АРХІТЕКТУРНО-БУДІВЕЛЬНІ КОНСТРУКЦІЇ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ ТОНКОСТІННИХ ОБОЛОНОК

В результаті вивчення даного розділу студент повинен:

знати

  • • досягнення сучасної архітектури в області проектування і будівництва великопрольотних просторових структур із залізобетону;
  • • способи зведення монолітних залізобетонних оболонок градирень;
  • • можливості залізобетону в архітектурі;
  • • основні нормативні документи для проектування будівель і споруд з монолітного, збірного і збірно-монолітного залізобетону;
  • • основні принципи конструювання із залізобетону;
  • • основні принципи складання збірно-монолітних оболонок;

вміти

  • • використовувати в реальному проектуванні знання фізико-механічних властивостей залізобетону;
  • • вибирати раціональну форму будівлі з декількох запропонованих варіантів, спираючись на знання картини розподілу внутрішніх силових факторів, технологічні та ергономічні вимоги до спорудження;
  • • орієнтуватися в існуючому потоці інформації по архітектурно-будівельним конструкціям і спорудженням різного призначення з монолітного, збірного і збірно-монолітного залізобетону;

володіти

  • • інформацією про останні досягнення будівельної науки стосовно залізобетонним архітектурно-будівельних конструкцій різного призначення;
  • • знанням про потреби сучасного суспільства в спорудах з монолітного, збірного і збірно-монолітного залізобетону;
  • • навичками проектування великопрольотних просторових конструкцій з монолітного, збірного і збірно-монолітного залізобетону.

Проектування, будівництво та архітектурно-будівельні конструкції залізобетонних градирень

Споруди в формі однопорожнинних гіперболоїдів обертання широко застосовуються у світовій будівельній практиці. Основною областю застосування таких форм є промислове будівництво. Поверхня однополостного гиперболоида обертання можна бачити в обрисах витяжних веж градирень, водонапірних і радіотрансляційних веж, опор ліній електропередач. Тонкостінні оболонки зазначеного типу входять в конструкцію залізобетонних резервуарів для зберігання води, димових труб, складають основу композиції громадських будівель різного призначення.

Успішне використання гіперболічних оболонок обертання в будівництві обумовлено особливістю їх геометрії. Однопорожнинний гіперболоїд обертання є єдина лінійчата поверхню обертання загального виду, яка може вироджуватися в циліндр, конус або площину. Однопорожнинний гіперболоїд обертання може бути отриманий також шляхом обертання гіперболи, що задається формулою

зверненої опуклою стороною до осі обертання Oz (рис. 11.1, а) і розташованої в площині хOz. Гіпербола буде меридіаном цієї поверхні.

Однопорожнинний гіперболоїд обертання є двічі лінійчатої поверхнею. Через будь-яку точку поверхні проходять дві прямі, цілком лежать на цьому Гіперболоїд (рис. 11.1, б). Можливість лінійної побудови має велике практичне значення, так як це дозволяє оптимально розміщувати арматуру в монолітних залізобетонних оболонках.

Однопорожнинний гіперболоїд обертання

Мал. 11.1. Однопорожнинний гіперболоїд обертання

Однопорожнинний гіперболоїд обертання може бути заданий в неявній формі:

або в параметричної формі:

Якщо а = с, то гіперболоїд називається правильним.

Координатні лінії v (і = const) збігаються з одним сімейством прямих ліній, а лінії і є паралелями однополостного гиперболоида обертання.

На рис. 11.1, в гіперболоїд показаний з урахуванням верхніх знаків в параметричних рівняннях поверхні, а на рис. 11.1, г - з урахуванням нижніх знаків.

Є й інші форми завдання розглянутої поверхні. Наприклад, цю поверхню можна задати параметричними рівняннями

Координатні лінії r і β (паралелі і меридіани) - лінії головних кривизн.

Параметрична форма завдання поверхні

дає можливість також зобразити однопорожнинний гіперболоїд обертання в лініях головних кривизн я і β (паралелі і меридіани).

У Росії поява конструкцій в формі однопорожнинних гіперболоїдів обертання пов'язують з ім'ям видатного інженера В. Г. Шухова, який ще в 1896 р спроектував і здійснив покриття інженерно-будівельних павільйонів Всеросійської художньої та промислової виставки в Нижньому Новгороді. Просторова сітка цих поверхонь представляла собою поверхню однополостного гиперболоида, вона була виконана з взаємно перетинаються стрічок смугової сталі. Найбільш повною роботою з історії розвитку гіперболоїдних конструкцій у вітчизняному будівництві є монографія І. А. Петропавлівської [2] з 684 найменуваннями бібліографії. У цій книзі розглянуті факти історії їх застосування, представлений аналіз процесу їх вдосконалення. В останні 80 років від первісної циліндричної форми градирень перейшли до єдиної технологічно доцільною формі - однополостного Гіперболоїд обертання. За період з 1923 по 2000 р тільки організаціями тресту "Центроспецстрой" було побудовано 580 градирень.

