Большепролетные здания с плоскими балочными несущими стальными покрытиями

В балочных несущих конструкциях большепролетных покрытий основные элементы работают на изгиб (в балках появляются усилия «» и «», в балочных фермах – «» – в стержнях, «» – на опорах). Они имеют шарнирные опоры, не создают распора и малочувствительны к температурным изменениям. Монтаж опорных и пролетных конструкций не связан между собой, что создает удобства в организации и технологии производства работ.

Однако отсутствие опорных разгружающих моментов в балочных конструкциях обусловливает повышенный расход стали. Чтобы его уменьшить, применяют искусственные приемы: предварительное напряжение, применение сталей повышенной прочности, эффективные типы профилей. Все это позволяет большепролетным балочным конструкциям быть конкурентно-способными с другими конструктивными формами при пролетах до 70…80 м.

При применении таких конструкций проектировщики передают ветровые нагрузки на другие вспомогательные элементы: трибуны, бытовые пристройки, этажерки и т.п.

Пример реализованной большепролетной балочной фермы показан на рис. 3.1 из [3]. Это здание ледового катка (Нидерланды). Здесь главные фермы пролетом 52.8 м имеют трехгранную форму с поперечным сечением в габаритах перевозки 3800´3250 мм. Все элементы фермы выполнены из гнутосварных труб квадратного профиля. Опорами фермы служат стальные трубы диаметром по 700 мм, защемленные в железобетонных конструкциях трибун. Шаг ферм в осях – 9.6 м, а расстояние между ближайшими поясами – 6 м (при ширине верхних поясов ферм – 3.6 м в наружных габаритах). Это дало возможность применить беспрогонную кровлю из профлиста с высотой гофра 141 мм. Каждая ферма изготовлялась на заводе из двух марок. Укрупнение выполнялось на стройплощадке. Монтаж производится двумя кранами.

Другим примером (рис. 3.2) из [3] представлена конструкция большепролетного балочного покрытия универсального спортивного комплекса в Москве. Покрытие выполнено из объемных предварительно напряженных блоков. Блоки длиной по 12 м и шириной по 2.5 м соединены по

Рис. 3.1. Балочное большепролетное покрытие искусственного катка (Нидерланды):            1 – главные фермы; 2 – стойки из трубы; 3 – профлист 141´0,75 мм

длине пролета высокопрочными болтами, образуя пространственную ферму с предварительно напряженными поясами. В пределах каждого блока поясные щиты фермы состоят из рамок с натянутыми на них листовыми обшивками толщиной 2 мм. Сама рамка состоит из двух продольных уголков, соединенных с торцевыми фермочками и распорками. После объединения двух поясных щитов с помощью уголков и диафрагм в единый блок обшивка занимает проектное положение и получает предварительное растяжение усилием, большим расчетного усилия сжатия в поясе от внешних нагрузок.

Листовые обшивки, работая в составе поясов фермы, одновременно выполняют роль кровли и потолка, а также связей.

Горизонтальная жесткость здания в поперечном направлении обеспечивается наклонными ригелями трибун. В продольном направлении здания жесткость обеспечивается шестиэтажной этажеркой центрального ядра, в которой расположены обслуживающие помещения комплекса.

Монтаж конструкций данного покрытия выполняли после укрупнительной сборки монтажной единицы размерами 110´5.0 м из двух блоков 110´2.5 м [14] на нулевой отметке в торце строительной площадки здания. Собранная монтажная единица – блок 110´5.0 м надвигался по наклонным балкам до рабочей отметки, а потом по подстропильным балкам устанавливался в проектное положение.

На рис. 3.3 приведен пример покрытия малой спортивной арены (Москва, Лужники) [3] c применением большепролетной шпренгельной балки (72 м) и высотой в середине пролета 4.2 м (1/17 пролета). Все элементы шпренгельной балки сварные двутаврового сечения из стали марки 10Г2С1. Шаг балок принят 3 м для беспрогонной кровли из профилированного настила. Опоры под шпренгельные балки выполнены из сварных подстропильных  балок  коробчатого  сечения 1.5´2 м, каждая из которых

Рис. 3.2, а. Большепролетное балочное покрытие универсального спорткомплекса (Москва).                                   Поперечный разрез

Рис. 3.2, б. Большепролетное  балочное покрытие универсального спорткомплекса (Москва).                         Сечение 1-1. Виды 2-2, А   Рис. 3.2а. Большепролетное балочное покрытие универсального спорткомплекса (Москва).                                   Поперечный разрез

Рис. 3.4. Большепролетная балочная ферма покрытия ангара для самолетов в г. Алма-Ата с предварительным напряжением нижнего пояса                        Рис. 3.2а. Большепролетное балочное покрытие универсального спорткомплекса (Москва).                                   Поперечный разрез

Рис. 3.5. Большепролетная балочная ферма покрытия машинного зала Рефтинской ГРЭС с преднапряженной затяжкой

опирается на 4 колонны. На подстропильные балки укладывались рельсы, по которым в процессе монтажа аналогично предыдущему примеру надвигались укрупненные блоки шпренгельных балок со связями.

Для снижения расхода стали в большепролетных балочных конструкциях покрытий эффективно применение предварительного напряжения. На рис. 3.4 из [4] приведен пример применения предварительного напряжения в большепролетной ферме (84 м) покрытия ангара для самолетов в г. Алма-Ата. Шаг ферм – 12 м. Очертание верхнего пояса близко к квадратной параболе. Предварительное напряжение нижнего пояса дало экономический эффект по массе фермы в 14%. При этом для нижнего пояса фермы оказалось достаточным сечение из двух швеллеров №22 и 4-х пучков высокопрочной проволоки диаметром 24 мм (проволока – по 5 мм).

На рис. 3.5 из [5] приведен пример покрытия машинного зала пролетом 45 м Рефтинской ГРЭС с применением предварительно напряженной фермы типа «арка с затяжкой». Высота жесткой части фермы – 3.5 м, уклон верхнего пояса . Затяжка – двухветвевая из стальных канатов диаметром по 55 мм типа ТК 7´37 из семи прядей с жестким сердечником (ГОСТ 3068-55). Анкерные закрепления канатов – стаканного типа с заливкой сплавом ЦАМ. Шаг ферм – 12 м. Предварительное напряжение выполнялось в блоке из двух ферм со связями. Экономия по расходу стали составила» 20% при выполнении предварительного напряжения внизу без плит покрытия.