Кровельное покрытие является частью внешней оболочки здания, и в силу этогово многих случаях к нему предъявляются требования несгораемости и огнестойкости. Кроме того материал кровельных покрытий должен хорошо противостоять атмосферным факторам. Всем этим требованиям полностью отвечает железобетон, в силу чего конструкции из железобетона получили широкое распространение во всяких видах покрытий.
При этом обычно железобетонные конструкции покрывается с внешней стороны водонепроницаемым материалом (руберойд и пр.) и в случае надобности отепляется слоем шлака, шлакобетона, пемзобетона и другими видами теплоизоляций. В отдельных случаях несущая конструкция выполняется из «теплого» бетона; тогда она же выполняет и роль отеплителя.
Конструкция кровельных покрытий из железобетона могут быть весьма разнообразной в зависимости от размеров перекрываемой площади, расстояния между опорами и других местных условий. При сравнительно небольших пролетах (3—1 м) находят применение плоские кровельные покрытия, аналогичные описанным выше плоским перекрытиям, которые опираются непосредственно на стены или на основные рамы (рис. 3).
При больших пролетах конструкция, работающая только на изгиб, делается невыгодной в виду значительного влияния собственного веса (полезная нагрузка на кровельные покрытия незначительна), и потому переходят к применению криволинейных форм покрытия.
Наибольшее распространение в промышленном строительстве получили
Покрытие сборным настилом применяется в тех случаях, когда все сооружение запроектировано сборным. В этих случаях арки также монтируются в готовом виде целиком или двумя частями. Производство работ по выполнению коротких оболочек в промышленных цехах связано с необходимостью возведения лесов на большую высоту, что отрицательно отражается на экономичности конструкций. Здесь может быть с успехом применены подвесные леса по деревянным фермам, шпренгельные подвески по сборным железобетонным аркам и т. п.
Только при таких производственных мероприятиях короткие оболочки (свод Кольба) могут дать значительный экономический эффект. Пролеты арок колеблются в пределах 10—30 м при расстояниях между ними 5—12 м. При этом толщина оболочки составляет 5—10 см. Подъем арок принимается равным в среднем 1/1 пролета.
Обычное расстояние между арками 6,00 м, что соответствует стандартному шагу колонн в цехах. Расчет оболочки обычно не производится, т. к. конструктивная толщина, указанная выше, превышает необходимые размеры, определяемые по условиям прочности и устойчивости. Толщину оболочки можно принимать по следующим данным:
| Расстояние между | |||||||
| арками в м | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| Толщина плиты в см | 5 | 6 | 6—7 | 7—8 | 7—8 | 8—9 | 8—9 |
При пролете арки, превышающем 30 м, следует добавлять на каждые 10 м пролета 1 см толщины оболочки. Арматура короткой оболочки принимается также конструктивно в количестве 0,5% в каждом направлении и представляет собой сетку из проволоки диам. 5 — 6 мм, расположенной под углом 45° к проекции арки. Расчет арок производится по обычным правилам строительной механики и теории железобетона, причем нагрузку от короткой оболочки следует принимать приложенной по закону параболы (рис. 6), заменяя последнюю для упрощения треугольником. Арочные покрытия кроме промышленных зданий с успехом применяются и для перекрытия больших пролетов (50 и более ж), ангаров, крытых рынков, выставочных павильонов и пр.
При круглом плане перекрываемого помещения ограждающая конструкция также может быть использована в качестве несущей, что дает значительный экономический эффект. К пространственным несущим оболочкам относятся в первую очередь купола вращения (рис. 7). Диаметр основания купола может иметь величину 8,0 — 60,0 м. При больших диаметрах для увеличения устойчивости оболочки вводятся ребра, направленные по меридианам и параллелям. В нижней части оболочка купола утолщается для образования опорного кольца, которое воспринимает растягивающие усилия от распора купола. Переход от тонкой оболочки купола (5,0 — 10,0 см) к более массивному кольцу следует выполнять постепенно во избежание возникновения значительных местных напряжений. С этой же целью, а также для уменьшения величины распора кривая поверхности купола в месте примыкания к опорному кольцу делается более рутой.
Такое изменение кривизны поверхности купола выполняется постепенно по переходной кривой.
Купола применяются в качестве покрытий подземных резервуаров, общественных зданий (вестибюли театров, крытые рынки, залы собраний, цирковые залы) и т. п. В последнее чвремя пространственные покрытия, где ограждающая конструкция совмещена с несущей, нашли применение также и для помещений с планом, отличным от круга. В частности прямоугольное в плане помещение при значительных расстояниях между колоннами могут быть перекрыто цилиндрическим сводом — оболочкой или складкой.
