Вантовая кровля – устройство, достоинства, особенности и недостатки

Содержание

Крыша "Волгоград Арены" будет в виде велосипедного колеса

Крупнейшую в России вантовую кровлю в форме велосипедного колеса смонтируют на строящейся к ЧМ-2018 арене в Волгограде. Строителям "Волгоград Арены" предстоит выполнить беспрецедентный объем работы. Аналогичная кровля установлена на стадионе в Краснодаре, но она значительно меньше.

Монтаж вантовой системы на главной арене Волгограда завершится в 2017 г. В настоящее время строители собирают временные опоры, на которые уложат несущие элементы кровли - стальные тросы и канаты.

Центр кровли будет включать два кольца диаметра 110 и 130 м, размещенных друг над другом. От них лучами разойдутся радиальные ванты, которые крепятся к компрессионному кольцу, расположенному по периметру арены на высоте 40 м. Кольцо общим весом 1370 тонн состоит из 44 равных элементов, которые опираются на несущие колонны и образуют прочное кольцо.

Вантовая система для стадиона в Волгограде изготовлена в Швейцарии, остальные металлоконструкции российского производства. Общая длина тросов, которые будут проходить по кольцевым и радиальным линиям, достигнет 7 км. После установки вантовой конструкции строители приступят к устройству мембранного покрытия кровли.

"Технологии, используемые при строительстве крыши "Волгоград Арены", можно с уверенностью назвать уникальными, – говорит директор проекта «Строительство стадиона в Волгограде» Сергей Камин. – Вантовые конструкции являются несущими элементами. Визуально это напоминает велосипедное колесо".

Во всем мире вантовые конструкции используют в регионах с небольшой снеговой нагрузкой. Использование подобного технологического решения позволяет снизить металлоемкость при строительстве объекта. При этом внешний вид кровли получается изящным.

На подъем собранной на земле системы потребуется несколько месяцев. Натяжение каждого из тросов специалисты будут корректировать с помощью специального оборудования.

 

Источник: v1.ru

sportengineering.ru

Стадион с вантовой кровлей: "Волгоград Арена"

Об уникальной кровле стадиона «Волгоград Арена» в рамках Международного Симпозиума «Текстильные крыши» — 2018 рассказал Иван Урошлев, генеральный директор ООО «Маффейс Инжиниринг». 

«Волгоград Арена» — футбольный стадион международного класса, построенный в Волгограде к чемпионату мира по футболу 2018 года. Сооружение возведено на месте бывшего Центрального стадиона, на берегу Волги у подножия Мамаева Кургана. «Волгоград — Арена» примет матчи Чемпионата мира по футболу-2018, после чего будет переименован в «Победу» и станет домашним стадионом футбольного клуба «Ротор»

Главной особенностью стадиона стала вантово-мембранная кровля, аналогов которой нет в России. Общая длина стальных тросов вантовой системы над трибунами болельщиков составляет около 7км, а сверху натянута эластичная мембрана площадью около 74000м2. Бело-голубая кровля выполнена из двух видов материала – полимерного материала ЭТФЭ для козырька над кромкой поля и для кровли над фойе, и девятислойной ПВХ-мембраны немецкого производства для основной части кровли.

Так как эта конструкция является уникальной, то для нее были разработаны специальные технические условия и особый план производства работ, включающий поэтапное возведение, начиная с фасада, который представляет собой металлическую решетку, спроектированную по принципу гиперболоида Шухова. Разработка проекта включала в себя обязательную продувку макета в аэродинамической трубе. Для поиска оптимальной формы оболочек был произведен расчет нагрузок и составлена расчетная модель. Каждый отдельный элемент конструкции — металлический профиль или вантовая ферма — были специально подобраны и проверены.

Каждая стадия монтажа была смоделирована в фирменной программе Maffeis для того чтобы оценить монтажные нагрузки на каждой стадии возведения. После того, как был готов фасад, начались работы по монтажу  кровли над фойе. Таким образом конструкция получилась замкнута снаружи и монтажники оказались готовы к следующему этапу — большого подъему тросовой системы.

Каждый трос вантовой фермы — а их было 88! — натягивался отдельно с помощью прядевых домкратов. После возведения всех металлических конструкций был начат монтаж мембранной оболочки.

Стоит упомянуть, что сначала концепция была другой. Предполагалось, что козырек над полем будет сделан из поликарбоната, а остальная часть кровли — из ПВХ-мембраны. Однако учитывая ряд особенностей поликарбоната и отрицательный опыт эксплуатации ранее построенных спортивных объектов, было решено отказаться от применения этого материала. В итоге в качестве материала для кровли над козырьком была предложена однослойная ЭТФЭ-мембрана. Материал имеет высокую прочность, устойчив к атмосферным воздействиям, а также способен самоочищаться – он не притягивает пыль, не впитывает влагу, а дождевая вода стекает каплями, одновременно очищая покрытие. Для комфорта зрителей применялась светопроницаемая мембрана белого и голубого цветов – она задерживает ультрафиолетовое излучение, не снижая общего уровня освещенности.  Срок службы такой кровли измеряется десятилетиями.

Боковые стороны крыши — прямые, а со стороны поля крыша имеет зигзагообразную форму. Это сделано для эффективного отвода воды и снега.

Что касается кровли над трибунами, то там решение осталось прежним. Чтобы придать мембране форму и сформировать двойную кривизну были использованы металлические арки, на которых мембрана закреплялась с помощью алюминиевого профиля. Интересно, что конструкция получилась подвижной, с диапазоном перемещений — около 1,5 м в вертикальном направлении!

Мембрана над фойе смонтирована по другому принципу. Она не закреплена, она свободно перемещается над жесткой металлоконструкцией. Так как изначально здесь был запланирован поликарбонат, кровля в этом месте должна была быть плоской, соответственно результаты продувки в аэродинамической трубе на уровне макета уже не годились. Специалистам компании Maffeis пришлось проводить дополнительные расчеты и моделировать продувку виртуально, с помощью специального программного обеспечения. Нагрузки для плоской кровли — только вертикальные, но так как вместо поликарбоната появилась мембрана, то за счет формы оболочки появилась и двойная кривизна и нагрузки стали как вертикальными, так и горизонтальными. Однако проблема заключалась в том, что металлические конструкции кровли были уже смонтированы… Для того, чтобы они смогли выдержать новые нагрузки, был разработан специальный вариант арок с затяжкой, которые крепились к прогонам, а не к фермам.  В процессе разработки 3D-модели каждая арка имела собственную форму и размер, не было типовой конструкции.

Рабочие вели параллельный монтаж кровли над трибунами и над фойе. Так как сроки поджимали, и была необходимость уже начать засевать футбольное поле, подконструкции для ЭТФЭ были впервые в истории смонтированы с помощью вертолета!

www.krovlirussia.ru

Крупнейшая в России вантовая кровля установлена на «Волгоград Арене» — Новости Волгограда и Волгоградской области

Процесс строительства снят на видео в ускоренном режиме.

   На стадионе «Волгоград Арена» завершился подъем вантовой кровли, сообщает «Волгоградская правда».  Это первый в России стадион на 45 000 зрительских мест с подобной кровлей.

