Общая характеристика висячих покрытий

висячий конструкция монтаж контур Висячими называются покрытия, в которых основные элементы несущей конструкции работают на растяжение. В большинстве висячих покрытий в качестве основного несущего элемента применяют стальной канат — трос, свитый из высокопрочной проволоки с временным сопротивлением разрыву 1200−1800 МПа и более. В случае использования канатов-тросов или арматурных стержней систему называют висячей с гибкими вантами. Если ванта выполнена из жестких стержней, например гнутых двутавров или ферм, то такую систему называют висячей с жесткими вантами или изгибно-жесткими элементами.

Висячие покрытия могут быть также в виде металлической или железобетонной предварительно напряженной оболочки. Металлические оболочки из листовой стали и алюминия называются мембранными конструкциями.

Идея применения гибкой нити для покрытий зданий впервые была предложена В. Г. Шуховым, которым в 1896 г. были запроектированы и построены четыре павильона на Всемирной выставке в Нижнем Новгороде рекордных по тому времени размеров — 30X70; 50Х 100 м и диаметром 68 м. Второе рождение висячие конструкции получили в 1953 г. после возведения в. США Рэлей-арены — седловидного сетчатого покрытия из тросов размером 92×97 м. С этого времени началось широкое применение висячих конструкций в зданиях и сооружениях различного назначения: спортивных и выставочных сооружениях, крытых рынках и универсальных залах, крупных гаражах, ангарах и эллингах, а также в универсальных зданиях промышленного назначения.

Достоинства висячих конструкций: наиболее полное использование несущей способности высокопрочных сталей, совмещение в одной конструкции несущих и ограждающих функций, благодаря которому дополнительно снижается масса покрытия, сейсмостойкость.

Конструкции с весьма малой массой способны перекрывать пролеты 40−300 м, а в мостовых конструкциях до 1000 м и более. С увеличением пролета эффективность висячих конструкций увеличивается.

Формообразующие способности висячих покрытий открывают возможности создания самых разнообразных архитектурно-конструктивных композиций зданий и сооружений, Благодаря малому весу висячие конструкции просты в транспортировке и монтаже, удобны и индустриальны в изготовлении.

Рис. 1 Работа гибкой нити

а — от собственной массы; б-д — от вертикальной нагрузки; е — от горизонтальной ветровой нагрузки Висячие системы являются распорными. Для погашения распора применяют мощные опорные конструкции в виде изогнутых колонн и пилонов (рис. 2; а, б), рам и конструкций трибун (рис. 2; в, г), оттяжек (рис. 2; д, е), а также замкнутых опорных контуров (рис. 3; м, н, ф, х), которые воспринимают большие усилия и требуют значительного расхода материала. Все эти устройства усложняют и удорожают висячие конструкции и в значительной мере снижают эффект от их применения.

К недостаткам висячих покрытий относят также их повышенную деформативность, являющуюся следствием пониженного модуля упругости высокопрочной стали Ј"(1,5−1,8)104 кН/смІ по сравнению с прокатной сталью, и кинематическую изменяемость системы от действия неравномерных нагрузок (рис. 1; б-е). Для уменьшения кинематических перемещений в висячих системах проектируют стабилизирующие устройства: при-груз весом более 1 кН/мІ (рис 3; а, б); предварительное напряжение несущего троса (вогнутого) стабилизирующим (выпуклым) с помощью распорок элементов (рис. 3; в, и, п-с). При проектировании висячих покрытий обращают внимание на отвод воды с покрытия и герметизацию кровли.

Рис 2 Виды опорных конструкций (а-е)

В зависимости от конструктивных форм, вида основного несущего элемента, способа стабилизации покрытия и других признаков висячие покрытия можно разделить на шесть групп (рис. 3). В свою очередь каждую группу в зависимости от взаимного расположения элементов в системе можно подразделить на подгруппы, имеющие свои особенности при проектировании.

Рис. 3.

I — однопоясные системы с гибкими или жесткими нитями; II — двухпоясные висячие системы; III — вантовые фермы; IV — седловидные сетки; V — комбинированные системы; VI — мембранные оболочки; а — пригруженная; б — висячая оболочка; в — изгибно-жёсткая; г — струнная; д — выпуклая; е — вогнутая; ж — выпукло-вогнутая; з — тросовая; и — тросовая с продольным распорным стержнем; к — тросовая с поперечными жёсткими распорками; л — сетка в виде гиперболического параболоида; м — сетка с несущей аркой; н — сетка с тросом-подбором; п — однопролётная; р — двухконсольная; с — одноконсольная; т — пригруженная; у — напряжённая тросовой фермой; ф — висячая; х — седловидная