапецеидального сечения железобетонной балки, на которую опирается 80 сборных железобетонных полуарок двутаврового сечения, раскреплен-

ных тремя рядами кольцевых оболочек (лист 17, г).

Купольное покрытие стадиона в Опорто (Португалия), сооруженного в 1981 г. имеет диаметр 92 м.

Покрытие выполнено из 32 меридианально-расположенных ребер, опирающихся на треугольные рамы, и 8 железобетонных колец. Диаметр купола в зоне опирания его на треугольные рамы – 72 м, высота купола 15 м. По железобетонному каркасу выполнена оболочка купола из бетона на пробковом заполнителе.

В вершине купола сооружен световой фонарь (лист 17, д).

На листе 18 приведены примеры куполов-оболочек, выполненных в металле. Опыт строительства таких зданий показал, что они не лишены недостатков. Так, главным из них является большой строительный объем зданий и чрезмерно большая масса строительных конструкций.

В последние годы появились первые купольные здания с раздвижной кровлей.

Например, для стадиона в Питсбурге (лист 18) применены скользящие радиально по поверхности купола секторные элементы оболочки, изготовленные из алюминиевых сплавов.

В деревянных куполах (лист 19, а, б, в) несущими конструкциями являются деревянные пиленые или клееные элементы. В современных пологих куполах основные элементы каркаса работают на сжатие, ввиду чего применение дерева особенно целесообразно.

Начиная со средних веков, дерево в куполостроении применяется в качестве конструкционного материала. Много деревянных куполов, относящихся к эпохе Средневековья, сохранилось до настоящего времени в странах Западной Европы. Они часто представляют собой надчердачное покрытие над основным куполом, выполненное в кирпиче. Эти купола имели могучую систему связей жесткости. К числу таких куполов принадлежит, например, главный купол Троицкой церкви в Ленинграде. Купол диамет-

ром 25 м и стрелой подъема 21, 31 м, возведен в 1834 г. и существует до настоящего времени. Из деревянных куполов того времени, этот купол был наибольшим в мире. Он имеет типичную брусчатую конструкцию, состоящую из 32 меридиональных ребер, соединенных несколькими брусами кольцевых связей.

В 1920 – 30 гг. в нашей стране было возведено несколько деревянных куполов значительных размеров. Деревянными тонкостенными куполами были перекрыты газгольдеры диаметром 32 м на Березниковском и Бобриковском химкомбинатах. В Саратове, Иванове и Баку деревянными куполами были перекрыты цирки диаметрами соответственно 46, 50 и 67 м. Эти купола имели ребристую конструкцию,

где ребра представляли собой решетчатые арки.

Современная техника склейки древесины прочными водостойкими синтетическими клеями и большой опыт производства клееной древесины, и ее применение в строительстве, позволили ввести древесину как новый высококачественный материал в большепролетные сооружения. Конструкции из древесины прочны, долговечны, огнестойки и экономичны.Купола из клееной древесины используются для перекрытия выставочных и концертных залов , цирков, стадионов, планетариев и других общественных зданий. Архитектурно-конструктивные типы куполов из клееной древесины очень разнообразны. Наиболее часто применяются ребристые купола,

купола с треугольной сеткой и сетчатые купола с решеткой кристаллического типа, разработанные профессором М.С. Туполевым.

В США и Англии сооружен ряд куполов из клееной древесины.

В штате Монтана (США) над зданием спортивного центра на 15 тыс. зрителей в 1956 г. был возведендеревянный купол диаметром 91,5 м со стрелой подъема 15,29 м .Несущий остов купола состоит из 36 меридиональных ребер сечением 17,5 × 50 см. Ребра опираются на выполненное из прокатных профилей нижнее опорное кольцо и на сжатое верхнее металлическое кольцо. Купол установлен на железобетонные колонны высотой 12 м. В каждой ячейке, образованной ребрами и прогонами, по диагонали крест-накрест натянуты стальные тяжи. Монтаж купола производился спаренными полуарками вместе с прогонами и тяжами. Каждая полуарка длиной 45 м собиралась на земле

из трех частей.

Складчатые купола монтируются из армоцементных пространственных скорлуп, расположенных в один или два яруса, или их выполняют монолитными  .Волнообразные купола применяют при пролетах более 50 м. Волнообразную форму поверхности купола придают для обеспечения большей жесткости и устойчивости . Покрытие крытого рынка в Руайене (Франция) построенного по проекту архитекторов Симона и Морисео, инженера Сарже в 1955 г. представляет собой волнообразную сферическую оболочку из ради-

ально расположенных 13 синусообразных параболоидов (лист 20, а). Диаметр купола – 50 м, высота 10,15 м, ширина волны 6 м, толщина 10,5 см. Нижние края волн непосредственно опираются на фундамент. Покрытие цирка в Бухаресте (1960 г.), выполнено по проекту института "Проект-Бухарест", представляет собой волнообразный купол диаметром 60,6 м, состоящий из 16 параболических волнсегментов (лист 20, б). Толщина оболочки 7 см в вершине, 12 см – у опор. Купол опирается на 16 стол-

бов, связанных между собой полигональным предварительно-напряженным железобетонным поясом, воспринимающим усилия распора в куполе.

Оболочки с поверхностью переноса применяют при покрытии прямоугольных или многоугольных в плане помещений. Опираются такие оболочки на диафрагмы по всем сторонам многоугольника. Поверхность оболочки переноса образуется, при поступательном движении одной кривой по другой при условии, что обе кривые выгнуты кверху и находятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Оболочки переноса  работают в поперечном и продольном направлении подобно сводам.

Мощные затяжки, подвешенные под продольными ребрами, воспринимают распор в направлении пролета. В поперечном направлении распор от оболочки в крайних пролетах воспринимают диафрагмы жесткости и бортовые элементы, а в средних пролетах распор погашается соседними оболочками. Поперечные сечения оболочек переноса по всей длине свода, кроме опорных зон, чаще принимают круговыми .

Примером оболочки с поверхностью переноса является покрытие резиновой фабрики в Бринморе (Южный Уэльс, Англия), построенной в 1947 г. (лист 21, б). Покрытие состоит из 9 прямоугольных эллиптических оболочек размером 19 × 26 м. Толщина оболочек 7,5 см. Жесткость оболочек обеспечена боковыми диафрагмами.