У 1950-1960 рр. в нашій країні набули найбільшого поширення гіперболічні градирні з монолітної залізобетонної вежею, що зводяться за проектами інституту "Теплоелектропроект" (рис. 11.2). Типова градирня має загальну висоту над рівнем землі 55,3 м; діаметр оболонки - по нижньому контуру 47,4 м, по верхньому краю 26,16 м, вище - 10 см. Площа, яку займає градирнею, - 2150 м2. Раскоснимі залізобетонна решітка башти складається з 36 елементів восьмигранного перетину. Вони виконувалися в збірному залізобетоні у вигляді окремих колон. У верхній частині решітки влаштовувалося опорне кільце з монолітного залізобетону, в якому зашпаровують арматура збірних елементів решітки. У верхній частині оболонки влаштовувалося кільце жорсткості. Оболонка виконувалася з бетону марки 200 на портландцементі марки 400-500.

У 1983 р Всесоюзний інститут "Оргенергострой" склав "Збірник тимчасових відомчих техніко-економічних показників по спорудженню баштових каркасно-обшивних і монолітних градирень", в який включені показники за всіма основним

Гіперболічна градирня висотою 55,3 м

Мал. 11.2. Гіперболічна градирня висотою 55,3 м:

1 - водопідвідний напірний канал; 2 - розподільний стояк з резервуаром; 3 - сходи; 4 - водорозподільний басейн; 5 - водопідвідний канал; 6 - стійки під зрошувач; 7 - розподільні жолоби; 8 - зрошувальні жолоби; 9 - витяжна вежа; 10 - співпрацівники колонада під вежею; 11 - кільцевої фундамент; 12 - опорне кільце; 13 - верхнє кільце жорсткості; 14 - розділова стінка

вим видам робіт. Збірник призначений для перспективного і оперативного планування, а також матеріально-технічного постачання споруджуваних градирень. У збірнику розглядаються гіперболічні градирні з металевими каркасно-обшивних витяжними вежами з площею зрошення 2600 м2 (висота 72 м) і 3200 м2 (висота 81 м). Для створення показників по градирень з монолітної залізобетонної витяжної вежею основою послужили фактичні дані, зібрані інститутом "Оргенергострой" за період 1976-1981 рр. У збірнику розглядаються гіперболічні градирні з монолітної залізобетонної витяжної вежею з площею зрошення 1600 м2 (висота 55,3 м), 3200 м2 (висота 82 м), 7000 м2 (висота 130 м) і 10 000 м2 (висота 150 м).

До 2000 р будівництво залізобетонних монолітних гіперболічних баштових градирень для потреб енергетики здійснювалося ВПСМО "Союзгідроспецстрой". В даний час розроблені проекти градирень з площею зрошення 17 000 м2. В кінці 1980-х рр. були зведені гіперболічні градирні з площею зрошення 9500 м2 на Рівненській (рис. 11.3) і Чорнобильській АЕС (Україна), Зуївської ГРЕС-2 (Україна). Ці градирні мають загальну висоту 150 м, висота без урахування колонади - 140 м, зовнішній діаметр фундаменту - 124,1 м, діаметр верхнього краю - 65,8 м, зовнішній діаметр верхнього краю з урахуванням посилення - 74,9 м. Верхня частина оболонки має постійну товщину 20 см. Для оболонки застосовувався бетон марок М-300, Мрз-300, В-8. Робоча арматура класу А-Ш.

Добре відомі гіперболічні градирні Ново-Ангренского ГРЕС (Узбекистан, 1989 г.) висотою 130 м (рис. 11.4). Зовнішній діаметр залізобетонної оболонки на рівні опорного кільця дорівнює 100,25 м, діаметр верхнього краю - 63,56 м. Товщина нижнього опорного кільця - 97 см. Товщина оболонки від опорного кільця до позначки 80,00 змінюється від 90 до 16 см, а вище стає постійною і рівною 16 см.

Потокове будівництво комплексу градирень висотою 150 м на Рівненській АЕС.  Україна

Мал. 11.3. Поточное будівництво комплексу градирень висотою 150 м на Рівненській АЕС. Україна

Градирні Ново-Ангренского ГРЕС.  Узбекистан

Мал. 11.4. Градирні Ново-Ангренского ГРЕС. Узбекистан

Рівненська, Ново-Ангренская, Запорізька, Чорнобильська градирні були запроектовані Ленінградським відділенням інституту "Атоменергопроект", а обладнання - інститутом "Гідроспецпроект". Будував ці градирні через свої спеціалізовані управління ВО "Союзгідроспецстрой". При будівництві градирень Рівненської АЕС вперше в практиці будівництва градирень був застосований бетонораздаточние комплекс із застосуванням баштового крана і бетононасоса з роздачею бетону через вежу і стрілу крана по периметру споруди (рис. 11.5).

