Воронкоподібне покриття-оболонка

Прикладом оригінальної форми тонкостінної оболонки двоякою кривизни прольотом 46.5 м служить покриття зали зборів будівельного коледжу в Бірмі. Оболонка складається з п'яти шарів дощок товщиною 25 і 16 мм. Загальна товщина 90 мм. Оболонку підтримують дві металеві рами, всі дошки між собою склеєні.

Покриття типу гіпар. Гіпар - це покриття, що виконується найчастіше з трьох рядів дощок, зклеєних між собою або з'єднаних цвяхами. Оболонка обпирається на опори, розташовані під кутом знижуючим.

Оболонки подвійної кривизни виготовляються на місці будівництва. Зводять їх за допомогою суцільного риштування, по якому укладають кружала і з яких ведуть зборку окремих шарів оболонки. Покриття типу гіпар може виконуватись і в збірному варіанті з прямокутних панелей, зклеєних з трьох шарів дощок.

Куполи. Залежно від конструктивного рішення купола можуть бути тонкостінними, ребристими і сітчастими. Для прольотів від 12 до 35 м застосовують тонкостінні сітчасті куполи. При прольотах від 35 до 120 м і більше з метою збільшення жорсткості застосовують ребристі куполи-оболонки.

Ребристі куполи можуть бути багатогранними, сферичними або складчастими.

Складчастий купол

Багатогранний купол

Сферичний купол

Складаються ребристі куполи з ребер в меридіональному напрямку. Ребра обпираються на нижні і верхні опорні кільця

Крок ребер 3-6 м по нижньому поясу. У ребристих куполах по аркам йдуть прогони, по прогонам укладаються в два шари настил з дощок - поздовжній і косий під кутом 45 ° до прогонів.

Нижнє опорне кільце працює на розтяг і виконується залізобетонним. Верхнє кільце працює на стиск і може бути дерев'яним. З'єднання піварок з кільцями рекомендується виконувати шарнірним. У розрахунку арок жорсткість прогонів і настилу не враховується.

Розрахунок ребристого купола ведеться шляхом розчленування на арки з відповідною вантажною площею. В іншому порядок розрахунку повністю співпадає з розрахунком клеєних трьохшарнірних арок.

Просторова незмінність і стійкість плоскої форми згину ребер забезпечується встановленням зв'язків (горизонтальних і вертикальних).

Кружально-сітчасті куполи можуть бути сферичними або з зімкнутих склепінь

Сітка може бути ромбічною і прямокутною, вузли вирішені на врубках або болтах. При кількості граней 6 і менше сектор купола розраховується за аналогією з сітчатим склепінням, а при числі граней більше 6 - за наближеною безмоментною теорією сферичних куполів-оболонок.

Представляє інтерес конструкція зімкнутого склепіння, розроблена в США для прольоту 257 м (найбільший у світі з перекриваємих прольотів). Проект цього склепіння передбачає використання його для покриття стадіонів в чотирьох містах США.

Гурти (ребра на стиках граней склепіння) клеєні змінного коробчатого перерізу. Максимальна висота перерізу 334 см.

Тонкостінні куполи-оболонки. Їх основною особливістю є меридіональні арочки, кільцевий та косий настили, верхнє кружальне і нижнє опорне кільця.

Відстань між осями арок по опорному кільцю призначається від 0.8 до 1.5 м. Висота арочок h для надання куполу достатньої жорсткості повинна становити не менше 1 / 250 його прольоту. На арочки цвяхами прибивають обидва шари кільцевого настилу, а потім косий настил в «ялинку» під кутом ~ 45 °.

Розрахунок куполів-оболонок з достатньою точністю ведеться по безмоментній теорії оболонок.

При розрахунку приймається, що меридіанні елементи і ребра куполів сприймають меридіональні зусилля Т₁, кільцеві настили - кільцеві зусилля Т₂, а косі настили - зсуваючі зусилля S.

Зусилля Т₁, Т₂ і S знаходять при трьох схемах завантаження:

• 1 схема - власна вага купола. Зусилля в ребрах Т₁ в лівій точці А визначиться за формулою:

,

де: Q_φ – вага всієї вищерозміщеної частини купола;

m – число ребер.

Зусилля Т₂ в кільцевому настилі на одиницю ширини визначиться за формулою:

,

де: z – проекція на нормаль рівномірно розподіленого навантаження

(покрівля, косий та кільцевий настили) і вага ребер;

R – радіус сфери купола;

Т₁ – меридіональне зусилля у розглянутій точці А;

а – - відстань між ребрами.