В опорных зонах оболочка может заканчиваться коноидальными элементами, обеспечивающими переход от кругового поперечного сечения средней зоны к прямоугольному по линии опирания. По этой системе в Ленинграде построено покрытие над автогаражом пролетом 96 м, состоящее из 12 сводов шириной 12 м каждый.

Сферические парусные оболочки образуются в том случае, если сферическая поверхность ограничивается вертикальными плоскостями, построенными на сторонах квадрата. Диафрагмы жесткости в этом случае одинаковы для всех четырех сторон.

Сборные ребристые сферические оболочки размером 36 × 36 м находят использование при строительстве многих промышленных объектов (лист 21, д). В этом решении применяются плиты четырех типоразмеров: в средней части квадратные 3 × 3 м, а к периферии – оболочки ромбические, близкие к размеру квадрата. Эти плиты имеют диагональные рабочие ребра и небольшие утолщения по контуру.

Концы арматуры диагональных ребер оголены. При монтаже их сваривают с помощью накладных стержней. В швы между плитами в зоне угловых стыков закладывают стержни с надетой на них спиральной арматурой. После этого швы замоноличивают. Сферическое покрытие здания Новосибирского торгового центра имеет размеры в плане 102 × 102

м, подъем контурных арок равен 1/10 пролета. Такой же подъем имеет образующая кривая оболочки. Общий подъем оболочки равен 20,4 м. Разрезка поверхности оболочки выполнена с учетом схемы переноса. На угловых участках плиты покрытия расположены диагонально в целях размещения в продольных (диагональных) швах напряженной арматуры.

Опорные части угловых участков покрытия, испытывающие наибольшие напряжения, решены в монолитном железобетоне.

Покрытия зала собраний на 1200 мест Массачусетского технологического института в Бостоне (США) выполнено по проекту архитектора Эро Сааринера. Оно представляет собой сферическую оболочку диаметром 52 м и имеет в плане форму треугольника. Сферическая оболочка покрытия представляет собой 1/8 часть шаровой поверхности. По контуру оболочка опирается на три криволинейных несущих пояса, которые передают усилия на опоры, расположенные в трех точках. Толщина оболочки от 9 до 61 см. Столь большая толщина оболочки у опор объясняется значительными изгибающими моментами, возникающими в оболочке из-за больших вырезов, что говорит о неудачном конструктивном решении.

Покрытие торгового центра в Каноэ (Гавайские острова, США) выполнено в виде сферической оболочки с гладкой поверхностью размером 39,01 × 39,01 м. Оболочка не имеет диафрагмы жесткости и опирается углами на 4 устоя. Толщина оболочки 76 … 254 мм..

Покрытие (Испания) крытого рынка в Алхесиросе, построенного в 1935 г. по проекту инженера Торрохи и архитектора Аркаса, представляет собой восьмигранную сферическую оболочку диаметром 47,6 м. Восемь опор, на которые опирается оболочка, связаны между собой полигональным поясом, воспринимающим распор от оболочки.

3.     Примеры применения купольных конструкций в покрытиях зданий и сооружений

3.1Дворец спорта (Palazzo dello Sport или Palasport)

Рис.1 Современный вид здания.

Дворец Спорта или Паласпорт — это еще одно здание прошлого века в квартале Эур, выстроенное архитектором Пьером Луиджи Нерви.

Дворец был создан специально для летних Олимпийских игр 1960 года (открыт в 1957 году), и имеет вместимость до 3500 человек. Купол арены был собран в рекордно короткие сроки — всего за 40 дней.

Дворец спорта является домашней ареной ведущей римской команды по баскетболу — Lottomatica Roma.

В здании присутствуют армоцементные конструкции . Армоцементные конструкции — вид железобетонных конструкций из бетона в состав которого входит цементно-песчаный бетон с армированными сетками из тонкой проволоки диаметром 0,5—1 мм с мелкими ячейками размером до 10Х10 мм. Проволочные сетки равномерно распределены между собой, расстояние между ними составляет 3-5 мм. Это позволяет получить достаточно однородный по свойствам материал. Армоцемент предназначается для изготовления тонкослойных конструкций (оболочки, волнистые своды, речные и морские суда, резервуары, трубы).

Рис.2 План и фасад здания.

тельного увеличения поверхности сцепления арматуры с бетоном. Небольшая вероятность трещинообразования. Эта особенность позволяет достигнуть полного использования арматурных сеток без предварительного напряжения. Комбинированное армирование Возможность применения только при нормальной влажности и отсутствии негативных воздействий среды. Недопустимость применения при систематических ударных нагрузках.

Рис.3 Конструктивные элементы здания.

Рис.4 Современный макет здания.

Армоцементные конструкции применяются для построения пространственных, сборно-монолитных покрытий промышленных зданий средних и больших пролетов, в виде плит различной формы для покрытий и перекрытий, для подвесных потолков, в виде объемных элементов, стенных панелей для неотапливаемых зданий. Они используются также гидротехнических сооружениях. Конструкции могут имеют безопалубочное изготовление и принимают любую форму, потому с помощью их возводятся сооружения сложных архитектурных форм больших пролетов.

 3.2 Цирк в Иваново

Проект цирка на 3000 мест (крупнейшего на тот момент в СССР и в Европе) был разработан архитектором С.А.Минофьевым и инженером Б.В.Лопатиным. Оба автора окончилиИВПИ, прошли школу промышленного проектирования в Иваново-Вознесенском государственном текстильном тресте. Проект был опубликован в мае 1931 года. Он удачно сочетал современные архитектурные формы того времени и новаторскую. но реальную по исполнению конструкцию. Здание цирка имело небывалую по оригинальности конструкцию полусферического купола из 32 деревянных ферм-полуарок типа "Гау". Диаметр купола составлял 50 м, высота - 24,8 м. Снаружи купол имел дощатую обшивку, на которую укладывалась металлическая кровля.

Рис.5 Макет цирка.