У Західній Європі гіперболічні градирні в системах технічного водопостачання великих ТЕЦ і АЕС почали споруджувати значно раніше, ніж в нашій країні. Уже в 1915 р голландські інженери Ітерсон і Куйпер побудували градірню висотою 35 м з витяжною баштою гіперболічної форми з монолітного залізобетону.

Градирня Doel III, побудована в Бельгії, має загальну висоту 167,45 м (рис. 11.6). Діаметр нижнього опорного кільця - 133,7 м, а діаметр верхнього краю - 83,74 м. Оболонка має два кільця жорсткості висотою 0,4 м і шириною 1,25 м.

Загальна висота залізобетонної градирні Mississippi I, була зведена в м Порт-Гібсон, США, становить 158,9 м (рис. 11.7). Оболонка має опорне кільце і верхнє кільце жорсткості з діаметрами

Бетонування опорного кільця градирні за допомогою бетонораздаточние комплексу (Рівненська АЕС)

Мал. 11.5. Бетонування опорного кільця градирні за допомогою бетонораздаточние комплексу (Рівненська АЕС)

Градирня Doel III висотою 167,45 м. Бельгія

Мал. 11.6. Градирня Doel III висотою 167,45 м. Бельгія

Градирня Mississippi I висотою 158,9 м. США

Мал. 11.7. Градирня Mississippi I висотою 158,9 м. США

Поперечний розріз кільця жорсткості градирні Mississippi I

Мал. 11.8. Поперечний розріз кільця жорсткості градирні Mississippi I

116,27 і 74,2 м відповідно. Ця градирня має також два кільця жорсткості висотою 0,4 м і шириною 1,22 м, які добре проглядаються на рис. 11.7. На рис. 11.8 наведено розріз по кільцю жорсткості. Роботи по влаштуванню кілець жорсткості на зовнішній поверхні оболонки 1 починалися з буріння отворів для болтів і заставних деталей, за допомогою яких подвешивались збірні залізобетонні коритоподібні елементи 3. Установка збірних елементів на проектної висоті велася за допомогою автомобільного крана. Після проведення контрольних випробувань встановлених збірних залізобетонних елементів в них встановлювалася арматура і укладався конструкційний бетон 2. Градирня Mississippi I була пошкоджена під час торнадо впав баштовим краном. В результаті цього оболонка в районі верхнього кільця жорсткості була зруйнована, а в районі нижнього кільця утворилися великі тріщини.

Градирня Isar II заввишки 165,5 м з діаметрами підстави і верхнього краю відповідно 145,4 і 86,5 м має три кільця жорсткості по висоті споруди. Верхнє кільце жорсткості має розміри b × h = 0,91 × 0,40 м, середнє - 1,40 × 0,40 м, нижня - 1,39 × 0,40 м.

У Польщі підприємством "Хлодній Комінове" побудовано кілька гіперболічних монолітних залізобетонних градирень висотою 132 м з діаметрами верхнього краю, горловини, опорного кільця оболонки і підстави відповідно 57,88; 55; 100 і 105,67 м. Мінімальна товщина оболонки - 14 см, максимальна - 6 см.

В даний час досягнута гранична висота залізобетонних градирень в 200 м.

Зростання габаритів градирень не зупинив навіть цілий ряд відбулися аварій і катастроф цих споруд. Відомий випадок одночасного руйнування трьох з восьми поруч стоять градирень висотою 114 м під час сильного вітру в м Феррібрідж (Великобританія) 1. листопада 1965 (рис. 11.9).

Найбільша катастрофа сталася па будівництві залізобетонної градирні в м Віллоу-Айленді (штат Західна Віргінія, США) - 27 квітень 1978 р тут обрушилася

Загальний вигляд градирень в м Феррібрідж після штормового вітру [2]

Мал. 11.9. Загальний вигляд градирень в м Феррібрідж після штормового вітру [2]

частина однієї з двох гіперболічних градирень ТЕЦ Плезент-Стейшн. Проектна висота градирень - 131 м, що обрушилася градирня була виведена до висоти 109,1 м. Експерти Національного бюро стандартів США es результаті досліджень підтвердили, що причиною катастрофи була передчасна передача будівельних навантажень на стінку оболонки, до того як бетою замоноліченими ярусу отримав достатню міцність для сприйняття цих навантажень.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >