Тектоніка висячих просторових конструкцій

Вантові| висячі покриття. Склад і послідовність виконання процесів монтажу вантових| покриттів залежить від їх конструктивної схеми. Провідним і найбільш складним процесом є|з'являється,являється| монтаж вантової| мережі|сіті|.

Конструкція висячого покриття з|із| системою ортогональних вантів, що є різновидом залізобетонної оболонки, складається з монолітного залізобетонного опорного контура, закріпленої на опорному контурі вантової| мережі|сіті|, яка заздалегідь напружується, і збірних залізобетонних плит, укладених по вантовій| мережі|сіті|. Після|потім| проектного натягнення вантової мережі|сіті| і замонолічування| швів між плитами і вантами оболонка працює як єдина монолітна конструкція.

Вантова| мережа|сіть| складається з систем повздовжніх і поперечних вантів. Їх розташовують за головними напрямами|направленнях| поверхні оболонки під прямим кутом один до одного. Ванти в опорному контурі закріплюють за допомогою анкерів, що складаються з гільзи і клинів, які утримують|обтискаються| кінці кожного канату (рис. 1.45).

Вантові| висячі металеві конструкції складаються з несучих прольотних елементів у вигляді сталевих вант і залізобетонних опорних частин, що сприймають їх реакції (розпір)|часток|. У деяких конструктивних формах застосовуються також елементи, що передають розпір, а саме відтяжки і розпірки.

Ванти — несучі елементи стрижневого|стержневого| типу (троси, канати, гнучкі стрижні|стержні|, пучки високоміцного дроту, стрічки тощо), що працюють в основному на розтягування. Вантові| висячі металеві конструкції застосовуються у висячих мостах, покриттях будівель і споруд|споруджень|, трубопровідних переходах, підвісних канатних дорогах, повітряних лініях електропередачі, кранах кабелю тощо.

Їх перевагою|чеснотою,достоїнством| є|з'являється,являється| те, що робота пролітного елемента на розтягування дозволяє максимально використовувати розрахун-ковий опір високоміцних сталей|, перекриваючи великі прольоти при відносно невисокій витраті матеріалів, а недоліком —|нестачею| підвищена деформативность| і кінематична піддатливість.

Стабілізація конструкції досягається:

– попередньою напругою|напруженням| вантів, здійснюваною домкратами, електротермічним методом тощо;

 

 

 

– застосуванням|вживанням| конструктивних форм підвищеної жорсткості (заздалегідь напружених двохпоясних систем, вантових| ферм тощо);

– використанням гнучких прольотних елементів, що мають разом з|поряд з,поряд із| осьовою також і вигинисту жорсткість;

– попередньою напругою|напруженням| опорного контуру.

Вантові| висячі металеві конструкції є|з'являються,являються| системами розпорів. Розпір висячого елементу може передаватися безпосередньо до фундаментів (розімкнений опорний контур) або сприйматися на рівні покриття опорними конструкціями (замкнутий опорний контур). Вантові| висячі металеві конструкції можна розділити на дві групи: площинні і просторові, кожна з яких включає наступні|слідуючі| конструктивні форми:

Площинні:

– однопоясні, що складаються з паралельно розташованих|схильних| вантів (вантових| ферм), верхні кінці яких закріплені до оголовків| вертикальних пілонів|, звідки розпір за допомогою похилих відтяжок, передається на фундаменти. Застосовуються у висячих мостах і у висячих прольотах площинних каркасів будівель;

– вантово-балкові системи, що складаються з вантів, до яких по довжині підвішені балки жорсткості. У цю систему включаються також бічні|бокові| розпірки, що передають горизонтальну складову розпору на балку жорсткості; при цьому вертикальна складова передається на фундаменти вертикальними відтяжками. До вантово-балкових відносяться системи, що складаються з консольних балок (ферм), підвішених на вантах до анкерних елементів. Вантово-балкові висячі металеві конструкції застосовуються в площинних прольотних каркасах будівель і споруд|споруджень|, висячих мостах, а останній тип — в покриттях ангарів літаків;

– двохпоясні, заздалегідь напружені системи складаються з несучих і стабілізуючих вант, в яких стабілізуючий опуклий|випуклий| вант може розташовуватися в трьох варіантах — над несучим увігнутим|угнутим|; під увігнутим|угнутим| несучим; перетинатися з|із| ним.

