ВИСЯЧИЕ И ВАНТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. Висячими называются стальные конструкции, в которых несущие конструкции работают в основном на растяжение

Висячими называются стальные конструкции, в которых несущие конструкции работают в основном на растяжение.

В качестве несущих элементов используются канаты из стальной проволоки, реже круглая или полосовая сталь, стальные листы (мембраны), а также прокатные профили (жесткие нити), которые кроме растяжения могут воспринимать изгибающие усилия.

Вантовые (подвесные) конструкции отличаются от висячих тем, что помимо растянутых нитей в покрытии имеются жёсткие элементы, работающие на изгиб, на которые укладываются ограждающие конструкции, включающие настил и элементы кровли.

Висячие и вантовые конструкции позволяют перекрывать пролёты более 200 м, однако обычно диапазон перекрываемых пролётов составляет 50…150 м.

К достоинствам висячих и вантовых конструкций относится:

- эффективное использование в растянутых элементах всей площади сечения при восприятии нагрузок, поэтому применение высокопрочных сталей позволяет существенно уменьшить расход стали;

- при монтаже, как правило, не требуется устройство лесов, подмостей, что облегчает процесс возведения покрытия;

- хорошая транспортабельность, поскольку гибкие канаты, ленты могут быть свернуты в бухты, рулоны;

- возможность перекрытия больших пролётов, при этом с увеличением пролёта эффективность по отношению к другим вариантам покрытий возрастает;

- разнообразие конструктивных форм покрытий обеспечивает вариативность архитектурно-композиционных решений;

- благоприятные в большинстве случаев условия акустики, видимости,

освещения.

К недостаткам висячих и вантовых конструкций относится:

- повышенная деформативность, в особенности висячих систем; где в большинстве случаев для стабилизации положения нитей требуется предварительное напряжение;

- необходимость устройства опорных контуров для восприятия распора несущих растянутых элементов;

- трудности (в отдельных случаях), в устройстве водоотвода.

Основные виды висячих конструкций: однопоясные покрытия; двухпоясные, в том числе тросовые фермы в виде тросовых сеток; мембранные.

Однопоясные висячие покрытия могут быть выполнены над помещением прямоугольной формы, в частном случае над квадратным в плане (рис. 8.1, а) или над круглым (иногда овальным) помещением (рис. 8.1, б). В последнем случае в середине помещения может быть установлена дополнительная опора, позволяющая увеличить размеры перекрываемых пролётов и обеспечивающая более удобное водоотведение с покрытия (рис. 8.1, г). В висячих покрытиях на прямоугольном (или квадратном) плане водоотвод обеспечивают постепенным увеличением стрелы провеса канатов от середины к торцам, создавая уклон кровли 1, 5…2%.

Восприятие распора канатов обеспечивается различными способами, в том числе с помощью оттяжек (рис. 8.1, а), пилонов, пристроек к зданию и т.д.

Функциональные или эстетические соображения приводят к ряду вариантов решений однопоясных покрытий с использованием промежуточных опор в виде арок или гибких нитей (рис. 8.2).

Расположение несущих канатов однопоясных висячих систем на круговом плане довольно разнообразно (рис. 8.3).

Стабилизация покрытия в однопоясных висячих конструкциях достигается путём использования железобетонных кровельных панелей,

замоноличиванием швов при временной пригрузке покрытия. Покрытие в целом представляет собой после твердения бетона в швах и снятия пригруза предварительно-напряженную железобетонную оболочку.

Величина провеса нитей однопоясных висячих покрытий: (L – пролёт); при использовании жестких нитей: ; для шатровых и воронкообразных покрытий: (R – радиус).

Двухпоясные висячие системы помимо несущих нитей (канатов) имеют стабилизирующие, соединенные с несущими посредством распорок либо растяжек. Основные схемы радиального расположения несущих и стабилизирующих нитей на круглом плане показаны на рис. 8.4. На рис. 8.4, а стабилизирующая нить расположена выше несущей, при чем обе нити закреплены в одном опорном контуре, что экономически целесообразно, однако наличие сжатых распорок вызывает неудобство при монтаже и требует использования жестких элементов с целью обеспечения устойчивости. Двояковогнутая схема расположения нитей (рис. 8.4, б) не имеет указанных недостатков, поскольку их соединение обеспечивается растяжками, однако наличие двух опорных контуров усложняет конструкцию покрытия. Многие недостатки двухпоясных систем удается избежать при использовании комбинированной выпукло-вогнутой системы покрытия (рис. 8.4, в), у которой несущий и стабилизирующий канаты пересекаются дважды. Есть примеры применения подобной схемы, когда удаётся найти конструктивные решения с одним опорным контуром. Частным случаем двухпоясных висячих систем являются тросовые формы, которые могут быть выполнены как для помещения, круглого в плане (рис. 8.4, г), так и для прямоугольного помещения (рис. 8.5).