Помимо остроумного технического решения здание отличалось особой экспресивностью и пластичностью художественного образа, в котором ярко проявились особенности ивановской школы проектирования - создание точно выверенной, намеренно романтизированной объёмной композиции и, в то же время, отсутствие абстрактного любования геометрическими построениями. Со стороны главного фасада серебристо-серый яйцевидный купол цирка начинался прямо от уровня земли, что подчёркивало "нереальность" этой архитектуры, а с противоположной стороны основноё объём на 2/3 периметра был окружён плавной дугой технических помещений. Центральный вход фланкировали два сильно выступаюших пилона-контрфорса со скруглёнными в плане углами, придававшие сооружению масштабность. План был столь же необычен и расчитан на трансформацию цирка в многофункциональный зрелищный комплекс. Оборудованная позади арены сцена-эстрада во время цирковых представлений заполнялась рядами стульев, а во время концертов, собраний и митингов, наоборот, превращалась в партер зрительного зала.

Для строительтва было выбрано место в центре города на левом берегу Уводи. Строительство началось в 1931 году и велось быстрыми темпами. Уже зимой 1932 года была закончена установка деревянных ферм (их изготавливали непосредственно на строительной площадке, поднимали обычными лебёдками). Открытие цирка 28 сентября 1933 года широко освещалось в местной и всесоюзной прессе.

Рис.6 План здания цирка .

Деревянный цирк проработал без единого капитального ремонта. Представления продолжались до весны 1975 года. Затем Горсовет приянл решение о сносе здания. В 1977 году его взорвали. В настоящее время на этом месте стоит каменный цирк.

4.     Примеры применения волнистых куполов-оболочек

4.1Государственный цирк в Бухаресте

Рис.7 Вид сверху на цирк.

Рис.8 Вид спереди.

Проект выполнен институтом "Проект-Бухарест". Купольное покрытие конструктивно не связано с амфитеатром. Сегменты воли купола в радиальном и поперечном направлении имеют форму параболы.

Толщина железобетонных оболочек

70…120 мм. Купол опирается на16 столбов, связанных полигональным железобетонным поясом на уровне верха опор.

Рис.9 Продольный разрез здания.

Купол является одной из наиболее рациональных форм покрытий, поэтому не случайно архитекторекторы используют его с древнейших времен. Но только с внедрением железобетона, обеспечивающего пространственную жесткость куполов в сочетании с малой массой и высокой огнестойкостью, раскрылись новые архитекторектурные возможности куполов. Сравнивая приведенные толщины кирпичных и железобетонных куполов, К. Зигель приводит следующие данные: купол собора св. Петра в Риме при пролете 40 м имеет приведенную толщину 1/13, выставочного зала в Париже при пролете 205 м—1/100. 

Эти цифры наглядно демонстрируют гигантский прогресс в конструировании куполов.
По классификации К. В. Сахновского, железобетонные купола могут быть гладкими или ребристыми по форме поверхности, круглыми или многоугольными по форме плана. В зависимости от формы плана и формы поверхности вращения классифицирует купола известный специалист в области пространственных конструкций Г. Рюле (Германия).

Рис.10Металлический вантовый навес автовокзал «Московский»

5.     Вантовые висячие конструкции

          В 1834 г. Был изобретен проволочный трос – новый конструктивный элемент, нашедший очень широкое применение в строительстве, благодаря своим замечательным свойствам – высокой прочности, малой массе, гибкости, долговечности. В строительстве проволочные тросы были впервые применены в качестве несущих конструкций висячих мостов, а затем уже получили распространение в большепролетных висячих покрытиях.                   Основными несущими элементами висячих конструкций являются гибкие тросы, ванты, цепи или кабели. Они работают только на растяжении и несут подвешенные к ним ограждающие горизонтальные, а иногда и вертикальные конструкции. Их достоинством является то, что работа пролетного элемента на растяжение позволяет максимально использовать расчетное сопротивление высокопрочных сталей, перекрывая большие пролеты при относительно невысоком расходе материалов, а недостатком – повышенная деформативность и кинематическая податливость. Стабилизация конструкции достигается:                                                                                        
  -предварительным напряжением вант, осуществляемым монтажным пригрузом, домкратами, электротермическим методом и др.;                       -применением конструктивных форм повышенной жесткости (предварительно напряженных двухпоясных систем, вантовых ферм и др.);                      -использованием гибких пролетных элементов, обладающих наряду с осевой также и изгибной жесткостью;                                                             -предварительным напряжением опорного контура.                    Вантовые висячие металлические конструкции являются распорными системами. Распор висячего элемента может передаваться непосредственно в фундаменты, разомкнутый опорный контур или восприниматься в уровне покрытия опорными конструкциями (замкнутый опорный контур).         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.

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;       

                                      Рис.11 - Висячие системы

5.1 Плоскостные

       Однопоясные конструкции, состоящие из параллельно расположенных вант (вантовых ферм), верхние концы которых закреплены к оголовкам вертикальных пилонов, откуда распор с помощью наклонных оттяжек передается на фундаменты. Применяются в висячих мостах и в висячих пролетах плоскостных каркасов зданий.                              Вантово-балочные системы, состоящие из вант, к которым по длине подвешены балки жесткости. В эту систему включаются также боковые распорки, передающие горизонтальную составляющую распора на балку жесткости, при этом вертикальная составляющая передается на фундаменты вертикальными оттяжками. К вантово-балочным относятся системы, состоящие из консольных балок (ферм), подвешенных на вантах к анкерным элементам. Вантово-балочные висячие металлические конструкции применяются в плоскостных пролетных каркасах зданий и сооружений, висячих мостах, а последний тип – в покрытиях ангаров самолетов.                                         Двухпоясные предварительно напряженные, состоящие из несущих и стабилизирующих вант, в которых стабилизирующий выпуклый вант может располагаться в трех вариантах:                                                                    над вогнутым несущим;                                                                              -под вогнутым несущим;                                                                                 -пересекаться с ним;                                                                                  Переходной от плоскостной к пространственной конструктивной формой являются однопоясные вантовые висячие металлические конструкции на круглом или овальном плане, состоящие из радиальной системы вант, закрепленных концами в наружном сжато-изогнутом и внутренних – растянуто-изогнутых опорных кольцах с образованием вогнутой или шатровой формы покрытий зданий и сооружений. При приложении асимметричной вертикальной нагрузки и круговом плане покрытия оба опорных кольца работают безмоментно (внутреннее кольцо только растянуто, а наружное только сжато), что наиболее экономично по расходу материала. Ванты, входящие в радиальную сетку, могут быть однопоясными или двухпоясными и располагаться в соответствии с тремя рассмотренными выше вариантами. Геометрическая форма радиально вантовой системы зависит от уровня расположения внутреннего опорного кольца:

вогнутая (чашеобразная) форма – при размещении внутреннего опорного кольца ниже уровня наружного;

шатровая (двойной кривизны) – при размещении внутреннего кольца на центральной опоре выше наружного и провисающих (вогнутых) вант;

коническая – в том же случае, но при натянутых вантах.