Перехідною від площинної просторовою конструктивною формою є|з'являються,являються| однопоясні вантові| висячі металеві конструкції на круглому або овальному плані, що складаються з радіальної системи вантів, закріплених кінцями в зовнішньому стисло-зігнутому і внутрішніх розтягнуто-зігнутих опорних кільцях з|із| утворенням увігнутої|угнутої| або шатрової форми покриттів будівель і споруд|споруджень|.

При доданні|застосуванні| асиметричного вертикального навантаження і круговому плані покриття обидва опорні кільця працюють безмоментно| (внутрішнє кільце тільки|лише| розтягнуто, а зовнішнє тільки|лише| стисло), що найекономічніше за витратами матеріалу. Ванти, що входять в радіальну сітку, можуть бути однопоясними або двохпоясними і розташовуватися відповідно до трьох розглянутих|розгледіти| вище варіантів.

Геометрична форма радіальної вантової| системи залежить від рівня розташування внутрішнього опорного кільця:

– увігнута|угнута| (чашоподібна форма) — при розміщенні внутрішнього опорного кільця нижче за рівень зовнішнього;

– шатрова (подвійної кривизни) — при розміщенні внутрішнього кільця на центральній опорі вище за зовнішнє і провисаючих (увігнутих|угнутих|) вантів;

– конічна — в тому ж випадку, але|та| при натягнутих вантах.

Просторові вантові| висячі металеві конструкції. Є гнучкі мережі|сіті|, утворені перетином вантів, кінці яких закріплені в опорному контурі. Залежно від схеми, вони діляться на:

– ортогональні;

– радіально-кільцеві;

– косокутні.

Ортогональна вантова| мережа|сіть| складається з вантів, що перетинаються під прямим кутом, для отримання|надання| необхідної жорсткості їй звичайно додається|наділяється,надається| попередня напруга|напруження|. Вона застосовується при круговому, овальному, прямокутному, квадратному планах.

Найбільш ефективною є гіперболічна парабола, ортогональна сітка якої складається з несучих увігнутих|угнутих| і напружуючих опуклих|випуклих| вантів (тих і інших, обкреслених по квадратній параболі) і розташованих|схильних| на однакових відстанях один від одного. При застосуванні|вживанні| заздалегідь напружених ортогональних сіток на круговому плані створюється розтягнута поверхня позитивної гаусової| кривизни. При рівномірно розподіленому навантаженні зовнішнє опорне кільце працює безмоментно.

Як приклад, можна навести принципову схему основного несучого каркасу і радіально-вантового| покриття будівлі Палацу спорту «Ювілейний» в Санкт-Петербурзі (рис. 1.46).

У прямокутному (квадратному) контурі для досягнення його безвигинності| використовуються криволінійні троси-підбори, які сприймають розпір ортогональної вантової мережі|сіті| і передають його в кути|роги,кутки| контурної рами.

Радіально-кільцева вантова| мережа|сіть| складається з радіальних (закріплених по кінцях у внутрішньому і зовнішньому кільцях) вантів і працюючих спільно з|із| ними кільцевих елементів; їх конструктивна форма аналогічна радіальним вантовим| системам. Косокутна мережа|сіть| утворюється перетином вантів під кутами|рогами,кутками|, що відрізняються від прямого. Розрахунковою схемою одиничного|поодинокого| гнучкого ванта є|з'являється,являється| працююча на розтягування гнучка нитка, під якою мається на увазі стрижень|стержень| із|із| критично малою жорсткістю.

Таким чином, під гнучким мається на увазі вант, вигинистою жорсткістю якого (як і вигинаючими моментами) можна нехтувати. |крихта,малість| Для розрахунку таких вантів застосовується теорія гнучких ниток. Слід враховувати, що при створенні|створінні| в гнучких вантах попередньої напруги,|напруження| вони здатні|здібні| разом з|поряд з,поряд із| розтягуванням сприймати стиснення|стискування|.

 

Існують так звані «жорсткі» ванти, у|в,біля| яких вигиниста жорсткість така, що обумовлені нею напруги|напруження| від вигину|згину| складають більше 5% від зусилля розтягування. Ці ванти працюють за схемою розтягнуто-зігнутого стрижня|стержня|, при якій максимальні напруги|напруження| в елементі визначаються сумою розтягуючих і вигинистих напруг від вигину|згину|.

Для розрахунку просторових вантових| конструкцій використовується теорія вантових| мереж|сітей|.

Найчастіше для вантів застосовуються сталеві, виті з|із| високоміцного дроту канати закритого|зачиненого| типу, які оцинковуються для підвищення корозійної стійкості. Розрахунковий опір канатів приймається рівним 60% від середнього розривного зусилля, що визначається відношенням|ставленням| розривного зусилля до площі|майдану| перетину всіх дротів у канаті. Залежно від конструкції канату (одно-| або багатопрядний)| модуль пружності заздалегідь витягнутих сталевих канатів також коливається|вагається| в певних межах. Модуль пружності канатів, що не пройшли|минули,спливли| попередньої витяжки|витягу|, приймається рівним 80% від величини модулів пружності заздалегідь витягнутих канатів.

У процесі експлуатації (особливо в її перші роки) при незмінному навантаженні в канатах виникають подовження|видовження| (повзучість), обумовлені, як правило, конструкцією і геометрією вантової| системи. Величина деформаційної повзучості оцінюється близько 0,04-0,06% від величини пружної деформації. Доцільно передбачати пристрої|устрої|, що дозволяють підтягати|підтягувати| канати під навантаженням.

Для передачі на канат зусиль розтягування на його кінцях влаштовуються сталеві анкери, які можуть бути двох типів —склянкові або клинові. Склянкові анкери — можуть бути виконані з|із| конічною або циліндровою внутрішньою порожниною. Кінець каната заводиться в стакан|склянку| через отвір в його торцевій стінці; потім стакан|склянку| заливають кольоровим сплавом (зазвичай|звичне| це сплав цинку з|із| алюмінієм або міддю ЦАМ|).

Жорсткі ванти звичайно застосовуються у формі висячих великих ферм. Вантові| висячі металеві конструкції раніше всього почали|розпочали,зачали| застосовуватися в мостах у XIX ст. Найвищим досягненням в мостобудуванні був Бруклінський| міст в м. Нью-Йорку з|із| середнім прольотом 486,5 м (1870–1883 рр.).

У XX ст. почалося|розпочалося,зачалося| масове будівництво висячих мостів і до середини 30-х років досягло можливості перекриття дуже|дуже| великих прольотів, наприклад, міст через затоку Золоті Ворота в м. Сан-Франциско прольотом 1280 м (1937).

Застосування|вживання| вантових| висячих металевих конструкцій в покриттях будівель почалося|розпочалося,зачалося| в Росії в кінці|у кінці,наприкінці| XIX ст. В. Г. Шуховим — покриття ЦУМу в м. Москві (1813), чотири павільйони з|із| різним планом (прямокутний, овальний і круглий) і прольотами від 30 до 100 м. Серед найбільш значних вантових| висячих металевих конструкцій в покриттях, побудованих|споруджених| останнім часом, можна назвати|накликати| Олімпійський стадіон в м. Мюнхені (1972) (вантова| мережа|сіть|).

Палац спорту «Ювілейний» в м. Санкт-Петербурзі діаметром 93 м (1976). Аналогічні покриття за російськими проектами були побудовані|споруджені| в містах Берліні, Зулі (Німеччина|Германія|), Будапешті, Єревані і Баку, плавальний басейн в м. Москві (висячі ферми з|із| максимальним прольотом 104 м, 1980); універсальний спортивний зал в м. Алма-Ати (висячі ферми прольотом 67 м, 1993). Можна також назвати|накликати| велику кількість будівель|споруд| консольно-вантових| покриттів ангарів для літаків.

Пер­спективність створення стрижне-тросових систем перш за все полягає в тому, що при цьому зусилля розтягу сприймаються тросами, а зусилля стискання — стрижнями. У просторових системах робота кожної окремої частини та елементів взаємопов’язана і підпорядкована цілому.

Нові інженерні рішення передбачають тектонічне поєднання різних конструктивно-просторових систем у архітектурній композиції. Серед таких комбінованих систем можна назвати споруди із жор­стким стрижнем, працюючим на стискання та вигин, та підві­шеними до нього на тросах перекриттями поверхів.

Тектонічні особливості вантових просторових конструкцій добре відображуються в інтер’єрі. В екс­тер`єрі слід виявляти роботу опорного контура, а також викори­стовувати прозорість скляних поверхонь.

На рис. 1.47 показано деякі варіанти вантових покриттів.