    − На строительстве «Волгоград Арены» завершена большая веха, – сказал директор проекта Сергей Камин. – Вантовая система кровли встала в свое проектное положение над трибунами стадиона, верхняя отметка – 49,5. Он также отметил, что огромную помощь при подъеме кровли оказала французская строительная компания, которую специально пригласили для обмена опытом.

    – В проекте участвововала многонациональная команда инженеров из разных стран, а также специалисты из Волгограда, – пояснил руководитель шеф-монтажа Марк Гонтье. – Вантовая система «Волгоград Арены» отличается от других проектов, которые мы делали по всему миру, – кровля этого стадиона более массивная, более мощная, благодаря чему она гармонирует с величественным обликом самого стадиона. Подъем прошел очень успешно – на каждом из этапов мы с первого раза достигали результата, который соответствовал нашим расчетам. Во многом это стало возможным благодаря качественному выполнению подготовительного этапа, – рассказал Марк Гонтье. 

    Работы по возведению кровли осуществлялись в два этапа. Сначала были проведены подготовительные работы. Это монтаж временных конструкций, раскладка вант, сборка необходимых элементов, которые продолжались несколько месяцев. На втором этапе осуществили «большой подъем».

    − Вначале верхний ярус вант был поднят на высоту 27 метров, – рассказал Марк Гонтье. – Затем установили Г-консоли, после чего закрепили к ним нижний ярус вант, и за счет натяжения нижнего яруса мощная металлическая конструкция поднялась на проектную высоту.

    В процессе будущих работ на вантовой системе будет смонтирована крыша. Она будет представлять прочную и устойчивую к перепадам температур эластичную мембрану. В зоне фойе стадиона уже выполняется монтаж металлоконструкций, на которые и будет крепиться мембрана. Общая площадь крыши над трибунами и фойе стадиона составит 77 тысяч квадратных метров.

    Сейчас на территории стадиона работает больше 2000 тысяч человек. Продолжаются работы по установке технологического оборудования футбольного поля под трибунами, внутренняя отделка помещений стадиона, витражное остекление и монтаж навесных вентилируемых фасадов. Также осуществляется монтаж инженерных сетей и оборудования.

 

Светлана Балденкова

vv-34.ru

вантовая кровля - новости по ключевому слову

Подъем вантовой кровли на стадионе «Волгоград Арена» сняли с квадрокоптера

Видео «ювелирной работы» появилось в сети.

Как уже накануне сообщало ИА «Городские вести», в Волгограде  начался подъем вантовой кровли на стадионе «Волгоград Арена». По словам директора строительства Сергея Камина, это настоящая ювелирная работа.

Процесс подъема вантовой кровли мастер высотной съемки, автор проекта «Аэросъемка Волгоград» Денис Лукьянов снял при помощи квадрокоптера.

Нужно отметить, что с высоты птичьего полета вид стадиона еще более потрясает, к тому же, уже четко понятно, как будет выглядеть стадион после окончания строительства.

Добавим, что подъем кровли завершится до 30 июля. А к сентябрю планируется засеять газон.  

На стадионе «Волгоград Арена» началась ювелирная работа по подъему вантовой кровли

Общая протяженность вант составляет 12 километров.

На стадионе «Волгоград Арена» АО «Стройтрансгаз» приступило к подъему вантовой системы кровли.

Как сообщает ИА «Городские вести» со ссылкой на пресс-службу компании, вантовая система кровли волгоградского стадиона будет напоминать велосипедное колесо и располагаться над трибунами, оставляя поле открытым. Общая длина вант (стальных канатов) составляет 12 километров, а вес всей конструкции – около 2300 тонн.

Сейчас верхний ярус вантовой системы уже поднят на высоту 28 метров, установлены 44 г-консоли. После закрепления тросов верхнего яруса к компрессионному кольцу и переустановки гидравлического оборудования специалисты начнут подъем всей системы на нужную высоту – 49,5 метров.

читать полностью...

Волгоградские ветераны опробовали, как работает гидравлика стадиона «Волгоград Арены»

Застройщик чествовал 11 фронтовиков прямо на площадке стадиона.

На строящемся стадионе «Волгоград Арена» компания-застройщик поздравила ветеранов с Победой в Великой Отечественной войне. 11 фронтовиков собрались на площадке стадиона.

– Ветераны видели наш город разрушенным, потом они его отстояли и восстановили, а сейчас они хотят  видеть свой город, который будет по праву носить звание города-героя, – отметил председатель Волгоградского городского Совета ветеранов Великой Отечественной войны, труда, Вооруженных сил и правоохранительных органов Александр Струков. – Мы были здесь год назад, и стадион не узнать – он потрясающий. Мы гордимся, что на берегу Волги, у подножия Мамаева Кургана воздвигается такой уникальный объект.

Уже в скором времени на стадионе начнется подъем вантовой системы кровли, при этом подобный проект – уникален для России.

читать полностью...

На стадионе «Волгоград Арена» начался монтаж гидравлической системы для подъема вантовой кровли

Оно поможет поднять кровлю на 40 метров в высоту.

На стройплощадке стадиона «Волгоград Арена» начался монтаж спецоборудования, которое поможет поднять вантовую кровлю стадиона. Как сообщает ИА «Городские вести» со ссылкой на пресс-службу подрядной организации АО «Стройтрансгаз», на компрессионном кольце, которое расположено на высоте 40 метров, будут смонтированы 12 гидравлических маслостанций и маслопровод.  Подобное оборудование обеспечит нужное давление в домкратах, с помощью которых и будет выполнен поэтапный подъем вантовой кровли стадиона.

Параллельно с этой работой на стадионе продолжается монтаж укрупненных блоков ферм, которые соединят фасад и компрессионное кольцо, создав покрытие стадиона над зоной фойе.  Начаты отделочные работы в 7 из 11 зданий входных групп, оставшиеся четыре будут завершены до конца мая.  Продолжаются земляные работы вокруг стадиона.

На «Волгоград-Арене» ведется сборка элементов вантовой системы

С их помощью весной на стадионе возведут кровлю.

На стадионе «Волгоград-Арена» продолжаются работы по обустройству кровли футбольной арены. В настоящее время рабочие начали сборку элементов вантовой системы которая будет удерживать кровлю над трибунами болельщиков.

В отличии от большинства футбольных арен, несущие элементы вантовой кровли не массивные металлоконструкции, а прочные стальные канаты. Они формируют подобие велосипедного колеса с двумя контурами - внешним и внутренним - между которыми натянуты радиальные тросы - ванты. Они изготовлены из высокопрочной стали. Процесс установки вантовой кровли займет несколько месяцев.

- Сама вантовая система - это более 12 километров вант, то есть канатов, плюс сопрягающие элементы: куча оборудования , предназначенного для натяжения вант . - рассказал ИА «Городские вести» Сергей Камин, руководитель проекта строительства стадиона, - Это 2300 тонн и 12 тысяч метров погонных вант. Работы ведем по графику. Весной планируем первый подъем вантовой системы.