Очертание оболочки в поперечном направлении выполняется по кругу (часть окружности С центральным углом 60 — 180°), эллипсу или циклоиде. В продольном направлении оболочка может опираться на две или больше диафрагм, образуя один или несколько пролетов. Края оболочки иногда выполняются в виде консолей, выступающих за диафрагму. Перекрытие в целом состоит обычно из ряда сомкнутых бортовыми элементами оболочек, представляющих одно монолитное целое.
Пролеты в продольном направлении (расстояние между диафрагмами) принимаются равными 12 — 30 м. Пролет оболочки в поперечном направлении (расстояние между бортовыми элементами) составляет 5 — 15 м. Оболочка работает в основном на осевые усилия, подвергаясь изгибу главным образом в местах сопряжения с бортовыми элементами и диафрагмами. Бортовые элементы воспринимают растягивающие усилия. Диафрагма испытывает внецентренное сжатие или растяжение.
Нагрузка на диафрагму передается оболочкой через скалывающие напряжения, возникающие по плоскости примыкания. В соответствии с условиями работы цилиндрические свода-оболочки производится распределение арматуры. Основная арматура оболочки состоит из ординарной сетки параллельно диафрагмам и образующим свода либо под углом 45° к ним. В обоих случаях в местах найболыних главных растягивающих напряжений сетка усиливается дополнительной косой (под 45°) арматурой. В местах примыкания оболочки к бортовым элементам (рис. 8) устанавливают также верхнюю арматуру в виде коротышей для восприятие усилий от местных изгибающих моментов. Здесь рекомендуется устройство постепенного утолщения оболочки к бортовым элементам. Верхняя арматура должна быть установлена также в месте примыкания оболочки к диафрагме.
Складчатые покрытия родственны цилиндрическим оболочкам, но здесь криволинейная поверхность последних заменена системой плоских граней. Складчатое покрытие состоит из нескольких плит (граней), сопряженных монолитно вдоль общих ребер. Опорными элементами для складчатой конструкции служат торцевые диафрагмы.
Под влиянием внешней нагрузки и собственного веса элементы складчатого покрытия — грани — изгибаются, выходя из своих плоскостей. При этом опорами для граней служат ребра их пересечения, которые следует рассматривать как, упруго оседающие в виду возможности прогибов граней в их плоскостях.«Влияние этого фактора тем больше, чем больше отличается от 90° угол между гранями и чем менее жестки грани в своих плоскостях.
В продольном направлении грани работают как балки, связанные между собой по всей длине. Нагрузки на диафрагмы передаются скалывающими напряжениями. Армирование складчатых покрытий в поперечном направлении аналогично армированию неразрезных плит. При проектировании арматуры следует стремиться к предельной простоте, для чего рекомендуется применять самостоятельные стержни в пролете и на опоре, то есть не устраивать отгибов.
То же относится и к армированию в продольном направлении, где главные растягивающие напряжениям с успехом восприняты прямоугольной сеткой. Продольную арматуру сосредоточивают в значительной степени в ребрах.
Конструкция диафрагм оболочек и складчатых покрытий может быть весьма разнообразной в зависимости от действующих на них нагрузок, местных технологии, условий и архитектурных требований. Диафрагма осуществлена в виде сплошной стенки, охватывающей по высоте всю оболочку или только часть ее . Верхнее очертание диафрагмы как для цилиндрических оболочек, так и для складчатых систем часто следует очертанию покрытия.
Кроме перечисленных видов пространственных покрытий, где совмещаются функции ограждающей и несущей конструкции, получили распространение различного типа сочетания и усовершенствования таковых, дающие возможность перекрывать значительные пролеты при плане любой формы.
Здесь следует упомянуть конструкцию в виде волнисто-складчатого свода,примененную Э. Фрейсине при постройке элинга в Орли (Франция), свод которого опирается непосредственно на фундаменты и благодаря своему развитому поперечному сечению в виде складчатой системы (рис. 1) обладает весьма большой жесткостью при пролете 70 м, а также перекрытие зрительного зала театра в Новосибирске, имеющего в плане форму окружности е отсеченным сегментом.
Покрытие осуществлено проф. П. Пастернаком в виде сплошного железобетонного купола толщиной всего 8 см. Отсеченная часть сферы поддерживается железобетонной аркой, являющейся порталом сцены.
Отношение толщины купола к его диаметру составляет всего 1 : 750. Для покрытий над прямоугольными в плане помещениями с относительно небольшими пролетами (расстояния между стенками или колоннами) применяют шатровую конструкцию. Пролет такого покрытия может достигать 12 — 46 м.
При значительно больших пролетах возможно применение оболочек двоякой кривизны (рис. 2). Двойная кривизна может быть придана также цилиндрическим оболочкам (рис. 3), что дает возможность перекрывать значительно большие пролеты. Интересна конструкция железобетонного покрытия цеха шедового типа в виде оболочек толщиной 4—5 см, диафрагмами для которых служат рамы с ломаными ригелями.
Такое покрытие, создавая хорошие условия освещения производственных помещений, требует сравнительно небольшого расхода материалов.
