Представленное здание - помещением первичного приема - является составной частью больничного комплекса, построенного раннее. Здание запроектировано архитектурным бюро Хайнле, Вишер и партнеры, инженерные расчеты выполнены бюро профессора Шлайха и Бергермана (оба бюро из Штутгарта) [99]. На стадии проектирования и производства работ были поставлены следующие задачи:
- - возможно короткие сроки выполнения работ с меньшим шумом и пылевыделением;
- - небольшая конструктивная высота, позволяющая обеспечить горизонтальную привязку к существующим здания комплекса;
- - универсальность и гибкость планировки помещений, большие расстояния между опорами, позволяющие осуществлять перепланировку;
- - хорошие условия монтажа технологического оборудования, гибкая схема размещения.
На рис. 4.6 показан общий вид госпиталя святой Катерины, на рис. 4.7 - поперечный разрез, на рис. 4.8 - план типового этажа.
Рис. 4.6. Общий вид здания госпиталя святой Катерины
214
Рис. 4.7. Поперечный разрез здания госпиталя
Рис. 4.8. План типового этажа
Каркас здания металлический, расстояние между колоннами 4,8мх9,6м. Помещения операционных залов имеют пролет 19,2 м. Плита перекрытия комплексная железобетонная, толщиной от 15 до 20 см. Высота этажа от 3,6 до 5.3 м.
215
Горизонтальные силовые воздействия от ветра и сейсмических нагрузок воспринимаются четырьмя железобетонными ядрами, расположенными в углах здания (рис. 4.8). В центре здания расположен большой зал, который пронизывает все верхние этажи. Покрытие зала светопрозрачное из стекла, в качестве несущих конструкций запроектированы предварительно напряженные фермы. Горизонтальные усилия от предварительного напряжения ферм передаются на рамы каркаса в уровне покрытия.
Все это позволило получить легкую, филигранную, по сути дела невидимую несущую конструкцию покрытия зала. Рассмотрим подробнее конструктивное решение стеклянного покрытия зала. Основными несущими конструкциями являются четыре предварительно напряженные фермы пролетом 19,2 м, установленные с шагом 4,8 м, максимальная высота - 2,54 м (рис. 4.9).
Верхний пояс - труба диаметром 133 мм., толщина стенки 12,5 мм., материал - сталь St 52-3. Стойки - труба диаметром 52x10 мм., материал - сталь St52-3.
Диагонали - спиральный канат открытого профиля диаметром 8 мм. (σвр=1570 Н/мм2), усилие предварительного напряжения 15 кН. Нижний пояс - спиральный канат открытого профиля диаметром 24 мм. (σвр=1570 Н/мм2), усилие предварительного напряжения НОкН. Прогоны - балки Виренделя из листа St 52-3, пролетом 4,8 м., установленные с шагом 2,4 м., высотой 37,5 см.
Поперечные балки на прогонах Т-образного профиля пролетом 2,4 м., установленные с шагом 1,2 м.
Рис. 4.9. Конструкции фермы и балки Виренделя
216
Остекление из солнцезащитного стекла.
Фермы, имеющие рыбообразный контур (рис. 4.9), в отличие от ферм с параллельными поясами, могут воспринимать распределенную нагрузку без участия диагоналей, что создает предпосылки для получения филигранной конструкции.
Если такая ферма предварительно напряжена и прикреплена к смежным конструкциям, то она может быть выполнена из канатов, при этом усилие предварительного напряжения верхнего пояса должно быть не менее величины сжимающих усилий от внешней нагрузки.
Для материалов верхнего пояса, способных воспринимать сжимающие усилия, изменяя величину усилия предварительного напряжения, можно получить желаемую величину сжимающих усилий в верхнем поясе от действия внешней нагрузки.
На рис. 4.10 иллюстрируется работа таких предварительно напряженных ферм, прикрепляемых к несмещаемым опорам, при узловом приложении равномерно распределенной нагрузки.
Рис. 4.10. Иллюстрация изменения усилий в предварительно напряженной тросовой ферме:
а) - тросовая ферма с канатными поясами равной жесткости; б) - тросовая ферма с верхним поясом, имеющим значительную жесткость при работе на сжатие.
Для тросовых ферм с канатными поясами жесткости, расстояние между которыми f и от оси до пояса z, после создания предварительного
217
напряжения и приложения внешней нагрузки верхний пояс воспринимает сжимающие воздействия в пределах усилия предварительного напряжения. Далее верхний пояс выключается из работы и всю нагрузку воспринимает нижний пояс с максимальной стрелкой провисания, равной f1 = z1/2 (рис. 4.10,а).
Если принять жесткость верхнего пояса из материала, способного работать на сжатие, значительно большей, чем нижнего, то после создания предварительного напряжения и приложения внешней нагрузки верхний пояс будет не только воспринимать нагрузку в пределах усилия предварительного напряжения, но и обладать несущей способностью при сжимающих воздействиях, пропорциональных стрелке выгиба f2=z2/2. Это позволяет регулировать усилие в поясах и их площади (рис.4.10,6).
Сравнения схем 4.10,а и 4.10,6 показывает, что усилия в поясах при действии внешней нагрузки в значительной мере зависят от соотношения жесткостей верхнего и нижнего поясов. Равные жесткости поясов соответствуют случаю 4.10,а. Многократное превышение жесткости верхнего пояса по отношению к нижнему соответствует случаю 4.10,6. Все промежуточные соотношения найдут отражение между двумя граничными значениями, приведенными выше. Указанные закономерности применимы для конструкций с несмещаемыми опорами.
Предварительное напряжение диагоналей создается для восприятия усилий при односторонней нагрузке.
Применение предварительного напряжения несущей конструкции стеклянного покрытия позволяет получить чрезвычайно изящную, малодеформируемую и почти невидимую ферму.
На рис 4.11 показана ферма в процессе монтажа, на рис. 4.12 отражено смонтированное покрытие в сборе.
Рис. 4.11. Предварительно напряженная ферма в процессе монтажа
218
Рис. 4.12. Смонтированное покрытие в сборе
219