Зсуваюче зусилля S при симетричному навантаженні дорівнює нулю (S = 0)

• 2 схема - снігове навантаження на всьому прольоті. Вона приймається з урахуванням зміни інтенсивності по поверхні купола за законом косинуса, що дає рівномірне навантаження по плану інтенсивністю р₀. Меридіанне зусилля:

,

Кільцеві зусилля:

,

Зсувне зусилля:

• 3 схема - вітрове навантаження. Дійсна епюра тиску вітру (а) замінюється більш простими епюрами: симетричною та кососиметричною.

Зусилля від симетричної епюри визначається за наступними формулами:

4) меридіанальні зусилля:

,

5) кільцеві зусилля:

,

6) зсуваючі зусилля:

Зусилля від кососиметричної епюри визначаються за таблицями книжки Дішінгера «Оболонки, тонкостінні залізобетонні куполи і склепіння», М. 1971р.

Кососиметричне навантаження дає зсуваючі зусилля, на які розраховується косий настил.

Перевірка перерізів елементів.

• Визначивши розрахункове значення Т₁ на одне ребро (як максимальне при різних поєднаннях зусиль при трьох перерахованих схемах завантаження) перевіряють його на стиск і зминання торців в опорних кільцях;

• Кільцевий настил перевіряють на зминання (в стиснутій зоні) по всій площі. У розтягнутій зоні перевірка на розтяг ведеться за площею:

• зсуваючі зусилля S викликають в косому настилі стиск або розтяг. За цими схемами підбирають переріз дощок і зв'язки (цвяхи, шурупи, клей);

• верхнє кружальне кільце перевіряють на стиск і зминання в стику:

де: Т₁ – стискаюче зусилля в ребрі;

r₁ – радіус кільця.

• нижнє опорне кільце перевіряють на розтяг силою:

де: Н₁ – розпір купола на одиницю довжини опорного кільця;

r₂ – радіус опорного кільця.

Лекція № 7

Пластмаси, як матеріал для будівельних конструкцій. Основні види конструкційних пластмас і області їх застосування

Пластичними масами (або пластмасами) називають матеріали, які в якості основного компонента містять синтетичний полімер.

Полімери - це високомолекулярні сполуки, що складаються з гігантських молекул лінійної, розгалуженої або тривимірної сітчастої структури (просторові гратки).

У більшості випадків ці молекули містять структурні елементарні ланки (групи атомів), які багаторазово повторюються і з'єднані силами хімічних зв'язків.

Отримують полімери з вихідних низькомолекулярних органічних речовин (мономерів), окремі молекули яких завдяки подвійним або потрійним зв'язкам здатні з'єднуватися між собою з утворенням багаторазово збільшеної молекулярної маси, тобто полімеру.

Назва полімеру утворюється зазвичай від назви того мономеру, з якого він був отриманий. Так, наприклад, поліетилен отримують з етилену, полівінілхлорид-з вінілхлориду, полістирол-з стиролу і т.д.

Іноді назва полімеру утворюється в залежності від виду реакційно-хімічних груп, що з'єднують молекули мономерів - поліаміди, поліефіри і т.д.

В основі технологій синтезу високомолекулярних сполук лежать два основні методи отримання полімерів - полімеризація і поліконденсація, що розрізняються як за механізмом реакції, так і за будовою створених полімерів.

Полімеризація - це ланцюговий процес з'єднання великого числа молекул одної речовини в одну велику макромолекулу. Цей процес протікає зазвичай при певній температурі і тиску без виділення будь-яких низькомолекулярних речовин. При полімеризації хімічний склад полімеру відповідає хімічному складу вихідного мономеру.

Поліконденсація - це хімічний процес отримання полімерів з мономерів різних вихідних речовин, що супроводжується виділенням побічних продуктів (води, спирту та ін).

Поліконденсацією отримують фенолоформальдегідні, сечовиноформальдегідні смоли, поліаміди, поліефіри та інші полімери.

Крім процесів полімеризації і поліконденсації, застосовують ще досить перспективний процес співполімеризації, який полягає в сумісній полімеризації двох або більше різних за хімічним складом мономерів; такі реакції в результаті дають сополімери, які володіють новими властивостями, що відрізняються від властивостей полімерів на основі кожного вихідного мономеру. Встановлено, що сополімери володіють більш цінними властивостями, ніж полімери, отримані з тих же мономерів. Підбором мономерів з різними властивостями можна широко змінювати фізико-механічні властивості полімеру.