Расположение нитей в висячем покрытии на круговом или прямоугольном плане может быть не только радиальным (рис. 8.6), при этом

больших изгибных усилий в круглом опорном контуре можно избежать, если равнодействующие усилия сходятся в центре. В прямоугольном опорном контуре для восприятия изгибных напряжений в горизонтальной плоскости должны быть предусмотрены либо балки (рис. 8.6, в, д), либо фермы

(рис. 8.6, г).

Стрелки провесов , причем для несущего троса несколько больше, чем для стабилизирующего.

Тросовые сетки имеют широкие возможности формообразования и при квалифицированном проектировании обладают определёнными архитектурными достоинствами. Примеры формообразования приведены на рис. 8.7.

Стенки провесов для несущих нитей в тросовых сетках ; стабилизирующих нитей .

Мембранные покрытия представляют собой однослойные сплошные покрытия, состоящие из листов или полос, раскроенных и соединенных так, что они образуют заранее заданную поверхность одинарной или двоякой кривизны. Мембранное покрытие сочетает в себе несущие и ограждающие функции, что является достоинством по отношению к другим видам висячих конструкций, однако большая поверхность открытого металла приводит к малой огнестойкости всего покрытия, а возможность коррозии вынуждает принимать толщину стального листа 4…5 мм, хотя по условию прочности часто достаточно 1…2 мм.

Основные виды мембранных покрытий приведены на рис. 8.8.

Цилиндрические мембраны (рис. 8.8, а) образуются рядом полотнищ, прикрепленным к противоположным сторонам опорного контура. Для сохранения формы при действии ветра необходим пригруз или другие способы стабилизации. Мембраны на круговом плане (рис. 8.8, б) или шатровые

 

покрытия (рис. 8.8, е) могут быть сравнительно пологими.

На рис. 8.8, г, д показаны возможности перекрытия прямоугольных или четырехугольных планов.

С целью избежания кинематических перемещений, особенно при действии ветрового отсоса принимаются специальные меры. Чаще всего используются радиально-расположенные стабилизирующие висячие фермы (рис. 8.12).

Стрелки провесов для мембранных покрытий на круглом плане: ;

на прямоугольном плане провесы такие же, как для висячих конструкций.

Вантовые подвесные конструкции состоят из растянутых прямолинейных несущих тросов, канатов и т.д. и жестких элементов, в том числе балок, стоек и т.д. Поскольку ванты прямолинейны, они могут быть выполнены из стержней, профилей полос…

Основные схемы подвесных конструкций представлены на рис. 8.10. Наиболее простое и распространенное покрытие – вантово-балочное, в котором балка жесткости поддерживается вантами в одной или нескольких точках. Наклонные ванты расходятся лучами из верхних точек пилонов или идут параллельно друг другу по схеме «арфа».

Углы наклона вант должны быть не менее 30⁰, в исключительных случаях до 25⁰.

Примеры применения висячих и вантовых конструкций приведены на рис. 8.10…8.22.

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Гиясов, А. Плоскостные и пространственные конструкции покрытий

зданий [Текст]: учеб. пособие / А. Гиясов - М.: АСВ, 2008. - 144с.

2. Дмитриев, Л.Г. Вантовые покрытия (расчёт и конструирование) [ Текст]/ Л.Г. Дмитриев, А.В. Касилов - 2-е изд, переработанное и доп. - Киев.: Будивильник, 1974. - 272 с.

3. Дыховичный, Ю.А. Пространственные составные конструкции [ Текст]/ Ю.А. Дыховичный, Э.З. Жуковский. М.: Высшая школа, 1989. - 288 с.

4. Голосов В.Н. Инженерные конструкции [Текст]: учеб. пособие

[ Текст]/ В.Н. Голосов, В.В. Ермолов, Н.В. Лебедева - М.: Архитектура-С, 2007. - 408 с.

5. Кирсанов, Н.М. Висячие и вантовые конструкции [ Текст]/ Н.М. Кирсанов- М.: Стройиздат, 1981. - 158 с.

6. Металлические конструкции [ Текст] / Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.; под ред. Ю.И. Кудишина. - 11-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. - 688 с.

7. Трофимов, В.И. Структурные конструкции[Текст]: исследование, расчёт и проектирование/ В.И. Трофимов, Г.Б. Бегун. - М.: Стройиздат, 1972. –

272с.

8. Тур, В.Н. Купольные конструкции: формообразование, расчёт, конструирование, повышение эффективности [Текст]: учеб. пособие./ - М.: АСВ, 2004. - 96 с.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