Пространственные металлические конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1 Общие данные о пространственных металлических покрытиях

2 Легкие металлические конструкции зданий и их эффективность применения

Список используемой литературы

Введение

В процессе современной урбанизации и развитии строительной отрасли возникла необходимость повышения уровня индустриализации строительного производства и степень заводской готовности конструкций и деталей, а так же расширять применение новых эффективных конструкций, наращивать выпуск прогрессивных металлических конструкций.

В этой связи развитие производства пространственных металлических конструкций становится особенно заметным. Применение данного вида строительных конструкций позволяет расширять спектр применения архитектурных решений в процессе проектирования, а так же создавать удобные и быстровозводимые конструктивные элементы зданий и сооружений.

В данной контрольной работе мною рассмотрена возможность применения пространственных металлических конструкция на примере легких металлических конструкций и пространственных металлических покрытий.

1 Общие данные о пространственных металлических покрытиях

Перекрытие-оболочка -- строительная конструкция перекрытий зданий и сооружений.

В архитектурной практике используются выпуклые, висячие, сетчатые и мембранные оболочки из железобетона, металлов, древесины, полимерных, тканых и композиционных материалов. Но наибольшее применение в строительной практике получили пространственные покрытия с металлическим каркасом. Для расчёта таких конструкций используется специально разработанная теория оболочек.

Сетчатые перекрытия-оболочки впервые внедрил в мировую практику российский инженер и архитектор В. Г. Шухов в 1896 году. Тогда же он запатентовал эти конструкции и разработал основы теории оболочек.

До середины XX века перекрытия-оболочки использовались редко ввиду сложности расчёта, повышенных требований к качеству материалов и соблюдению технологий монтажа. Перекрытия-оболочки использовали в своем творчестве знаменитые архитекторы Антонио Гауди, Пьер Нерви, Эро Сааринен, Оскар Нимейер, Кензо Танге, Бакминстер Фуллер, Норман Фостер, Фрэнк Гери, Николас Гримшоу, Сантьяго Калатрава. Полное признание и широкое распространение в прогрессивной архитектуре перекрытия-оболочки получили в течениие последних двух десятилетий благодаря внедрению компьютеров в практику расчёта конструкций и появлению новых строительных материалов и технологий.

В российском климате безаварийно эксплуатируются стальные сетчатые и стальные висячие мембранные оболочки перекрытий зданий и сооружений.

Доверие к железобетонным оболочкам в России было сильно подорвано в последние годы, благодаря авариям, произошедшим из-за небрежности при проектировании (Канчели: Трансвааль-парк) и эксплуатации зданий (Басманный).

При строительстве промышленных и гражданских зданий часто возникает необходимость перекрытия больших пролетов. В зависимости от конструктивной схемы и статической работы несущие конструкции покрытий таких зданий можно разделить на плоскостные и пространственные.

К плоскостным металлическим несущим конструкциям покрытий относятся балки, фермы, рамы, арки. В ряде случаев в зданиях уникального характера при повышенных нагрузках и больших пролетах применяют стальные рамы.

Для перекрытия пролетов свыше 40 м целесообразно использовать арочные конструкции. Арки являются эффективной конструкцией, поскольку их очертания можно спроектировать таким образом, что работать они будут, в основном, на сжатие.

Этим можно добиться оптимального использования материала. Недостатком арок является то, что в их опорах помимо вертикальных реакций возникают и горизонтальные (распор). Его воспринимают специальными конструкциями (затяжками, наклонными стойками, контрфорсами).

Впервые пространственные металлические покрытия появились в 20-х годах прошлого века. Первые тонкостенные пространственные оболочки были построены над резервуаром воды в Баку и для здания почтамта в Харькове. За свою историю пространственные металлические покрытия не раз менялись и совершенствовались. И сегодня пространственные металлические покрытия - одни из самых популярных покрытий промышленных зданий. Все чаще применяется предварительное напряжение конструкций, армоцементные пространственные конструкции.

Пространственные покрытия представляют собой системы, состоящие из тонкостенных оболочек и контурных конструкций. Тонкие плиты и элементы конструкции соединены между собой и работают как единое целое.

Пространственные покрытия промышленных зданий обладают рядом преимуществ. Их использование снижают расход материала и массу покрытия, дает возможность перекрывать большие площади без промежуточных опор и снижает затраты на производство. Хотя при этом пространственные покрытия довольно сложные по конструкции и трудоемкие в монтаже.

Рассматриваемые покрытия могут быть выполнены монолитными или же собираться из отдельных (гладких или ребристых, криволинейных или плоских) элементов. Бортовые элементы обычно выполняют в виде ребристых плит (лотков), диафрагмы -- в виде цельных или составных металлических ферм, арок или рам.

Пекинский оперный театр, 2007

Сетчатая оболочка Британского музея, архитектор Норман Фостер, 2000

Особенности данных типов сооружений

Пространственные покрытия -- это системы, состоящие из тонкостенных оболочек (тонких плит) и контурных металлических конструкций (бортовых элементов, опорных колец, диафрагм в виде балок, арок и т. п.). Все эти элементы связаны между собой и работают как единое целое. Это снижает расход материала и массу покрытия, делает его более экономичным и позволяет перекрывать большие площади без промежуточных опор. Кроме того, пространственные покрытия отличаются особой архитектурной выразительностью.