5.2 Пространственные

      Представляют собой гибкие сети, образованные пересечением вант, концы которых закреплены в опорном контуре. В зависимости от схемы, они делятся на:

ортогональные;

радиально-кольцевые;

косоугольные.

Ортогональная вантовая сеть состоит из вант, пересекающихся под прямым углом, для придания требуемой жесткости ей обычно придается предварительное напряжение. Она применяется при круговом, овальном, прямоугольном, квадратном и др. планах.                                            Наиболее эффективная – гиперболическая парабола, ортогональная сетка которого состоит из несущих вогнутых и напрягающих выпуклых вант (тех и других, очерченных по квадратной параболе) и расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга. При применении предварительно-напряженных ортогональных сеток на круговом плане создается растянутая поверхность положительной гауссовой кривизны. При равномерно распределенной нагрузке наружное опорное кольцо безмоментно, что экономично.                                                                                                      В прямоугольном (квадратном) контуре для достижения его безизгибности используются криволинейные тросы-подборы, которые воспринимают распор ортогональной вантовой сети и передают его в углы контурной рамы.                                                                                 
            Радиально-кольцевая вантовая сеть состоит из радиальных (закрепленных по концам во внутреннем и наружном кольцах) вант и работающих совместно с ними кольцевых элементов; их конструктивная форма аналогична радиальным вантовым системам. Косоугольная сеть образуется пересечением вант под углами, отличающимися от прямого. Расчетной схемой единичного гибкого ванта является работающая на растяжение гибкая нить, под которой подразумевается стержень с исчезающей малой жесткостью.                                                                               Таким образом, под гибким подразумевается вант, изгибной жесткостью которого (как и изгибающими моментами) можно пренебречь ввиду их малости. Для расчета таких вант применяется теория гибких нитей. Следует учитывать, что при создании в гибких вантах предварительного напряжения они способны наряду с растяжением воспринимать сжатие.       Существуют так называемые «жесткие» ванты, у которых изгибная жесткость такова, что обусловленные ею напряжения от изгиба составляют более 5% от усилия растяжения. Эти ванты работают по схеме растянуто-изогнутого стержня, при которой максимальные напряжения в элементе определяются суммой растягивающих и изгибных напряжений от изгиба. Для расчета пространственных вантовых конструкций используется теория вантовых сетей.                                                                                          
              Чаще всего для вант применяются стальные витые из высокопрочной проволоки канаты закрытого типа с пределом прочности 100-260 МПа, которые оцинковываются для повышения коррозионной стойкости. Расчетное сопротивление канатов принимается равным 60% от среднего разрывного усилия, определяемого отношением разрывного усилия к площади сечения всех проволок в канате. В зависимости от конструкции каната (одно – или многопрядный, диаметров каната и проволок) модуль упругости предварительно вытянутых стальных канатов колеблется в пределах от 1,3×10⁵Мпа до 1,8×:10⁵Мпа. Модуль упругости канатов, не прошедших предварительной вытяжки, принимается равным 80% от величины модулей упругости предварительно вытянутых канатов. В процессе эксплуатации (в особенности в ее первые годы) при неизменной нагрузке в канатах возникают удлинения (ползучесть), обусловленные, как правило, конструкцией и геометрией вантовой системы. Величина деформационной ползучести оценивается около 0,04-0,06% от величины упругой деформации.                                                                         Целесообразно предусматривать устройства, позволяющие подтягивать канаты под нагрузкой. Для передачи на канат усилий растяжения на его концах устраиваются стальные анкеры, которые могут быть двух типов – стаканные или клиновые.

1 – наружное железобетонное опорное контурное кольцо; 2 – железобетонные колонны каркаса; 3 – вантовые фермы; 4 – кровельные стальные панели; 5 – внутренние стальные опорные кольца.

                   Рис. 12 -  Принципиальная схема основного покрытия

6.     Современные вантовые конструкции на примере висячих мостов

6.1.Мост Золотые Ворота


Мост «Золотые Ворота» — висячий мост через пролив Золотые Ворота. Он соединяет город Сан-Францискона севере полуострова Сан-Франциско и южную часть Марин-Каунти, рядом с пригородом Саусалито. Мост «Золотые Ворота» был самым крупным висячим мостом в мире с момента постройки в1934-м году и до 1964-го года.
Проект моста подготовил инженер Иозеф Штраус, а консультантом был архитектор Ирвинг Морроу, который использовал в дизайне элементы стиля арт-деко. Все математические вычисления для моста сделал Чарльз Альтон Эллис, живший в городе Нью-Йорк, но из-за плохих отношений между ним и Иозефом Штраусом, имя Эллиса не фигурирует в строительстве моста и не вписано в табличку строителей моста на южной башне. Следует отметить, что все расчеты производились при помощи арифмометров и логарифмических линеек.

 Историческая справка.

Необходимость соединить берега пролива Золотые Ворота мостовым сооружением стала совершенно очевидной еще в 1923 г., однако строительство его было начато лишь после провозглашения президентом Франклином Рузвельтом так называемого «нового курса» с целью оживления экономики. В период 1933 — 1937 гг. в Сан-Франциско были возведены два моста: один над проливом в направлении района Окленд и другой под названием Золотые Ворота.

Строительство моста началось 5 января 1933 года.