Найчастіше полімери знаходяться в аморфному склоподібного стані і носять назви синтетичних смол (фенолоформальдегідні, сечовиноформальдегідні, поліефірні та ін.) Деякі полімери, однак, мають здатність до кристалізації і не є смолами (наприклад, нейлон, целюлоза та її похідні).

Синтетичні смоли в залежності від впливу на них температури діляться на дві групи:

Термопластичні (оборотні) смоли при нагріванні розм'якшуються і стають пластичними, а при охоложденні знову тверднуть. Такий процес може повторюватися, не вносячи зміни в хімічні властивості смоли. До термопластичних смол відноситься поліетилен, полістирол, поліамід, поліорітан і ряд інших.

Термореактивні (незворотні) смоли, будучи відформовані в процесі виготовлення, переходять у неплавкий нерозчинний стан і знову формуватися вже не можуть. Інакше кажучи, термореактивні смоли переходять з в'язко-текучого в твердий стан тільки один раз.

До таких матеріалів відноситься фенолоформальдегідні, поліефірні, епоксидні смоли та інші.

Пластмаси переважно представляють багатокомпонентні суміші.

Компонентами пластмас являються:

1. Вяжучі речовини - це основний (а іноді і єдиний) компонент пластмас.

Зазвичай вяжучим є синтетичні смоли, хоча можуть використовуватися й вяжучі природні речовини, наприклад, ефіри целюлози, природні смоли.

2. Наповнювачі - компоненти, що вводяться у пластмаси з метою поліпшення їх механічних і технологічних властивостей - підвищення теплостійкості, зниження вартості. Наповнювачі бувають неорганічного й органічного походження і вводяться в матеріал у вигляді порошків, волокон або аркушів (деревне борошно, цемент, скляні та азбестові волокна, папір, бавовняні і скляні тканини і т.д)

3. Модифікуючі добавки. При формуванні полімеру (вяжучого) застосовуються обов'язкові добавки для твердіння. Крім цього можуть застосовуватися прискорювачі (речовини, що прискорюють затвердіння), каталізатори (речовини, що не беруть участі в твердінні, але присутність яких необхідна для протікання процесу затвердіння), пластифікатори (речовини, що зменшують крихкість готового матеріалу), інгібітори (речовини, що уповільнюють процес затвердіння) та інші добавки.

4. Барвники. Забарвлення пластмас здійснюється шляхом введення барвників у масу матеріалу. Потрібний рисунок і колір можуть бути так само отримані, якщо вони попередньо нанесені на зовнішній шар листового наповнювача (папір, тканина).

5. Пороутворювачі - це добавки, що застосовуються для отримання газонаповнених матеріалів-пінопластів.

Класифікація пластмас.

Залежно від виду смол під впливом на них температури, пластмаси поділяються на два види: а) термопластичні пластмаси (або термопласти) на основі термопластичних смол; б) термореактивні (реапласти) на основі термореактивних смол.

Термопластичні пластмаси зазвичай називаються по вяжучій речовині, виходячи з найменування мономеру з додаванням приставки «полі-» (полівінілхлорид, поліетилен, полістирол та ін)

Термореактивні - за видом наповнювача (склопластики, деревні пластики та ін)

В залежності від структури пластмаси можна розділити на дві основні групи:

1) пластмаси без наповнювача (не наповнені);

2) пластмаси з наповнювачем (наповнені).

Застосування пластмас як матеріалу для будівельних конструкцій пояснюється низкою переваг цього матеріалу:

- високою міцністю, що становить для більшості пластмас (крім пінопластів) 50-100 НПа, а для деяких склопластиків міцність досягає 1000 НПа;

- малою об'ємною масою, в межах від 20 (для пінопластів) до 2000 кг \ м3 (для склопластиків);

- стійкістю до впливу хімічно агресивних середовищ;

- біостійкістю (не піддається гниттю);

- простотою формоутворення і легкою обробкою;

- високими електроізоляційними властивостями;

Разом з тим пластмаси мають і недоліки, такі, наприклад, як деформативність, повзучість і зниження міцності при тривалих навантаженнях, старіння (погіршення експлуатаційних властивостей у часі), горючість, використання в якості сировини дефіцитних нафтопродуктів.

Вплив недоліків пластмас можна зменшити різними шляхами. Так, зменшення деформативності досягають застосуванням раціональних форм поперечного перерізу конструкцій (тришарові, трубчасті).

Горючість і старіння можна зменшити шляхом введення спеціальних добавок.

Основні види конструкційних пластмас і області їх застосування.

До пластмас, які застосувують в будівельних конструкціях, відносяться склопластики, оргскло, вініпласт, поліетилен, тепло-та звукоізоляційні матеріали, деревні пластики.