Тонкостенные пространственные покрытия применяют в первую очередь для ангаров, спортивных залов, крытых рынков, выставочных павильонов, вокзалов, зрелищных предприятии, производственных здании и других подобных сооружений, в которых нежелательны или недопустимы промежуточные колонны.

Оболочкам придают очертания криволинейных поверхностей или многогранников. Основными типами пространственных покрытий являются своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки двоякой кривизны, покрытия с составными оболочками и подвесные покрытия.

В строительной практике находят применение и другие разновидности тонкостенных пространственных покрытий, выбор типа которых зависит от назначения сооружения, его архитектурной компоновки, размеров, способов возведения.

Пространственные покрытия состоят из следующих составляющих:

- прямолинейные элементы четырехстороннего пространственного опорного контура;

- гибкие нити, ориентированные параллельно одной из диагоналей опорного контура и прикрепленные к нему своими концами с возможностью натяжения;

- прямоугольные прогоны-распорки, ориентированные в плане параллельно двум из противолежащих элементов контура и прикрепленные своими концами к двум основным элементам;

- тонколистовой и кровельный настил.

Типы пространственных покрытий: своды, купола, цилиндрические оболочки, складчатые конструкции, оболочки двоякой кривизны, покрытия с составными оболочками и подвесные покрытия. Выбор типа пространственных покрытий зависит от назначения здания, его размеров, способов строительства и ряда других факторов.

Достоинства, недостатки и возможные сложности при возведении данных сооружений

В основном применяются тонкостенные пространственные покрытия промышленных зданий с металлическим пространственным каркасом, в которых промежуточные опоры невозможны или нежелательны. В отличие от плоскостных тонкостенные пространственные покрытия промышленных зданий более экономичные по расходу материала. Так требуется в среднем на 20% меньше металла.

Большое разнообразие пространственных конструкций покрытий, их возможность и целесообразность применения в промышленном строительстве являются вопросом, требующим специального рассмотрения.

Недостатками висячих конструкций следует считать сложность устройства опорных конструкций для восприятия распора (особенно при прямоугольной форме плана), а также сложность обеспечения общей пространственной жесткости системы.

Материал оболочек должен быть воздухе- и влагонепроницаемым, эластичным для возможности модельного крепления и защиты несущих металлических конструкций от воздействия окружающей среды, прочным, легким и долговечным. В большей мере этим требованиям удовлетворяют синтетические пленки (армированные) и технические ткани.

2 Легкие металлические конструкции зданий и их эффективность применения

пространственная металлическая конструкция покрытие

Красные кирпичные здания старых питерских заводов, серые железобетонные корпуса промышленных гигантов советской эпохи. Сегодня они выглядят одинаково уныло и старомодно. Помимо внешней непривлекательности, эти постройки прошлых столетий имеют и более существенные недостатки. В частности, из-за внутренней тесноты и удручающего состояния коммуникаций в них невозможно организовать современное конкурентоспособное производство. Неслучайно большинство компаний предпочитают строить для своих производств новые здания, используя самые перспективные материалы и технологии, в том числе легких металлоконструкции (ЛМК).

Основой быстровозводимых зданий из ЛМК является металлический каркас. Металлические вертикальные стойки и горизонтальные ригеля с помощью болтовых соединений собираются в поперечные рамы, которые крепятся к фундаменту, располагаясь на равном расстоянии друг от друга. К поперечным рамам крепится система растяжек или связей, придающая конструкции расчетную прочность. Затем устанавливаются кровельные и стеновые прогоны, а также задаются обрамления под окна и двери. Несущий каркас готов. Далее можно использовать любую облицовку. Это могут быть и железобетон, и кирпичная кладка, и специальные панели типа "сэндвич", а также любые комбинации указанных конструкций.

Несколько слов необходимо сказать о панелях типа "сэндвич". Панель состоит из двух листов оцинкованного железа, между которыми помещен специальный утеплитель. Конструкция не имеет внутреннего каркаса, ее прочность достигается за счет определенной ориентации волокон утеплителя и использования специального клея.

Очень важной отличительной чертой быстровозводимых металлоконструкций является чрезвычайно высокая степень заводской готовности строительного комплекта. На практике это осуществляется следующим образом. Все детали, которые доставляются на строительную площадку, производятся на заводе с обязательным испытанием их прочностных характеристик. Детали обязательно имеют габаритные размеры, обеспечивающие возможность их транспортировки любыми традиционными видами транспорта. На строительной площадке все элементы конструкции собираются исключительно при помощи болтовых соединений. С целью исключения возможных проблем в ходе монтажа, на заводе-изготовителе производится контрольная сборка каждой конструкции, в ходе которой все детали подгоняются друг к другу. Все указанные выше мероприятия направлены в первую очередь на достижение высокого качества и надежности строительной конструкции.