Рис.13. Мост во время тумана.
ооружение моста представляло собой серьезную техническую задачу из-за больших нагрузок на конструкцию, которая осложнялась характером здешних тихоокеанских течений. Новое сооружение должно было выдерживать потоки океанских вод, текущих со скоростью до 185 км в час, а также порывы ветра, вызывающие колебания до 9 м. Внеплановое испытание мост прошел 1 декабря 1951 г., когда штормовой ветер достиг скорости 130 км в час; тогда основной пролет отклонился на 8 м по горизонтали и на 2 м по вертикали, что, впрочем, не вызвало серьезных повреждений. 
Трудной задачей явилось возведение основания южной опоры на глубине 30 м, где потребовалось использовать гигантский воздушный кессон. Также при монтаже конструкции под настилом была растянута специальная страховочная сеть, спасшая жизнь 19 рабочих, но были и погибшие в ходе строительства. 
С самого начала мост был выкрашен оранжево-красной краской. Красный и оранжевый — цвета, которые всегда используются при возведении стальных конструкций, потому что данные краски содержат свинцовый компонент, защищающий сталь от ржавчины. Цвет моста Золотые Ворота имеет ещё и то преимущество, что хорошо виден в тумане, который так часто сгущается над этой местностью. Но в туманную погоду краска разлагается на элементы, вредные для окружающей среды. 
Это выяснилось значительно позже, и сейчас идёт разработка безвредных соединений. Пока из экспериментов ничего не вышло, некоторые участки моста выкрасили серой краской. Но это отступление от традиции поддержки не нашло.

 Параметры моста.

Длина моста — 1970 метров, длина основного пролета — 1280, высота опор — 230 метров над водой. От проезжей части до поверхности воды — 67 метров. Стальная решетча­тая ферма жесткости высотой 7,6 м поддерживается двумя ка­белями из параллельных проволок диаметром 92,7 см.(кабель состоит из 61 пряди, каждая прядь состоит из 450 проволок.

 Мост сегодня.

Мост «Золотые Ворота» является единственным маршрутом из Сан-Франциско на север. Автомобильное движение по мосту осуществляется по шести полосам. В среднем, сто тысяч автомобилей в сутки проезжают по мосту. Ограничение скорости на мосту — 45 миль в час (~72 км/ч). 
В южной оконечности моста и в его центральной части функционируют два звуковых сигнала для проводки судов в тумане. Эти горны используются по пять часов в день в самый туманный период года с июля по октябрь. А на верхушках мостовых опор расположены сигнальные светильники, предназначенные для самолетов.

Мост «Золотые ворота» - уникальное архитектурное сооружение, которое можно назвать одним из новых чудес света. 

6.2.Бруклинский мост.

Рис. 13. Бруклинский мост.

Бру́клинский мост (англ. Brooklyn Bridge) — один из старейших висячих мостов в США, он пересекает пролив Ист Ривер и соединяет районыБруклин и Манхеттен в городе Нью-Йорк. На момент окончания строительства он являлся самым большим подвесным мостом в мире и первым мостом, в конструкции которого использовались стальные прутья. Первоначальное название — Мост Нью-Йорка и Бруклина (англ. New York and Brooklyn Bridge). 

 Историческая справка.

Мысль о том, как соединить отдельные города Манхэттен и Бруклин (ныне представляющие собой районы Нью-Йорка), обсуждалась в обществе с 1806 г. С целью оценки данного проекта проводились исследования; рассматривался вопрос о строительстве туннеля, что тогда считалось менее затруднительным, нежели вести наземные работы. Более 60 лет велись дебаты (порой приобретавшие язвительный характер), пока, наконец, дело не сдвинулось с мертвой точки. В 1869 г. Джон Огастес Реблинг представил свой проект «Нью-Йорк Бридж Кампани», которая и утвердила его 1 сентября того же года. Строительство моста началось 3 января 1870 года.

Джон Огастес Реблинг (1806—1869) получил хорошее теоре­тическое образование на факультете гражданского строительства Королевского политехнического института в Берлине. В Соединенных Штатах, куда он эмигрировал в 1831 г., он приобрел большой профессиональный опыт при постройке таких значительных сооружений, как Аллеганский акведук на реке Аплегейни, мост на реке Мононгахила в Питтсбурге, мост-акведук в Делавэре (он все еще функционирует) и подвесной мост на реке Огайо (длиной 120 м) в Цинциннати. В конце 60-х гг. XIX в. город Нью-Йорк испытывал бурный рост: за предыдущее десятилетие численность его населения возросла с 266 до 396 тыс. человек, что было рекордным показателем по сравнению с любым другим городом страны. В то же время активно развивался Бруклин, и строительство моста становилось насущной необходимостью. 
Разрабатывая свой замысел, Реблинг предусматривал применение стали (редко используемого в то время материала) из-за ее двойной прочности в сравнении с привычным чугуном. Даже строительное оборудование представлялось совершенно новым: впервые при выемке фунта прямо под водой для установки опор использовались пневматические кессоны. К сожалению, строительному процессу сопутствовали неприятные эпизоды. Вначале произошел несчастный случай с самим Реблингом: перед началом работ он, находясь на пароме при осмотре места под будущие опоры, сломал ногу. Вслед за этим через несколько дней, 20 июля 1869 г., последовала и кончина самого проектировщика от столбняка. Ответственность по руководству проектом перешла к его сыну Вашингтону, который приобрел необходимый опыт, работая рядом с отцом на строительстве подвесного моста на реке Огайо в Цинциннати. Лично контролируя выемку земли под водой, Вашингтон Реблинг в 1872 г. сам спустился в кессон со сжатым воздухом и получил синдром декомпрессии (кессонную болезнь). Руководить всеми работами он был вынужден теперь лишь из окна собственного жилища.
Строительство моста заняло 13 лет, и за это время произошло немало других несчастных случаев со смертельным исходом. Мост обошелся в 15.1 миллионов долларов. Наконец,23 мая 1883 года Бруклинский мост был введен в эксплуатацию. 
В этот же день порядка 1,800 транспортных средств и около 150,300 человек воспользовались им, чтобы перебраться на другую сторону. Однако неделю спустя в народе прошёл слух о возможности внезапного обрушения моста, что стало причиной давки и гибели 12 человек. Чтобы уверить народ в прочности моста, власти провели по нему 21 слона из гастролировавшего неподалёку цирка.

 Параметры моста.

