Основные виды несущих конструкций и особенности их работы

Базовые несущие элементы, соединенные в узлах, образуют несущие конструкции. Любую несущую конструкцию можно охарактеризовать по трем основным признакам: плоская или пространственная; безраспорная или распорная; сплошная или сквозная (решетчатая, сетчатая). В табл. 1.1 приведены примеры несущих конструкций.

Таблица 1.1

Примеры несущих конструкций

	Без распорные		Распорные
	сплошные	сквозные	сплошные	сквозные
Плоские
П ространственн ые
Пространственные

Плоская конструкция – это конструкция, основные несущие элементы которой лежат в одной плоскости и действие внешних сил также происходит в этой плоскости. Пространственная конструкция – это конструкция, работа которой происходит в трехмерном пространстве. Особенность работы плоской конструкции заключается в том, что она воспринимает нагрузки, приложенные только к самой конструкции и действующие только в се плоскости. Несущие системы сооружений, образованные плоскими конструкциями, нуждаются в установке дополнительных элементов – связей для обеспечения их пространственной неизменяемости. Достоинствами таких конструкций являются понятность их работы под нагрузкой, независимость от соседних конструкций, простота замены отдельной конструкции или ее ремонта. Типичными примерами плоских конструкций могут служить балки, фермы и рамы, широко используемые в строительстве. К пространственным конструкциям относятся перекрестно-стержневые системы, оболочки, купола, висячие конструкции. Такие конструкции имеют сложный пространственный механизм распределения и передачи нагрузок, зависящий от их формы. Правильно спроектированные пространственные конструкции могут обладать значительной прочностью и жесткостью при малом весе.

Распорные конструкции – это конструкции, имеющие несменяемые опоры. За счет этого при деформации конструкции под действием нагрузки возникает распор, который создает в конструкции продольные усилия. Жесткие распорные конструкции (арки, рамы, оболочки) отличаются пониженной деформативностью по сравнению с безраспорными, что позволяет уменьшать размеры сечений их элементов. В железобетонных и каменных конструкциях распор помогает предотвратить появление растягивающих усилий, которым эти материалы сопротивляются чрезвычайно плохо. Гибкие нити тоже являются распорными конструкциями, но в них, в отличие от жестких конструкций, от распора возникают растягивающие усилия. Безраспорные конструкции – балки, фермы, плиты – проектируют таким образом, чтобы их опоры позволяли малые смещения. В расчетных схемах такие опоры идеализируются подвижными шарнирами или стерженьковыми связями.

Сплошные (сплошностетатые) конструкции весьма разнообразны и могут быть как плоскими (стойки, балки, арки, рамы, стены), так и пространственными (оболочки, мембраны, мягкие оболочки). Сквозные {решетчатые, сетчатые) конструкции состоят из стержней, соединенных между собой в цельную плоскую или пространственную систему (конструкцию). При определенных условиях расположения узловых соединений элементы стержневой конструкции могут испытывать лишь продольные усилия растяжения-сжатия. Так, например, работают стержни плоских или пространственных ферм, стержневых плит (структур) или двухпоясных оболочек. Стержни однопоясных (односетчатых) конструкций, жестко соединенные в узлах, испытывают сложное сопротивление.

Применение сплошных (сплошностенчатых) и сквозных (решетчатых, сетчатых) конструкций тесно связано с материалом, из которого они изготавливаются. Деревянные и металлические конетрукции часто проектируются сквозными, так как базовым несущим элементом для них является стержень, например деревянный брус или прокатный стальной профиль. Особенности железобетона, напротив, делают его весьма удобным материалом для возведения тонкостенных сплошных пространственных конструкций.