Область применения быстровозводимых металлоконструкций очень широка. Проще сказать в каких областях применение таких конструкций нецелесообразно. Например, металлоконструкции не используются при строительстве зданий, в которых будут размещаться ядерные реакторы, либо банковские хранилища, то есть там, где стеновые и кровельные конструкции должны обладать повышенными изолирующими свойствами. Не принято их использовать и при строительстве жилья. С большим успехом быстровозводимые металлоконструкции используются уже несколько десятков лет при строительстве практически любых промышленных объектов, складских помещений, спортивных комплексов.

В последнее время на рынке быстровозводимых конструкций активно расширяется ассортимент отделочных материалов. Этот процесс делает металлоконструкции привлекательными в области строительства торговых сооружений.

Преимущества быстровозводимых металлоконструкций очевидны. Финансовые затраты на возведение здания из металлоконструкций в среднем на 30-40% меньше, чем на строительство аналогичного здания с использованием традиционных материалов. Естественно, данное высказывание корректно только при условии определенной идентичности качества внешней и внутренней отделки. Например, здание, построенное из самого дешевого кирпича без дополнительной внешней отделки, будет дешевле сооружения из быстровозводимых металлоконструкций с фасадом, отделанным тонированным стеклом. Существенная экономия при строительстве зданий на базе металлоконструкций достигается и за счет снижения затрат нулевого цикла примерно на 50%.

Быстровозводимые металлоконструкции являются бесспорными лидерами среди всех строительных конструкций не только благодаря низкой цене, но и кратчайшими сроками возведения. Если на строительство торгового павильона площадью около 100 м² необходимо затратить минимум три месяца (при условии работы не в режиме аврала), то аналогичное здание из металлоконструкций будет построено максимум за два месяца. При строительстве более глобальных сооружений экономия времени может стать очень значительной и принципиально важной для Заказчика.

Помимо цены и сроков сборки, быстровозводимые металлоконструкции имеют еще одно очень важное преимущество, на которое не всегда обращают внимание. Дело в том, что металлоконструкции не только быстро собираются, но и могут быть быстро и без особых финансовых затрат разобраны. Использование данного принципа в строительстве дает возможность владельцу земли максимально выгодно ее использовать с учетом постоянного изменения конъюнктуры рынка.

Естественно, сравнение металлоконструкций с детским конструктором, из которого можно без ограничений и потерь собирать и разбирать различные конструкции, не совсем корректно. Если вести речь о переносе быстровозводимого здания из одного места в другое, то без потерь перенесутся основные несущие элементы конструкции. Некоторое количество элементов потребует замены, например, кровельная Система. У Заказчика возникнет проблема изготовления под заказ тех деталей, которые необходимо заменить. Именно поэтому перенос таких зданий осуществляется в крайних случаях, но главное, что это, в принципе, возможно и дает денежную экономию относительно затрат на постройку нового здания около 40%. В случаях, когда речь идет о замене существующего здания на новое, что может быть необходимо в силу самых разных причин, использование быстровозводимых металлоконструкций принесет немалую выгоду. Разборка быстровозводимой конструкции обходится в несколько раз дешевле и занимает существенно меньше времени, чем демонтаж здания, выполненного с использованием традиционных материалов.

Итак, можно назвать основные преимущества систем из легких металлоконструкций:

· минимальные сроки монтажа (демонтажа) и отделки;

· высокая заводская степень готовности конструкций;

· более низкая себестоимость объектов из легких металлоконструкций по сравнению с аналогичными сооружениями из кирпича и железобетона.

Основным недостатком зданий из металлоконструкций часто называется их меньшая долговечность по сравнению с аналогами из железобетона и монолита. Однако вопрос этот отчасти спорный. Дело в том, что все цифры по срокам эксплуатации зданий из ЛМК являются расчетными, и сколько в действительности простоит объект, никто сказать пока точно не может. Первые здания из металлоконструкций были построены еще до войны и до сих пор спокойно продолжают стоять. Многое зависит и от того, насколько качественно смонтировано здание, каковы условия эксплуатации, как часто его подкрашивают, реставрируют, каково его целевое назначение, взаимодействует ли оно с агрессивными средами. Известно, что долговечность облицовочных панелей существенно ниже металлического каркаса. Однако, учитывая, что облицовку можно и нужно периодически менять, возникает вопрос, можно ли говорить корректно о сроке эксплуатации всего здания в целом. Как это ни странно, но долговечность здания - это не всегда очевидный плюс. Например, есть законодательные положения, по которым здания, относящиеся к временным, значительно проще утвердить и согласовать. К тому же при строительстве торговых центров, магазинов или складов погоня за долговечностью не столь необходима.

Примеры возведенных зданий и сооружений на основе ЛМК.

Список используемой литературы

1. Трущев А.Г. Пространственные металлические конструкции: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Стройиздат, 1983. 215с.

2. Москалев Н. С. Конструкции висячих покрытий. М., 1980.

3. Металлические конструкции. Специальный курс /Н. С. Стрелецкий, Е. И.

4. Интернет источники.

Размещено на Allbest.ru