Длина основного пролета - 486,3 м., длина боковых пролетов – 287м , полная длина моста – 1825 м., высота моста – 42 м., Высота опор – 84м.,. Проезжая часть поддерживается четырьмя кабелями диаметром 39,4 см. каждый. Кабель состоит из 5282 параллельных проволок диаметром по3 мм. В плоскости каждого кабеля размещено по 40 наклонных вант с обеих сторон пилонов. Главная балка состоит из 6 продольных решетчатых ферм, соединенных поперечными балками. Фермы имеют высоту 5,2 м. Отношение высоты балки жесткости к пролету 1:94.

 Мост сегодня.

Облик Бруклинского моста известен во всем мире: настил его паутинообразной металлической конструкции подвешен на четырех закрепленных по краям тросах, поддерживаемых двумя гранитными башнями в неоготическом стиле. 

По мосту осуществляется как автомобильное, так и пешеходное движение — вдоль он разделен на три части. Боковые полосы используются автомобилями, а средняя, на значительном возвышении, пешеходами и велосипедистами. 

6.3.Мост Цин Ма.

Рис. 14. Мост Цин Ма днем.
Цин Ма (Tsing Ма, 青馬大橋) — висячий мост в Гонконге, пятый в мире по длине. Соединяет остров Цин И на востоке и остров Мавань на западе, является частью магистрали Лантау, которая с тремя другими мостами соединяет Новые Территории, и остров Чек Лап Кок, где располагается Международный аэропорт Гонконга. Железная дорога - часть системы метро MTR, ветки Тунг Чунг и международного аэропорта. Мост по проекту компании «Yee Associates» и явля­ется самым протяженным мостом, предназначенным для автомобильных и железнодорожных перевозок. (Мост не имеет тротуаров. Парковка на нем также запрещена). Создание моста началось в 1992 году, закончилось в 1997. Магистраль Лантау открылась 27 апреля 1997 года. Строительство моста обошлось в 7,2 миллиарда гонконгских долларов. На церемонии открытия присутствовала бывший премьер министр Англии Маргарет Тэтчер. 

Особенности конструкции моста

Фундамент и конструкция опор. Одна опора построена со стороны острова Цин И, а другая - в 120 метрах от побережья искусственного острова Мавань. Каждая опора возвышается на 206 метров относительно уровня моря, и вкопана на относительно малую глубину. Опоры состоят из двух "ног", связанных между собой через некоторые интервалы

перекладинами. "Ноги" сделаны из высокопрочного бетона по технологии непрерывной заливки бетона с использованием подвижной опалубки.

Закрепление. Силы натяжения в тросах уравновешены большими опорными сооружениями, расположенными с обеих концов моста. Это массивные бетонные конструкции, глубоко заделанные в землю на побережье островов Цин И и Мавань. Общий вес бетона, использованный при создании двух опорных конструкций - примерно 300 000 тонн. 

Рис. 15. Закрепление тросов в массивные бетонные блоки.
сновные тросы. Тросы были изготовлены подвесным методом формирования волокон. Этот процесс связан с протяжкой проволоки, обеспечивая подачу с постоянным натяжением и вытягиванием проволоки от одной опоры к другой, проходя через 500-тонные чугунные салазки наверху каждой опорной башни моста. 70 000 проводов, каждый диаметром 5,38 мм были объединены в основной трос диаметром 1,1 метр. 

 Подвесное полотно. Стальная конструкция полотна была изготовлена в Англии и Японии. После доставки она была обработана и собрана в г. Дунгуань в Китае в модули. Всего было подготовлено 96 модулей, каждый 18 метров длиной и весом 480 тонн. Модули были доставлены на место монтажа сделанными специально для этого баржами и устанавливались двумя прибрежными кранами, которые могли перемещаться

Рис. 15. Изготовление тросов подвесным методом. 

ролёт, ближний к острову Цин И схож по форме и поперечному сечению с подвесным пролётом, но находится на основании, вместо того, чтобы быть подвешенным тросом. Это был первый пролёт, собранный на земле и установленный прибрежными кранами. Дальнейшие построения были произведены путем присоединения модулей используя подъёмные устройства, расположенные на уровне полотна. Было предусмотрено, что может произойти расширение стыков при допустимом максимальном перемещении ± 850 мм, которое должно происходить внутри этого пролёта. 

 Параметры моста.

Полная длина - 2,200 м., длина основного пролета - 1,377 м., высота опор - 206 м., диаметр тросов -1,1 м., высота моста - 62 м.

Мост имеет два уровня, На верхнем уровне расположена шестиполосная автомагистраль, по три полосы в каждом направлении. На нижнем - два железнодорожных пути и запасная двухполосная автодорога для служебных целей и для движения во время сильных ветров. Мост не имеет тротуаров.


Рис. 16. Нижний уровень моста.
Цин Ма стал излюбленным живописным местом и известной достопримечательностью. Для получения актуальной информации можно посетить Туристический центр и смотровую площадку Лантау, расположенные на северо-западе острова Цин И. 


Рис. 17. В вечернее время мост Цин Ма, сверкает огнями иллюминации.

6.4.Мост Акаси-Кайкё.

Акаси Кайкё (яп.明石海峡大橋  Акаси Кайкё: Охаси) — висячий мост в Японии, пересекающий пролив Акаси (Акаси Кайкё:) и соединяющий города Кобе на острове Хонсю с городом Авадзи на острове Авадзи. (ГИП Акаши-Кайке – Суритано Карина.) Является частьюмагистрали Хонсю—Сикоку. Центральный пролёт моста является самым длинным в мире и имеет длину 1991 метр. Это один из трёх мостов, соединяющих острова Хонсю и Сикоку. 

Рис.18 Мост Акаси-Кайкё.



Рис. 19. День открытия моста.



Историческая справка.

Перед тем, как этот мост был построен, через пролив Акаси действовала паромная переправа. Этот опасный водный путь часто подвергался сильным штормам. В 1955 году во время шторма утонули два парома, жертвами этой трагедии стали 168 детей. Волнения жителей и всеобщее недовольство вынудили японское правительство составить планы по строительству подвесного моста. Изначально планировалось построить железнодорожно-автомобильный мост, но в апреле 1986 года, когда началось строительство моста, было принято решение ограничиться только автомобильным движением в 6 полос. Фактически создание моста началось в 1988 году. Строительство моста началось в марте 1988 г. в осложненных условиях морского пролива при максимальной глубине по трассе моста 110 м, скорости течений 4,5 м/с и интенсивности судоходства 1400 судов/сутки, не считая рыболовного флота. (Пролив Акаси — международный водный путь, его ширина должна быть не менее 1500 метров.) 

Во время строительства моста Акаси-Кайке в Японии произошло сильное землетрясение. Эпицентр располагался всего в 3,2 км от центра моста. После землетрясения было обнаружено смещение фундаментов опор, вызванное движением земной коры, до 72см по горизонтали и 22см по вертикали. Возникла необходимость в перепроектировании балки жесткости. Возведенные конструкции почти не пострадали. Дополнительные усилия в элементах конструкции, возникшее от изменения конфигурации моста, определенные с помощью пространственного расчета, оказались незначительными. Открытие моста состоялось 5 апреля 1998 года. Стоимость сооружения моста составила 500 миллиардов иен.
Параметры моста.





Рис. 20. Общий вид моста Акаси-Кайкё.




Мост имеет три пролёта: центральный длиной 1991 метр и две секции по 960 метров. Общая длина моста — 3911 метров. Изначально планировалось, что длина главного пролёта составит 1990 метров, но она увеличилась на один метр после землетрясения в Кобе 17 января 1995 года. В конструкции моста имеется система двухшарнирных балок жёсткости, позволяющая выдерживать скорости ветра до 80 метров в секунду, сейсмическую активность до 8,5 баллов по шкале Рихтера и противостоять морским течениям. Пилоны поднимаются на высоту 297 м. 

Параметры кабелей.

Длина каждого главного кабеля - 4 073 метров.

Диаметр главного кабеля - 112 см 

Диаметр каждой проволоки - 5.23 мм (3/16 дюйм) 

Количество прядей в каждом главном кабеле - 290 

Число проволок в каждой пряди - 127 

Общее количество проводов в каждом кабеле - 36 830 

Вес каждого главного кабеля - 50 460 метрических тонн (~56 000 тонн) 

Рис. 21. Анкерный устой моста (слева). Закрепление главного кабеля (справа).

Мост предназначен под 6-полосное скоростное движение автотранспорта

Мост Акаси-Кайкё дважды вошёл в книгу рекордов Гиннесса: как самый длинный подвесной мост, и как самый высокий мост. И ещё один любопытный факт: если вытянуть в длину все стальные тросы моста Акаси-Кайкё, то ими можно было бы опоясать Землю целых семь раз!

6.5.Ататюркский мост.

Рис. 22. Ататюркский мост.

Ататюркский мост (Босфорский мост, тур. Boğaz Köprüsü, англ. Bosphorus bridge или First Bosphorus Bridge) — первый висячий мост черезБосфорский пролив. Он соединяет европейскую и азиатскую часть Стамбула.
Длина моста — 1560 метров, длина основного пролета 1074 метров, ширина моста - 33 метра, высота опор — 165 метров над водой. От проезжей части до поверхности воды — 64 метра.
Закладка моста, запланированная еще в 1950 г., была осуществлена 20 февраля 1970 года. Открытие моста состоялось 29 октября 1973 года, к 50-ти летию установления Турецкой Республики. Мост был сооружен немецкой фирмой Хоцхтиеф и английской фирмой Цлевеланд Енгинееринг, на строительство моста ушло 23 миллиона долларов США. 
Ежесуточно через мост проходят более 200 000 единиц транспорта, перевозящих около 600 000 пассажиров. По своей длине мост считается 13 мостом в мире. Проезд по мосту платный, проход по мосту пешеходам закрыт (в связи с тем, что мост регулярно пытались использовать для совершения самоубийств).

 
 
Рис. 23 Второй Босфорский мост, или мост Султана Махмеда Фатиха, 1988 г. 


Мост Султана Мехмеда Фатиха (тур. ^ Fatih Sultan Mehmet Köprüsü, англ. Fatih Sultan Bridge или Second Bosphorus Bridge) — второй висячий мостчерез Босфорский пролив. Он соединяет европейскую и азиатскую часть Стамбула. 

 Историческая справка.

Строительство моста началось в 1985 году и завершилось в 1988 году. Его возведением в 1988 году также была отмечена одна из памятных дат в истории Турции – 535-летний юбилей завоевания Константинополя в 1453 году султаном Мехмедом Фатихом, отчего мост и получил его имя. Примечательно также и то, что мост Султана Мехмеда Фатиха был построен на том же месте, где почти за 2500 лет до этого располагался первый понтонный мост царя Дария. Открытие моста состоялось 29 мая 1988 года. Мост был сооружен японскими строителями, на строительство моста ушло 130 миллионов долларов США.

 Параметры моста. 

Длина моста — 1510 метров, длина основного пролета 1090 метров, ширина моста - 39 метров, высота опор — 165 метров над водой. Высота моста — 64 метра.

6.6 Крымский мост
 

.

Рис. 24. Крымский мост.

Кры́мский мост — единственный в Москве висячий мост, проходит через Москву-реку, расположен на трассе Садового кольца и соединяет Крымскую площадь с улицей Крымский вал. 

Проезды вдоль набережных проходят под мостом в береговых пролётах между пилонами и анкерными устоями на концах цепей. Пандусыподходов устроены по железобетонным эстакадам, фасадные стороны которых закрыты стенками, облицованными гранитом. Под эстакадами размещены гаражи. Для спуска с тротуаров моста вдоль стенок подходов устроены лестницы.

Историческая справка.

Раньше на месте современного моста находился Никольский деревянный мост, построенный в 1789 по проекту А. Герарда. В 1870-е гг. обветшавший мост был заменён металлическим с двумя решётчатыми балочными пролётными строениями (автор проекта В. К. Шпейер); в 1936мост был передвинут на 50 м вниз по течению Москвы-реки, а затем разобран.
Мост получил своё название от древнего Крымского брода, через который переправлялись крымские татары при набегах на Москву.

Конструкция

Тип конструкции, который использовали инженер Б. П. Константинов и архитектор А. В. Власов при проектировании Крымского моста, оригинален и редко встречается в мировой практике: его пилоны, каждый высотой 28,7 метров, стоят отдельно и по верху не соединены. Через верх проходят цепи, закреплённые в устоях на концах моста. Полная длина каждой цепи 297 м, общий вес металлических конструкций около 10 000 тонн. 

Параметры моста.

О
Рис 25. Вид пилона Крымского моста.
ткрытие моста состоялось 1 мая 1938 г. В то время Крымский мост вошёл в первую шестёрку мостов Европы по длине речного пролёта — 168 метров. Мост имеет три пролета (47,5+168+47,5 м), его общая длина — 688 м, ширина 38,5 м. Высота пилонов – 28,7м. . Цепь из пластин соединена на болтовых шарнирах. Длина цепи – 297м.ю Балка жесткости неразрезная, П-образного сечения со сплошной стенкой. Пилоны поверху не имеют соединительного ригеля.

Заключение

Висячие конструкции, строительные конструкции, в которых основные элементы, несущие нагрузку ( тросы, кабели, цепи, сетки, листовые мембраны и т.п.), испытывают только растягивающие усилия.  Преимуществом таких конструкций являются большая жесткость и огнестойкость конструкции, меньшие эксплуатационные расходы по сравнению с другими оболочками.        Недостатками является наличие распоров и большая деформативность под действием местной нагрузки.  Уменьшение деформативности висячих конструкций достигается введением стабилизирующих элементов – оттяжек, раскосов, балок, жесткости, дополнительных поясов. Висячие конструкции сравнительно просты в монтаже, надёжны в эксплуатации, отличаются архитектурной выразительностью. Возводятся без применения лесов, позволяя снизить стоимость строительства и сократить его сроки, что делает их перспективными, отвечающими растущей потребности в зданиях с большими пролётами.

Купол представляет собой поверхность вращения. Усилия в нем действуют в меридиональном и широтном направлении. По меридиану возникают сжимающие напряжения. По широтам, начиная от вершины, возникают, также сжимающие усилия, переходящие постепенно в растягивающие, которые достигают своего максимума у нижнего края купола. Купольные оболочки могут опираться на опорное кольцо, работающее на растяжение, на колонны – через систему диафрагм или ребер жесткости, если оболочка имеет в плане квадратную или многогранную форму.

Купол возник в странах Востока и имел, прежде всего, утилитарное назначение. При отсутствии де рева покрытием для жилищ служили глиняные и кирпичные купола. Но постепенно, благодаря своим исключительным эстетическим и тектоническим качествам, купол приобрел самостоятельное смысловое содержание как архитектурная форма. Развитие формы купола связано с постоянным изменением характера его геометрии. От сферической и шаровой формы строители переходят к остроконечной со сложными параболическими очертаниями.

Список использованной литературы

Технология возведения зданий и сооружений ; В.И. Теличенко, О.М. Терентьев, А.А. Лапидус; Москва, «Высшая школа», 2004.

 Косенко. И.С. Висячие покрытия, пер. С чешского. Стройиздат 1964.               

Дмитриев Л.Г. Висячие конструкции, покрытия. Стройиздат, 1966.          

Качурин. В.К. Вантовые покрытия. Сиройиздат, 1968.                               

Москалёв. Н.С. Статический расчет вантовых систем. Сиройиздат, 1969.   

Барашков ю. Конструкции деревянных куполов // архитектура ссср

1975. № 3. С. 43 – 47.

Беспалов в. Архитектурно-строительные возможности мягкой опа-

Лубки // строительство и архитектура москвы. 1972. № 2. С. 29 – 30.

Борисовский г.б. Красота и польза в архитектуре. М.: стройиздат, 1975.

128 с.

Волга в.с. И др. Архитектурные конструкции гражданских зданий. Киев:

Будивельник, изд. 2-ое перераб. И дополн. 1988. 240 с.

Волчок ю.п., иванова е.к., кацнельсон р.а., лебедев ю.с. Конструкции И

Форма в советской архитектуре. М.: стройиздат, 1980. 264 с.

Гогешвили а, ярин л здания на основе пневматических конструкций //

Архитектура ссср. 1964. № 5. С. 41 – 45.

Гохарь-хармандарян и.г. большепролетные купольные здания. М.:

Стройиздат, 1972. 150 с.

Гохарь-хармандарян и.г. оболочки двоякой кривизны с прямолиней-

Ными образующими // архитектура ссср. 1960. № 9 с. 40 – 44.

Дмитриев л.г., касилов а.в. вантовые покрытия (расчеты и конструиро-

Вание). Киев: будивельник, 1968. 171 с.

Ермолов в. Архитектоника пневматических сооружений // архитектура

Ссср. 1973. № 5. С. 43 – 48.

 Жуковский э. Пространственные конструкции из унифицированных

Элементов // строительство и архитектура. 1972. № 3 с. 23 – 25.

Жуковский э., калинкович и., львов г. Пространственные конструкции

И перспективы их развития // строительство и архитектура. 1970. № 1 с. 17 – 19.

Зарецкая с., ратновский ю. Несущие деревянные конструкции в зару-

Бежной практике // архитектура ссср. 1968. № 5. С. 56 – 58.

Иванова е. Строительные конструкции в современной зарубежной ар-

Хитектуре // архитектура ссср. 1966. № 2. С. 51 – 58.

Колонетти г. Тонкостенные конструкции / пер. С итал. Н.в. крицук. М.:

Конструкции гражданских зданий: учебник для вузов / под ред.

Смирнов В.А. Висячие мосты больших пролетов. – М.: Высшая школа,1970. – 408с.: ил.

Цаплин С.А. Висячие мосты. – М.: ДОРИЗДАТ, 1949 – 288с.:ил.

Передерий Г.П. Курс мостов. – М.: ГОСЖЕЛДОРИЗДАТ, 1933. – 489с.: ил.

Сильницкий Ю.М. Висячие мосты: учеб. Пособие. – Ленинград, 1969. – 86с.: ил. 

Щусев П.В. Мосты и их архитектура. – М.: изд-во по строительству и архитектуре, 1953. – 360с.: ил.

AM – Brige. Все о мостах. Http://www.am-bridge.com.ru

.http:// www.Bridgemeister.com

Википедия  http://ru.wikipedia.org.