СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС

Трехслойные и другие пространственные конструкции

Пространственные трехслойные конструкции применяются за рубе­жом преимущественно для выставочных и специальных сооружений, а для их обшивок сравнительно широко используется стеклопластик, особенно светопрозрачный.

Типы светопрозрачных пространственных конструкций из стеклопла­стика весьма разнообразны. Они устраиваются, например, в виде сводов трехслойных большепролетных куполов из крафт-бумажного сотопласта, оклеенного стеклопластиком, или воронкообразных конструкций. Отно­сительно большое развитие нашло также строительство трехслойных куполов с обшивкой из стеклопластика и средним слоем из пенопласта или сотопласта в тех случаях, когда к ограждениям предъявляют требо­вания радиопрозрачности (материал должен иметь хорошие диэлектри­ческие свойства). В Англии стеклопластиковые сферические оболочки диаметром 20,5 и высотой 16 м изготовляют серийно. Оболочку собирают за 24 ч из элементов, имеющих форму согнутого по малой диагонали ромба. Контур и малая диагональ каждого элемента усилены ребрами из стеклопластика; ребра по контуру необходимы также для взаимного соединения элементов болтами.

Использование трехслойных элементов позволяет значительно рас­ширить область применения сферических оболочек. В США для северных районов была создана конструкция купола диаметром 24,3 и высотой
8,5 м, рассчитанная на арктические снеговые и ветровые нагрузки (ско­рость ветра 160 км/ч) и используемая для зданий различного назначения. Покрытие состоит из трехслойных шестиугольных пирамидальных эле­ментов с обшивками из стеклопластика и средним слоем из пенополиуре­тана. В Англии построены, например, три сферические оболочки для по­крытия радиолокаторов с 25-метровой антенной. Такая оболочка — усе­ченная в основании сфера диаметром 43 ж и высотой 35 ж, собранная из плоских трехслойных пяти - и шестиугольных элементов толщиной 15 см с обшивками из стеклопластика толщиной 1,5 мм и средним слоем из сотопласта.

Сферические покрытия с применением пластмасс нашли уже широ­кое применение, особенно в тех случаях, когда легкость, быстрота воз­ведения или радиопрозрачность сооружения являются решающими условиями при выборе конструкции. Такие покрытия оказались достаточ­но надежными. По мнению зарубежных специалистов, диаметр таких покрытий из трехслойных элементов можно увеличить до 150 м.

Особый вид пространственных конструкций из стеклопластика, со­оруженных в США, Канаде, Франции, Швейцарии, — воронкообразные конструкции, в которых стеклопластик работает в основном на растяже­ние. Они представляют собой систему однотипных ячеек, каждая из ко­торых состоит из стойки и пространственных элементов покрытия, чаще всего с прямоугольным очертанием в плане.

Соединение пространственных элементов смежных ячеек увеличива­ет их несущую способность и обеспечивает устойчивость сооружения в целом. Покрытие ячейки имеет уклон в сторону стойки, которую дела­ют полой для отвода воды.

Нашли применение за рубежом также трехслойные пространствен­ные конструкции из алюминия и пенопласта. В Дании построен трех­слойный свод такого типа площадью 2000 ж2, а в Англии — оболочка для покрытия кафетерия. Интенсивные работы по созданию новых про­странственных конструкций за рубежом продолжаются.

В СССР работы по трехслойным пространственным конструкциям носят пока экспериментальный характер. В качестве обшивок конструк­ций применяются стеклопластик, алюминий и фанера.

Предварительные расчеты и экспериментальные исследования по­казали целесообразность применения трехслойных оболочек различных видов (рис. 1.21). Как указывалось, простейшие оболочки складчатого

Типа (рис. 1.21,6, в) могут быть осуществлены путем стыкования по длине и ширине описанных плоских трехслойных панелей (см. табл. 3, тип 2 и 4). Эти панели, предварительно укрупненные, могут приме­няться и для более сложных конструкций значительных пролетов (рис. 1.21, г, а).

Применение трехслойных элементов криволинейного очертания (см. табл. 3, тип 6) позволяет создать цилиндрические оболочки (рис. 1.21, а) и своды. Трехслойные своды несложны в сборке и монта-

Же. В них относительно просто решаются стыковые соединения, кото­рые свободны от несущих функций. Однако трехслойные своды менее экономичны и имеют ограниченную область применения. Их рациональ­но использовать в качестве складов или сельскохозяйственных построек стрельчатого очертания при непосредственном опирании на фундаменты и небольших пролетах конструкций (6—12 м). Значительное увеличение пролета может быть достигнуто применением бочарных сводов, но эти конструкции сложнее в изготовлении.

Спортивный зал в виде сводчатого покрытия пролетом 14 м постро­ен в 50-х годах под руководством М. Сакаллы. В качестве обшивок при­менена водостойкая фанера, оклеенная алюминиевой фольгой по де­ревянному каркасу.

Несомненный интерес представляет светопрозрачное цилиндриче­ское покрытие бассейна санатория в г. Пушкино. Оно представляет со­бой [10] (рис. 1.22) систему коротких цилиндрических оболочек со стрелой подъема около 7,5 м, шириной между продольными опорами 14,9 м И длиной 38,5 м. В покрытии применены трехслойные блоки (внешние слои — из плоских листов стеклопластика, средний слой — из волнисто­го листа) с высотой сечения около 57 мм по алюминиевым аркам-диаф­рагмам, установленным с шагом 2,75 м.

При выборе размеров панелей учитывали два основных требования: минимальное число стыков и технологическую возможность изготовле­ния и монтажа крупноразмерных панелей. Каждая оболочка (между арками) была собрана из трех панелей: двух цокольных длиной по 7,9 м И одной коньковой длиной 7,7 м, которые выполнялись из плоских и волнистых стандартных листов светопрозрачного стеклопластика.

Светотехнические испытания покрытия бассейна дали хорошие ре­зультаты [109]. Несмотря на относительно низкую светоактивность при­мененной конструкции ( т0 =0,28), коэффициент естественной освещен­ности оказался высоким (не менее 25%), а освещение оказалось прак­тически равномерным. Отмечены и хорошие теплотехнические характеристики конструкции. Сопротивление теплопередаче Ro = = 0,37 м2 • г • град/ккал.

Сводчатое покрытие птичника пролетом 12 м разработано и иссле­довано в Гипронисельхозе совместно с ЦНИИСК*. Оно собирается из гнутых трехслойных блоков размером 6,44X1,50X0,12 м. В качестве обшивок сводов применен алюминий толщиной 1—1,5 мм или водостой­кая фанера толщиной 10 мм, оклеенная фольгой. Для среднего слоя применен полистирольный пенопласт объемным весом 60 кг/мг.

Оболочки и висячие конструкции могут найти применение для мно­гих промышленных и общественных зданий. Большие размеры этих кон­струкций делают неизбежным их членение на монтажные элементы, размеры которых, по условиям изготовления и транспортировки, по-ви­димому, не будут превышать 6x3 м (максимально 12X3 м). При боль­ших размерах в плане и малой кривизне оболочки могут монтироваться из плоских панелей, что упростит их изготовление. Сборку оболочек можно производить либо непосредственно из монтажных элементов, из­готовленных на заводе, либо из укрупненных блоков после предвари­тельной укрупнительной сборки на строительной площадке. При этом в связи с весьма малым собственным весом панелей может оказаться це­лесообразным навесной метод монтажа большепролетных покрытий (без поддерживающих лесов или подмостей).

Стыки элементов оболочек должны обеспечивать передачу расчет­ных усилий, тепло - и гидроизоляцию, а также быть легко и надежно выполнимы в условиях строительной площадки.

На основе исследований ЦНИИСК (см. ниже) Харьковским Пром - стройниипроектом совместно с ЦНИИСК разработана трехслойная ци­линдрическая оболочка[11] размерами в плане 24X11,2 м (рис. 1.23) для покрытия опытной секции промышленного здания. В оболочке 32 криво­линейных элемента из алюминия и пенопласта размером 6,5Х1,5Х X 0,083 м, стыкуемых по короткой стороне — в шелыге, а по длинной стороне — вдоль ската. Все стыки (и в шелыге и вдоль ската) приняты однотипными фланцевыми. Для устройства стыков в каждом элементе имеется обрамляющее ребро из бакелизированной фанеры, выступаю­щее за нижнюю и верхнюю поверхности элемента. Выступающие части ребер усилены алюминиевыми уголками. Панели стыкуются на болтах; фланец закрыт нащельником из тонкого алюминиевого листа. Оболоч­ка имеет бортовые элементы и диафрагмы в виде ферм, верхний пояс которых выполнен из алюминия, а раскосы и нижние пояса (по сообра­жениям экономии) — из стальных профилей. Решетчатая конструкция бортовых элементов и диафрагм обусловливается необходимостью сни­зить температурные напряжения, возникающие из-за различия коэффи-

Узел б Вариант!

ЩП5'

12Ь

Рис. 1.23, Схема трехслойной цилиндрической оболочки размером 24X11,2 м

Чооо

/ — алюминиевые обшивки; 2 — пенопласт; 3 — минеральный войлок или ФРП; 4 —алю­миниевые уголки; 5 — бакелизированная фанера; 6 — сварка

Циентов температурного расширения алюминия и стали при возможных перепадах температуры в процессе эксплуатации.

Толщина обшивки (6 = 1,5 м) и материал среднего слоя (полисти - рольный пенопласт с объемным весом 60 кг/м3) подобраны из расчета обшивки на местную устойчивость, определяющую несущую способ­ность конструкций (глава 5).

Особый интерес представляет применение складчатых и других пространственных конструкций, составляемых из обычных плоских панелей.

На рис. 1.24 показан пример простейшей складки, разработанной для приискового строительства К Элементы ее (панели) соединяются по длине и ширине сваркой с заполнением стыков фенольным пенопластом.

В мастерской № 16 Моспроекта был разработан проект трехслой­ного складчатого покрытия стадиона «Динамо» в Москве размером в плане 204x300 м и стрелой подъема 20 м. Складки высотой 6 м и тол­щиной в сечении 100 мм имеют трапецеидальное очертание. Обшивками служат алюминиевые листы толщиной 1 мм, а для среднего слоя приме­нен сотопласт; собственный вес покрытия 50 кг/м2.