3 РОЗРАХУНОК ПОХИЛИХ ОБОЛОНОК
ПОДВІЙНОЇ КРИВИЗНИ

Просторові покриття являють собою системи, що утворюються із тонкостінних оболонок (cover) і контурних конструкцій (бортових елементів, опорних кілець, діафрагм у вигляді балок, ферм, арок).

Просторові тонкостінні покриття особливо доцільні при будівництві промислових і цивільних будівель в умовах, коли потрібно перекривати приміщення великих розмірів (порядку 30×30 м і більше) без проміжних опор. Тим більше їх успішно використовують і при менших прогонах.

В таких просторових покриттях завдяки роботі конструкції в обох напрямках в плані досягається краще використання матеріалу, його суттєва економія – значно зменшується власна вага  порівняно з покриттями із плоских елементів (панелі для покрівель, ферми, балки, арки, підкроквяні конструкції). Оболонкам характерна завидна легкість при високій міцності і жорсткості. Пояснюється це тим, що навантаження урівноважується не лише за рахунок згину, але й завдяки виникненню в серединній поверхні оболонок нормальних і зсувних зусиль. Тут доцільно провести аналогію з арками. При раціональній осі арок в них виникають лише поздовжні сили (N), згинальний момент (М) та поперечні  сили (Q) дорівнюють нулю. Таким чином зовнішнє навантаження врівноважується лише поздовжніми силами N, що дає можливість суттєво облегшити конструкцію  порівняно з балкою, де зовнішнє навантаження сприймається за рахунок згину. Крім того, просторові оболонкові покриття мають особливу архітектурну виразність.

Highslide J
Рисунок 3.1.1 – Оболонки подвійної кривизни

Оболонка із залізобетону складається зі збірних елементів і обпирається на контурні ферми, арки або стіни (рис. 3.1.1). Основна частина оболонки працює на стиск, а значні розтяжні зусилля виникають тільки в кутових зонах.

По контуру оболонки укладають плити з потовщеними бортовими ребрами. Середні квадратні залізобетонні плити виготовляють товщиною 30-50 мм із діагональними ребрами висотою 200 мм. Якщо буде потреба, в плитах можуть бути улаштовані отвори для світлоаераційних пристроїв. Плити з'єднують між собою й з контурними фермами шляхом зварювання кінців арматури, випущеної із плит, і верхнього пояса ферми з наступним замонолічуванням швів.

Тонкостінні оболонки мають малу жорсткість на згин. Це приводить до того, що зовнішні навантаження в них сприймаються переважно нормальними силами ,  та зсувними силами S. Тому в більшості оболонок, завантажених загальними для покриття навантаженнями (власна вага, сніг), майже по всій області оболонки виникає безмоментний напружений стан. Повний напружений стан виникає лише в окремих зонах, де спостерігається помітне скривлення серединної поверхні оболонки. Таке скривлення спостерігається в місцях прилягання оболонки до контурних конструкцій, в місцях різкої чи стрибкоподібної зміни навантаження, в місцях різкої чи стрибкоподібної зміни кривизни поверхні, а також в зонах прикладання місцевих навантажень (зосереджених на малих площах).

Теорія розрахунку оболонок є одним із напрямків теорії пружності, що інтенсивно розвивається. В першу чергу це пов’язано з високою економічністю цих конструкцій та з розширенням області їх застосування. Експериментальними дослідженнями встановлено, що просторові покриття з використанням оболонок в початковій стадії навантаження деформуються пружно. Їх робота в пружній стадії добре вивчена. Дослідження їх роботи в непружній стадії та в стадії граничної рівноваги є перспективними, оскільки дозволять підняти надійність та економічність цих конструкцій. Контурні конструкції розраховуються за загальними правилами будівельної механіки на зусилля, що передаються на них від оболонки.

Оболонка як елемент має суттєві переваги завдяки відносно малій вазі, здатності чинити опір великим навантаженням, поєднувати властивості функціональні та властивості несучої конструкції. Але необхідність попереднього засвоєння досить складного та громіздкого математичного апарату створює значні труднощі при вивченні методів розрахунку оболонок. Дуже численна література, присвячена питанням загальної теорії і методам розрахунку оболонок різної форми, потребує часу незрівнянно більшого  порівняно з відведеним згідно з навчальними планами.