Подъем будет состоять из нескольких этапов:  корректировок натяжения каждого из тросов с помощью специального оборудования и программного обеспечения. Вантовая конструкция для «Волгоград Арены» производится в Швейцарии, поэтому ее установку контролируют иностранные специалисты. После установки кровли рабочие приступят к обустройству футбольного поля.

На стадионе «Волгоград Арена» началась сборка самой крупной в России вантовой системы

После этого начнется монтаж кровли.

Как сообщает пресс-служба компании «Стройтрансгаз», на стадионе «Волгоград Арена» началась сборка конструкций вантовой системы. У нашего стадиона будет самая крупная вантовая кровля в России. Во всем мире такие облегченные конструкции возводят только в тех регионах, где нет большой снеговой нагрузки.

Как пояснили ИА «Городские вести» в пресс-службе компании-застройщика, визуально вантовая система напоминает велосипедное колесо. Ванты или стальные тросы расходятся от центра крыши и поддерживают ее.

– От центра крыши «Волгоград Арены», состоящего из двух колец диаметром 110 и 130  метров, расположенных друг над другом, лучами разойдутся радиальные ванты, – рассказали в пресс-службе компании. – В натянутом состоянии их будет удерживать компрессионное кольцо, которое будет идти по периметру всего стадиона.

читать полностью...

gorvesti.ru

Вантовые конструкции - Справочник строительных материалов и терминов (В)

Вантовые конструкции представляют собой висячие покрытия, мосты, кровли и другие конструкции, которые основываются на сочетании работы твердых жестких опор и растяжении стержней/тросов из стали.

Подвесные перекрытия могут обладать любой геометрической формой и быть изготовленными из любых материалов.

Несущие ванты в подвесных покрытиях (в отличие от иных видов висячих покрытий) располагаются над поверхностью кровли.

В состав несущей системы подвесных покрытий входят ванты с наклонными либо вертикальными подвесками, несущие легкие балки или сами плиты покрытия. Ванты закрепляются на стойках, которые расчалены в поперечном и продольном направлении.

Несущие стойки в вантовых подвесных конструкциях могут быть расположены в один, два, либо в несколько рядов (в поперечном либо в продольном направлении). При обустройстве вантовых подвесных конструкций можно вместо оттяжек использовать консольные выносы покрытий, которые уравновешивают натяжение в вантах.

Ниже приведем некоторые примеры из практического строительства.

Впервые подвесное покрытие, кровля которого была изготовлена из прозрачной пластмассы, построили в 1949 году в Италии над одной из автобусных станций Милана. Наклонное покрытие было подвешено системой вант к наклонным несущим стойкам. Благодаря специальным оттяжкам, которые были прикреплены к краям покрытий, достигалось равновесие конструкции.

Подвесное покрытие, созданное над олимпийским стадионом в США (Скво-велли).Вместимость стадиона составляет 8 000 зрителей. Его размеры в плане составляют 94,82м х 70,80м. Подвесное покрытие представлено восемью парами коробчатых наклонных балок переменного сечения, которые поддерживаются вантами. В свою очередь ванты поддерживаются двумя рядами стоек, установленных через 10м. Прогоны уложены по балкам, а по прогонам – плиты коробчатого сечения длиной 3,8м. Диаметр несущих вант (тросов) составляет 57м.

При осуществлении проекта подвесных конструкций важными задачами являются решение через кровлю узлов прохода подвесок и защита подвесок на открытом воздухе от коррозии. С этой целью рекомендуется использовать оцинкованные закрытого профиля канаты либо профильную сталь, которые являются доступными для профилактического осмотра и покраски (в целях предупреждения коррозии).

Справочник строительных материалов (В)
Справочник строительных материалов и терминов

www.gvozdem.ru

 

Раздвигающаяся вантовая крыша состоит из двух консольных частей - правой и левой, симметрично относительно поперечной оси объекта. Крыша содержит две пары V-образных пилонов 1, 13, ориентированных вершинами V-образных форм противоположно друг другу и размещенных противоположно (по продольной оси сооружения) снаружи периметра перекрываемого сооружения. Крыша содержит также две встречно ориентированные группы подвешенных к указанным пилонам 1, 13 на вантах 3 в точках (метках) 10 жестких балок 2 с закрепленным на них кровельным покрытием. Балки 2 расположены радиально (веером) пилонам 1, 13 и консольно оперты с каждой стороны сооружения на неподвижный каркас 4, выполненный для размещения в нем раздвижных блоков 8 крыши, размещенных с возможностью перемещения вдоль дополнительно установленных параллельных жестких балок 2, расположенным в средней части сооружения. Пилоны 1, 13 в каждой группе установлены наклонно друг другу и к горизонтальной плоскости, причем один пилон 13 размещен нижней (опорной) частью ближе к периметру сооружения с наклоном в сторону, противоположную последнему, а второй пилон 1 размещен нижней частью дальше от периметра сооружения с наклоном в сторону последнего, при этом стойки первого и стойки второго пилонов 1, 13 соединены горизонтальными оттяжками 6, в продольном направлении сооружения. В каждой группе первый пилон 13 обращен вершиной V-образной формы вверх, а второй пилон 1 - вниз. Первый пилон 13 установлен с наклоном 78°-82° к продольной оси перекрываемого объекта, а второй пилон 1-е наклоном 58°-62° к продольной оси перекрываемого объекта. В каждой паре стойки первого и второго пилонов 1, 13 соединены оттяжками 6, закрепленными на стойках хомутами 5, при этом стойки второго пилона 1 соединены между собой стабилизирующей распоркой 7. В результате создана конструкция крыши для помещения большого объема в трехмерном измерении над существующим, или проектируемым спортивным стадионом, или другим объектом, с возможностью открывания для доступа прямого солнечного света, например, для игрового поля стадиона с травяным покрытием, и закрывания для создания комфортного от непогоды помещения для зрителей.

Полезная модель относится к строительству, в частности к сооружениям с большими пролетами и раздвигающимися частями крыши, устраиваемой консольно над покрываемым крышей сооружением, и применяемое, напрмер, для стадионов, как уже существующих так и для вновь проектируемых, а также для крупных выставочных павильонов под особо крупно-габаритных экземпляров промышленности (самолетов, космических аппаратов, ракет и прочих достижений).

Известны конструкции вантовых перекрытий и раздвигающихся крыш, например, SU 672279, 744083, 1020540, 1232765, RU 22494, 73000, 74658, 2173751, 2187611, DE 10043130, 19912278, 3801586, JP 2002322830

Известны раздвигающиеся крыши над стадионами "Гелредом" в городе Арнем, Голландия, "Фелтис Арена" в Гельзенкирхен, Германия, "Юниверсити оф Финикс Стэдиум" в городе Глендейл, штат Аризона, США и в Японии (новый стадион "глаз") Строится стадион в Санкт-Петербурге, где крыша должна будет складываться гармошкой. Перекрытия всех стадионов выполнены по каркасной схеме, что не может служить аналогом заявленной полезной модели (Стадионы мира - Интернет, "Википедия").

Недостаток их конструкции заключается в ограниченной возможности их использования только для эксклюзивных (авторских) проектов, причем участок крыши раскрывается целиком, что влечет за собой (как показала практика) сбои в работе механизма раскрытия - закрытия.

Известно вантовое перекрытие, содержащее подвешенные к пилону на вантах блоки, собранные из ферм, в котором блоки расположены радиально пилону, который выполнен полым и установлен за пределами перекрываемого помещения, а каждый блок концом, обращенным в сторону пилона, консольно оперт на неподвижно закрепленный каркас перекрываемого помещения. Пилон выполнен в виде полой предварительно напряженной башни, блоки жестко скреплены с каркасом, фермы блоков выполнены из стальных трубчатых элементов (RU 73000).

Недостатком данной конструкции является необходимость размещения пилона в средней части сооружения, что ограничивает используемую полезную площадь.

Известна подвесная крыша, включающая ряд последовательно установленных на основаниях рам, каждая из которых образована парой обращенных навстречу друг другу и шарнирно соединенных стоек с ригелями под настил, связанными посредством несущих вант.

Недостаток известной подвесной крыши заключается в том, что для погашения горизонтальных усилий в несущих вантах используют оттяжки, требующие наличия большой свободной территории вокруг здания. Кроме того, такое устройство сложно в изготовлении и неудобно в эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является конструкция - стадион, включающий спортивно-зрелищную площадку, трибуны, колонны, трансформируемое покрытие из ограждающих секционных элементов, смонтированных с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей до смыкания ограждающих элементов, и привод, причем покрытие снабжено стационарным сетчатым несущим каркасом, содержащим опорный контур, ванты или арки, а ограждающие элементы смонтированы на несущем каркасе и имеют фиксаторы, устанавливаемые по контуру каждой секции ограждающего элемента для временного крепления их к сетчатому несущему каркасу. Опорный контур несущего каркаса выполнен в виде стержневых конструкций или опорный контур несущего каркаса выполнен в виде плоских конструкций или опорный контур выполнен в виде пространственной конструкции из неподвижных несущих трибун. При этом несущий каркас покрытия снабжен дефлектором, смонтированным на вантах или арках в центре каркаса с возможностью соединения с ограждающими секционными элементами (RU 2187611).

Недостатками данной конструкции являются сложность трансформируемого покрытия. Помимо большого количества дополнительных элементов (колонны, опорный контур, и прочее) выделяются два основных недостатка. При трансформации покрытия ограждающие секционные элементы в открытом положении остаются в вертикальной плоскости. При большой высоте секции, а также ширине, создается колоссальная площадь парусности, проблему которой, вероятнее всего, невозможно будет решить. Второй недостаток прототипа - относительно малая площадь покрытия, перекрываемого объекта. Такая конструкция возможно применима, но для ограниченного числа объектов с малыми размерами своего объема.

Технической задачей полезной модели является создание конструкции крыши для помещения большого объема в трехмерном измерении над существующим, или проектируемым спортивным стадионом, или другим объектом, с возможностью открывания для доступа прямого солнечного света, например, для игрового поля стадиона с травяным покрытием, и закрывания для создания комфортного от непогоды помещения для зрителей.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в том, что исключены горизонтальные составляющие нагрузки на раздвижные конструкции (подвижные блоки) крыши благодаря креплению всех вант с одной стороны к неподвижным жестким балкам, расположен

poleznayamodel.ru

Типы вантовых покрытий. Их свойства и особенности | Вантовые покрытия

Рассмотрим типы вантовых покрытий, одновременно классифицируя их по группам (рис. 1.5). При этом будем исходить из положения, что покрытие состоит из пролетной части и опорного контура, рассматриваемых во взаимосвязи. Основная задача в проектировании вантовых покрытий состоит в создании удовлетворительной поверхности и соответствующих бортовых конструкций. При таком подходе очертание покрытия в плане является производным и не всегда удовлетворяет планировочное решение. Процесс отыскания рациональной поверхности и соответствующего очертания опорного контура покрытия при исходном плане в общем случае представляет собой достаточно трудную задачу.

Первая группа признаков классификации пролетной части отражает форму покрытия в плане. План может быть очерчен прямыми, кривыми или комбинацией прямых и кривых линий. Начиная с простейших геометрических фигур (квадрат, прямоугольник, круг, овал и т. д.), план покрытия иногда имеет более сложное комбинированное очертание, найденное из условия функционального назначения здания.

Вторая группа признаков отражает геометрию поверхности, играющую важную роль в теории расчета вантовых сетей. • Одним из основных понятий в теории поверхностей являются понятия о кривизнах кривой и поверхности. Кривизна кривой в точке определяется как предел отношения угла между двумя соседними касательными, проведенными в двух смежных точках, к длине дуги между этими точками при стремлении ее к нулю, т. е.

Величину , обратную кривизне, называют радиусом

кривизны нити в той же точке.

Кривизна кривой в каждой точке равна кривизне соприкасающейся окружности и обратна величине радиуса этой окружности. Рассмотренную кривизну называют нормальной или первой в отличие от кривизны кручения, называемой второй. Кривизну кручения можно рассматривать как меру отклонения пространственной кривой от плоской.

 

Геометрические свойства поверхностей можно исследовать путем изучения кривизны их линий. В теории поверхностей доказывается, что в любой точке поверхности существует только два взаимно перпендикулярных направления, в которых нормальная кривизна в общем случае достигает соответственно наибольшего и наименьшего значений [17]. Исключение составляют точки закругления, так называемые омбилические, в которых кривизна остается одинаковой по всем направлениям и любые из этих направлений можно принять за главные. Например, все точки сферической поверхности являются омбилическими.

Когда говорится о линиях главных кривизн поверхности кг и &2, имеются в виду такие линии, направление которых в каждой точке совпадает с главными направлениями поверхности. Произведение главных кривизн в данной точке наиболее полно характеризует геометрию поверхности и называется гауссовой или полной кривизной поверхности, т. е.

Иногда при исследовании поверхностей пользуются понятием так называемой средней кривизны, которая определяется как полусумма главных кривизн в данной точке поверхности

Для характеристики поверхности вантовых покрытий пользуются в основном понятием гауссовой кривизны.

При К ~> 0 и К < 0 точки поверхностей являются соответственно эллиптическими и гиперболическими и принадлежат к поверхности положительной и отрицательной гауссовой кривизны. Во втором случае центры кривизн нормальных сечений, проходящих через данную точку, лежат на нормали с разных сторон поверхности.

Точки поверхности, в которых К = 0, являются в общем случае параболическими и принадлежат к поверхности нулевой гауссовой кривизны. Одно из главных направлений таких поверхностей не имеет кривизны, т. е. является прямолинейным: конус, цилиндр или их вырождение — плоскость.

Поверхности покрытия, имеющие одинаковые геометрические свойства на любом участке, условимся называть простыми поверхностями. Часто простые поверхности можно описать элементарными функциями.

Рассмотрим некоторые из них, наиболее часто используемые в вантовых покрытиях.

Из поверхностей переноса наибольший интерес представляют линейчатые поверхности торса (цилиндрические, конические), гиперболический (одна из разновидностей так называемых косых линейчатых поверхностей — коноидов) и эллиптический параболоиды.

Являясь поверхностью отрицательной гауссовой кривизны гиперболический параболоид образовывается параллельным перемещением образующей параболы вдоль направляющей (рис. 1.6).

При этом параметрические уравнения главных парабол имеют вид:

Уравнение гиперболического параболоида в декартовых координатах можно представить так:

Рис. 1.6. Поверхности вантовых покрытий в виде гиперболического (а) и эллиптического (б) параболоида: / — эллипс; 2 — главные параболы; 3 — гипербола; 4 — асимптоты.

Основные параметры р и д определяются для каждого конкретного случая в зависимости от пролетов и стрелок парабол. Поверхность гиперболического параболоида в пересечении с горизонтальной плоскостью 2 = 0 имеет два семейства прямых линий, описываемых следующими уравнениями:

Следовательно, поверхность является линейчатой и может быть образована движением прямых линий, соответственно параллельным асимптотам заданной горизонтальной гиперболы. Однако ли-нейчатость гиперболического параболоида косая и не дает возможности ему разворачиваться на плоскость.

Минимальные поверхности гиперболического параболоида получают во всех случаях, когда средняя кривизны ее Н равна нулю (главные кривизны кг и к2 отличаются только знаком). Асимптотические линии — линейчатые образующие в них взаимно перпендикулярны, так как являются биссектрисами прямых углов между главными направлениями.

Направлять нити вантовой сети, очерченной по поверхности гиперболического параболоида, можно по-разному, где граничными формами будут в одном случае прямолинейная, в другом — криволинейная.

Исходя из требования обеспечения необходимой жесткости и наименьших усилий рационально направлять нити по линиям главных кривизн поверхности. При этом достаточную жесткость можно достичь небольшими усилиями за счет натяжения вант одного направления (предварительное напряжение достигается здесь взаимным воздействием пересекающихся нитей). При применении сеток с нитями, направленными по линейчатым образующим, усилия предварительного натяжения необходимо прикладывать ко всем нитям, так как они между собой в работе не связаны. Такая сеть не имеет большой жесткости даже за счет предварительного натяжения.

Эллиптический параболоид является поверхностью положительной гауссовой кривизны и образовывается движением эллипса по главным параболам, причем эллипс при движении остается себе подобным (рис. 1.6). Когда параметры соответствующих главных парабол равны между собой, эллипс становится окружностью, а эллиптический параболоид параболоидом вращения. В вертикальных сечениях поверхности, параллельных плоскостям главных парабол, получаем семейства конгруэнтных парабол, т. е. таких, которые при наложении совпадают с соответствующими главными,

Эллиптический параболоид линейчатостью не обладает, так как в своей поверхности не содержит асимптотических линий. Требование направления нитей по линиям максимальных кривизн полностью относится и к поверхности элиптического параболоида.

Существуют вантовые покрытия, в которых простые поверхности являются элементарными составными ячейками с различной комбинацией их в плане. Такие поверхности условимся называть составными. Естественно они не описываются элементарными функциями и могут иметь переломы по линиям сопряжения простых поверхностей. В этом случае по линиям сопряжения необходимы какие-либо жесткие элементы, уравновешивающие напряженное состояние в месте разрыва кривизны. Составные поверхности могут быть и кусочно-гладкими, т. е. не иметь разрывов в кривизне поверхности, но состоять из отдельных участков.

Когда говорится о поверхности сети, то это еще не значит, что вантовая сеть всеми своими точками принадлежит последней. Реальная вантовая сеть образует пространственный многоугольник, вписываемый в расчетную поверхность. При этом некоторые аппликаты вершин такого многоугольника (узлы сети) могут и не совпадать с аппликатами непрерывной поверхности, описываемой аналитически.

Поверхности вантовых покрытий дополнительно можно условно разделить на пологие и непологие. К пологим относят такие покрытия, внутренняя геометрия которых с достаточной степенью точности для практических расчетов может отождествляться с геометрией на плоскости. В этом случае вводимая гипотеза о пологости дает погрешности, величины которых находятся в пределах точности наших сведений о реальных нагрузках, действующих на покрытие, характеристиках применяемых материалов и точности вычислений.

Третья группа признаков предлагаемой классификации предусматривает разделение вантовых покрытий в зависимости от структурных особенностей сети.

Под структурой вантовой сети будем подразумевать закон или характер расположения элементов сети-нитей по всей поверхности или на части ее. При этом необходимо учитывать направление элементов сети относительно инвариантных направлений поверхности и конфигурацию элементарных ячеек, получающихся в результате пересечения принятых направлений. Структура характеризует схему в топологическом отношении. Если закон образования структуры сети одинаков на всей поверхности, такую структуру принято называть регулярной. Могут быть различные нерегулярности в структуре сети. Тогда последняя носит название нерегулярной сети.

Байтовая сеть может быть образована одним, двумя, тремя и более семействами гибких нитей, каждое от одного параметра.

Наиболее простой сетью является сеть, образованная одиночными вантами, располагаемыми параллельно друг другу и подвешенными к опорному контуру. Она обладает высокой кинематической подвижностью и применяется в сетях, превращаемых в последующем в висячие железобетонные оболочки.

Поверхность покрытия, образованного одиночными вантами, может быть нулевой либо отличной от нуля кривизны. Последняя создается путем постепенного изменения стрелок провисания вант или за счет соответствующего очертания контура. При разных стрелках провеса цилиндрическая поверхность превращается в конои-дальную.

Байтовые покрытия с сетью из параллельных нитей могут применяться в исключительных случаях и лишь при очень большом собственном весе ограждающих конструкций. Вес покрытия должен быть таким, чтобы любая временная неравномерная нагрузка не вызывала значительных кинематических перемещений, и во всяком случае быть больше величины нагрузки, вызываемой отрицательным давлением ветра (отсосом). В противном случае жесткость должна быть обеспечена за счет предварительного напряжения, создаваемого путем замоноличивания швов между ограждающими плитами под временным пригрузом.

Кинематическую податливость отдельной нити можно уменьшить путем введения дополнительной нити и превращением системы из однослойной в двухслойную (двухпоясную). Без предварительного натяжения гибкие элементы вантовых ферм при сжатии выключаются из работы. Предварительное натяжение повышает жесткость ферм до пределов жесткости обычных и дает возможность гибким элементам воспринимать сжатие. Пояса ферм (несущий и напрягающий) могут быть связаны при помощи жестких распорок, гибких подвесок или одновременно распорок и подвесок или гибких раскосов (рис. I. 7, а).

Гибкая нить может быть элементом радиальных систем (рис. 1.7, б), образованных обычно на круглом опорном контуре и имеющих, как правило, поверхность вращения положительной гауссовой кривизны. Возможно применение центральной стойки, поддерживающей внутреннее растянутое опорное кольцо. Такая система имеет поверхность вращения отрицательной гауссовой кривизны и в литературе называется шатровой. Сравнение радиальных сетей с ортогональными при одинаковом очертании опорного контура и стрелах провисания показывает, что расход материала вант на единицу площади горизонтальной проекции на первую систему в полтора раза меньше, чем на вторую [28]. Такое явное преимущество радиальных систем служит залогом их широкого применения.

Аналогично вантовой сети из отдельных параллельных нитей, радиальные сети без предварительного напряжения являются геометрически изменяемыми и применяются как промежуточная стадия для создания висячих оболочек. Центральную стойку радиального покрытия шатрового типа жестко защемляют в фундаменте либо в месте нижней опоры предусматривают шарнир, тем самым превращая стойку в качающуюся. Такое решение применяют в том случае, когда хотят исключить работу центральной и контурных стоек на горизонтальные усилия от вантовой сети. В противном случае не обеспечивается самоуравновешенность системы в горизонтальной плоскости. Провес вант в шатровых покрытиях может быть различным.

Если ванты в месте примыкания к наружному контуру касатель-ны к горизонтальной плоскости, то вся нагрузка от покрытия передается на центральную опору. Контурные стойки в таком покрытии удобны для монтажа, обеспечивают устойчивость покрытия и могут быть заменены вертикальными или наклонными оттяжками (можно с предварительным натяжением).

Разновидности радиальных двухслойных покрытий представлены на рис. 1.7, в.

В связи с тем, что радиальные вантовые системы на круглом плане являются самоуравновешенными, неравномерности загружений при осесимметричной постоянной нагрузке существенного изменения в усилиях вант не дадут. Однако это положение не справедливо для радиальных вантовых двухпоясных систем с общим внутренним кольцом. Горизонтальные усилия от вант двух поясов, связанных в центре общим кольцом, не уравновешиваются наружными опорными контурами, которые стремятся сместиться относительно друг друга в горизонтальной плоскости. При этом наружные колонны и опорные контуры начинают работать на изгиб.

Для обеспечения общей пространственной жесткости двухпояс-ного радиального покрытия по кольцам в местах расположения распорок или подвесок предусматривают решетчатые связи в виде сплошной ленты. Расстояние между кольцевыми связями по радиусу покрытия принимается в пределах 1000—1200 г, где г — радиус инерции наименьшего по сечению ванта.

 

Рис. 1.7. Схемы вантовых покрытий:

а, б — из отдельных вант и ферм, расположенных соответственно параллельно и радиаль-но; в — радиально-кольцевое; г — радиально-складчатые системы Д. Яверта; д — радиальное на опорном контуре в виде одной и трех восходящих спиралей; е — радиальное с безизгибным опорным контуром.

Напрягающие и несущие ванты в радиальных системах располагаются попарно в одной вертикальной плоскости. В некоторых случаях ванты каждого слоя могут быть смещены на круговой шаг относительно друг к другу. В этом случае раскосы располагаются уже не в вертикальной плоскости, а с наклоном в кольцевом и в радиальном направлениях. При опирании плит ограждения на пояса системы образуется складчатое покрытие (рис. 1.7, г), получившее название системы Яверта [71 ].

При применении вантовой радиальной сети вогнутого типа возникают трудности с отводом атмосферных осадков с покрытия. Такие покрытия, как правило, имеют сложный внутренний водоотвод. Естественный водоотвод обеспечивает конструкция Байтового радиального покрытия, предложенного Г. П. Морозовым* (рис. 1.7,д). Опорный контур предлагается выполнить в виде восходящей одной или нескольких спиралей. В связи с тем, что опорный контур в любом случае получается разомкнутым, необходимы дополнительные конструктивные мероприятия, обеспечивающие нормальную его работу.

Круг и эллипс являются наиболее благоприятными фигурами для радиальных сетей. Однако такие очертания предопределяют форму здания, не всегда отвечающую его функциональному назначению. Конструкция радиального Байтового покрытия, предложенная Н. В. Никитиным**, обеспечивает изменение формы сооружения в плане при сохранении наивыгоднейшей формы опорного контура (рис. 1.7, е). Колонны сооружения размещают по контуру проектируемого сооружения. Радиальную систему вант подвешивают на опорное кольцо, вынесенное за контур сооружения и очерченное в плане в виде веревочного многоугольника системы сил, действующих от вант.

Устойчивость опорного кольца обеспечивается колоннами. Изменением угла наклона участка вант от колонн до опорного контура варьируют усилия, действующие на него.

С целью уменьшения количества типоразмеров элементов покрытия—железобетонных плит—радиальная вантовая сеть может быть выполнена с дополнительными параллельными вантами, отстоящими друг от друга в пределах каждого сектора на одинаковом расстоянии (рис. 1.8). Концы дополнительных вант соответственно закреплены на основных вантах и на опорном контуре. Данная схема ***, однако, обладает некоторыми недостатками: усложняется конструкция примыкания дополнительных вант к основным, однотипные узлы примыкания дополнительных вант к опорному контуру по конструктивному выполнению отличаются друг от друга при круговом очертании последнего.

Сети, полученные в результате пересечения двух семейств кривых, применяют для многих вантовых покрытий.

Легко представить себе радиально-кольцевое Байтовое покрытие шатрового типа (см. рис, 1.7, в). При перемещении центрального узла вверх сеть получит предварительное напряжение. Такое Байтовое покрытие имеет самостоятельное применение.

Экспериментальные исследования показывают [59], что кольцевые ванты необходимо применять и в висячих железобетонных оболочках шатрового типа. Радиально-кольцевую вантовую систему можно выполнить и двухслойной.

Перекрестные вантовые сети, образованные двумя семействами нитей, могут быть ортогональными и косоугольными. Ортогональные сети с пересекающимися под прямыми углами в плане нитями наиболее распространены.

Рис. 1.8. Покрытие ради-ально-параллельной системы (план).

Ванты в  ненапряженной ортогональной сети на плоском четырехугольном опорном контуре имеют очертания парабол различных кривизн, а некоторые участки поверхности — отрицательную кривизну (рис. 1.9, а).

В большинстве случаев ортогональные и косоугольные сети являются предварительно напряженными, имеют самостоятельное применение или используются для создания висячих оболочек. Одной из наиболее распространенных поверхностей, по которой очерчены предварительно напряженные ортогональные сети вантовых покрытий, является поверхность гиперболического параболоида. На рис. 1.9, б, в, г представлены ортогональные сети гиперболического параболоида на различных планах.

Связь формы поверхности в ортогональных сетях с очертанием опорного контура и структурой сети предопределяет неограниченное количество различных схем покрытий.

Поверхность ортогональной предварительно напряженной Байтовой сети на квадратном плане с полной симметрией очертания опорного контура состоит из четырех простых поверхностей, приближающихся в угловых зонах к гиперболическим параболоидам (рис. 1.9, д). Такая комбинация поверхностей обусловливает наличие сплощенных зон покрытия, в средней части его, и нитей, имеющих на отдельных участках кривизну разных знаков. Наличие сплощенных зон и нитей с различными знаками кривизн по длине ведет к понижению общей жесткости покрытия.

Такую поверхность можно улучшить введением по осям симметрии покрытия дополнительных вант, так называемых тросов жесткости, способных воспринимать горизонтальные натяжения от примыкающих вант. При горизонтальной связи в узлах пересечения сети с тросом жесткости (рис. 1.9, е) участки нитей, имеющие разные по знаку кривизны, могут иметь различные по величине усилия.

Несколько облегчают работу опорного контура тросы жесткости ортогональных вантовых сетей, направленные в углы его перелома

Рис. 1.9. Сети вантовых покрытий:

а — ортогональная на плоском контуре; б, в, г — ортогональная гиперболического параболоида соответственно на квадратном, круглом и ограниченном двумя кривыми плане; д — ортогональная на симметричном пространственном контуре; е — то же, с тросами жесткости; ж, э, и — ортогональная с тросами жесткости соответственно на квадратном, треугольном н шестиугольном планах.

(рис. 1.9, ж, з). Несущие ванты располагаются параллельно сторонам фигуры (треугольника, квадрата и др.) и всю основную нагрузку передают на тросы жесткости.

В вантовом покрытии на шестиугольном плане (рис. I. 9, и) трос жесткости является основным элементом, при помощи которого образуется косоугольная сеть (тросы жесткости направлены по трем главным диагоналям, а остальные ванты — параллельно им). Форма опорного контура дает возможность подвергнуть систему предварительному напряжению.

Пространственная жесткость ортогональных предварительно напряженных сетей обеспечивается вовлечением в работу всех вант также при действии несимметричных нагрузок. Повышение жесткости вантовой сети, помимо увеличения усилий предварительного напряжения, можно достигнуть путем осуществления ряда конструктивных мероприятий. В частности, в поверхности покрытия возможно устройство ферм жесткости, поясами которых будут являться смежные несущие или напрягающие ванты (рис. 1.10) *. Фермы жесткости при несимметричных нагрузках обеспечивают более эффективное включение в работу вант, расположенных в незагруженных участках покрытия. Учитывая, что фермы жесткости препятствуют горизонтальным смещениям узлов сети, которые при несимметричных загружениях, например при загру-жении полупролета, будут иметь наибольшие значения в средних узлах, их целесообразно располагать в средней зоне покрытия.

Необходимо обратить внимание Рис. 1.10. Ортогональная сеть по-на то, что трудности обеспечения вышенной жесткости, предварительного напряжения элементов решетки этих ферм могут существенно повлиять на практическую реализацию этого предложения. Необходим также дополнительный расчетный анализ, позволяющий установить количественную оценку повышения деформативности с учетом того, что фермы жесткости имеют криволинейное очертание и подвергаются явлению кручения.

Два направления вант являются минимально необходимыми для создания предварительного напряжения (при этом очертание опорного контура соответствует сети). Однако существуют вантовые сети, образованные тремя и более направлениями нитей.

Сеть с треугольными ячейками в принципе может быть образована на любой поверхности. Так, в гиперболическом параболоиде несущие тросы направляются вдоль линий главных кривизн, а напрягающие—' под углом 45° к несущему. В связи с тем, что на поверхности гиперболического параболоида невозможно существование правильных треугольников [17], узлы треугольной сети необходимо образовывать путем принудительного крепления. При этом ванты в плане получают не прямолинейное, а ломаное очертание. В таком покрытии напрягающие ванты, направленные не под прямым углом к несущим, выполняют свое назначение в том случае, когда они не совпадают с линейными образующими данной поверхности.

В противном случае эффект предварительного натяжения практически теряется.

Байтовая сеть с треугольной структурой обладает тем преимуществом, что ее элементарная треугольная ячейка является всегда плоской. Это дает возможность заполнять ячейки между вантами хрупкими материалами, например стеклопанелями.

Треугольная ячейка хорошо сочетается с шестиугольным планом. Очертания опорного контура позволяют обеспечить предварительное напряжение сети. Сеть шестиугольной структуры обладает особыми свойствами, о которых речь пойдет ниже.

Перечисленные структурные схемы Байтовых сетей классифицируются только с точки зрения конструктивных особенностей каждой и не так строго отражают особенности внутренней геометрии их, вытекающие из положений теории поверхностей. Понятие «Байтовая сеть» не всегда совпадает с математическим понятием «сеть на поверхности».

Сетью в теории поверхностей [17] называют два семейства кривых на поверхности, каждое из которых зависит от одного параметра.

Существует большое количество сетей, классифицируемых в теории поверхностей по типу внутренней геометрии и условию их существования на различных поверхностях. Кроме ортогональных и асимптотических сетей в теории поверхностей различают геодезические, полугеодезические, чебышевские и др.

Наибольший интерес для вантовых покрытий представляют сети, образованные геодезическими линиями поверхности. Нормальная кривизна зависит от формы поверхности и изменяется при изгибании ее. Геодезическая кривизна принадлежит внутренней геометрии поверхности и является инвариантной при изгибании. Таким образом, линия, геодезическая кривизна которой в каждой точке равна нулю, является кратчайшей линией на поверхности между двумя произвольными точками и носит название геодезической.

Чтобы линия поверхности была геодезической, необходимо и достаточно, чтобы ее главная нормаль во всех точках совпадала с нормалью к поверхности или чтобы линия была прямая. В качестве примера геодезической сети может служить предварительно напряженная тканевая оболочка, узлы которой не препятствуют проскальзыванию. Асимптотическая сеть на поверхности отрицательной гауссовой кривизны является также геодезической. На развертывающихся поверхностях (конус, цилиндр) геодезическая сеть может быть и ортогональной.

В чебышевской сети в каждом координатном четырехугольнике противоположные стороны имеют одинаковую длину.

Для рассматриваемых пологих вантовых покрытий учет внутренней геометрии не является необходимым. Однако анализ структур вантовых сетей, основанный на положениях теории поверхностей, дает возможность более строго подходить к решениям вантовых покрытий и в определенной степени является основой для разработки новых структур. Кроме того, знание геометрических параметров различных сетей полезно для дальнейших усовершенствовании статических расчетов [29].

Четвертая группа признаков классификации предусматривает разделение вантовых покрытий на без предварительного напряжения и предварительно напряженные.

Следует различать предварительно напряженные покрытия, в которых усилия предварительного напряжения передаются на опорный контур и имеют самостоятельное применение, и покрытия, в которых подобные усилия передаются на конструкции ограждения в процессе превращения вантовой системы в висячую оболочку. В покрытиях второго вида растягивающие усилия в вантах уравновешиваются сжимающими усилиями в материале ограждающих плит.

В принципе возможен и третий вид предварительного напряженного покрытия, в котором усилия предварительного напряжения воспринимаются' опорным контуром и конструкциями ограждения покрытия одновременно.

По пятой группе признаков вантовые сети в зависимости от материала подразделяют на сети из стальных канатов, пучков высокопрочной проволоки, арматурных стержней и прочих материалов.

Вторая составная часть покрытия — бортовой элемент (опорный контур) классифицируется по четырем группам признаков: форма и очертание, характер статической работы, характер опирания на колонны, материал.

Опорные контуры по форме могут быть плоские и пространственные с прямолинейным и криволинейным, замкнутым и незамкнутым, симметричным и несимметричным очертанием. Очертание опорного контура тесно связано с формой покрытия в плане. Исключение составляют покрытия, аналогичные приведенному на рис. 1.7, е.

Жесткие опорные контуры могут быть изгибными и безизгибными, распорными и безраспорными. При выборе формы контура необходимо стремиться к тому, чтобы он был безизгибным и безраспорным. В первом случае опорный контур испытывает только напряжения центрального сжатия, во втором — облегчается работа фундаментов.

Термины «безизгибный» и «безраспорный» должны рассматриваться в связи с определенными внешними воздействиями на контур. Контур, безизгибный при одном воздействии может стать изгибным при другом. Под безизгибным контуром подразумевается контур, безмоментный в своей плоскости, при этом возможно возникновение моментов, действующих из плоскости контура и зависящих от характера опирания его. Задача о безмоментности опорного контура Байтового покрытия может быть поставлена по-разному. Имея опорный контур заданной формы, можно определить закон нагружения его распорами вант, при котором в его сечениях изгибающие моменты будут равны нулю (затем закон распределения усилий стремятся выполнить в натуре), или, зная закон распределения усилий, найденный из условия безмоментности контура, находят его очертание.

При решении задачи в первой постановке план покрытия и очертание контура при проектировании обычно задают (при этом очень трудно избежать изгибающих моментов, возникающих при различных нагрузках на покрытие, особенно, неосесимметричных).

С точки зрения безраспорности и безизгибности наиболее рациональным является плоский контур, очерченный по окружности при радиальной сети вант и осесимметричной нагрузке.

Контур покрытия, показанного на рис. 1.9, б, испытывает изгиб, з в двух самых низких точках действуют распоры. Замена прямолинейного контура арками не избавляет его от распора, возникающего в местах перелома арок.

Решение, предложенное Г. П. Морозовым* (рис. 1.11), несколько улучшает работу опорного контура в виде двух наклонных арок.

Рис. 1.11, Перекрестная система вант на опорном контуре в виде двух арок с пятами выше замков: 1,2 — несущие и напрягающие ванты.

Для обеспечения сжатия в арках пяты их находятся не ниже замков, как принято, а выше. Между жестко соединенными пятами наклонных арок располагают несущие ванты, сходящиеся у пят и расходящиеся у замков. Перпендикулярно к оси, проходящей через пяты арок, располагают напрягающие ванты. Таким образом, усилия предварительного напряжения вполне отвечают форме опорного контура, а усилия от полезной нагрузки передаются в виде сосредоточенных сил у пят наклонных арок.

К недостаткам такого решения следует отнести полную нерегулярность структуры сети, различие в кривизнах несущих вант и, следовательно, в усилиях. Кроме того, могут возникнуть трудности обеспечения пространственной кривизны несущих вант в процессе предварительного натяжения.

Прямолинейные контуры вантовых сетей (см. рис. 1.9, ж, з) не имеют распоров, а моменты возникают только от усилий предварительного натяжения. Основные усилия при помощи троса жесткости передаются в местах перелома контура и, следовательно, не вызывают изгибающих моментов. Следует заметить, что нагружение многоугольного контура силами, приложенными в вершинах, является лишь необходимым, но не достаточным условием безмомент-ности. Необходимо, чтобы величины сил удовлетворяли условия равновесия каждой его стороны и всего контура в целом.

Принцип концентрации основных усилий у мест перелома опорного контура для обеспечения безизгибной работы последнего в различных модификациях используется очень часто. Для зданий прямоугольного или многоугольного очертания в плане этот принцип реализуется наиболее просто и эффективно (рис. 1.12, а) *. Параллельные ванты сети располагаются по концентрическим фигурам (в данном случае по вписанным друг в друга квадратам), соответствующим очертанию бортового элемента в плане. 

Рис. 1.12. Байтовые системы с безизгибным опорным контуром:

а — параллельная система с диагональными элементами; б, в, г — системы с передачей усилий в углы перелома опорного контура; д — ромбическая сеть на эллиптическом плане; е — двухслойное покрытие с тросами-подборами.

Ванты крепятся к лучевым элементам, представляющим собой, как правило, жесткие висячие арки, заанкеренные в углах бортового элемента. Геометрические параметры диагональных (лучевых) элементов и вант взаимно связаны. При этом возможны формы покрытия в виде пересекающихся параболических цилиндров или коноидальных поверхностей. Последний случай возможен при разных стрелках провеса вант, увеличивающихся в направлении от центра к бортовому элементу. При определенных параметрах очертания диагональных вант и бортового элемента в угловых колоннах (в местах перелома бортового элемента) возникают растягивающие усилия. Концентрация значительных по величине усилий в узлах затрудняет конструирование последних, обусловливает повышенный расход материалов.

Безизгибная работа опорного контура достигается также в покрытии, схему которого предложил Н. С. Москалев (рис. 1.12,6)*. Сеть состоит из двух систем радиальных вант, центрами которых являются противоположные углы прямоугольного опорного контура. Концы вант в пролете закреплены на висячем диагональном элементе, связывающем два других противоположных угла контура. Хотя общая схема предельно проста, передача усилий от пучка радиальных вант в углы контура требует особой конструкции узла и значительного развития его габаритов.

Распоры системы параллельных вант могут быть также переданы в углы опорного контура с помощью дополнительных «ветвящихся» приконтурных вант (рис. 1.12, в) **. Учитывая пологость углов наклона «ветвящихся» вант в плане, схему можно применять лишь в зданиях небольшой протяженности. Большой недостаток схемы состоит в наличии нерегулярности в приконтурной структуре, что затрудняет унификацию ограждающих элементов покрытия.

Радиальная вантовая сеть применяется, как правило, в зданиях криволинейного очертания. Стремление использовать ее без изменений для зданий прямоугольного очертания приводит к появлению больших изгибающих моментов в контуре, от чего общая эффективность покрытия снижается. Существует много предложений, цель которых состоит в сочетании особых статических свойств радиальной сети с безизгибной работой прямоугольного в плане опорного контура. Одна из схем представлена на рис. 1.12, г. В ней радиальные ванты закреплены на гибких тросах-подборах, которые всю нагрузку передают в углы перелома бортового элемента. Недостатком решения является необходимость организации внутреннего отвода атмосферных осадков. Для обеспечения наружного отвода устраивают специальную нерабочую надстройку или конструируют двухслойное покрытие в виде радиальных безраскосных ферм.

Требования, предъявляемые к опорному контуру и вантовой сети, часто противоречивы и поэтому многие удачные в статическом отношении схемы вантовых покрытий являются компромиссными решениями. Примером такого решения может служить схема косоугольной сети на эллиптическом плане (рис. 1.12, д). Автор предложения***, задавшись целью обеспечить безизгибность эллиптического опорного контура при действии равных усилий во всех вантах, показал, что такому состоянию соответствует косоугольная (ромбическая) структура сети с ячейками, в которых отношение диагоналей ромба равно отношению полуосей эллипса.

Применяя тросы-подборы в системах, состоящих из параллельных безраскосных ферм (рис. 1.12, ё), можно повысить жесткость покрытия за счет вовлечения в работу торцевых конструкций здания и повышения жесткости бортового элемента (предложение

ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко) * и вместе с тем обеспечить без-изгибную работу опорного контура (предложение НИИСК, Киев) **. Во втором случае жесткие горизонтальные связи — распорки, располагаемые в уровне опорного контура, шарнирно соединяются с тросом-подбором и опорным контуром. Конструкция узла опирания распорок на контур должна обеспечивать свободу перемещений вдоль ферм, вследствие чего опорный контур не воспринимает поперечных сил, а все усилия через тросы-подборы концентрируются в углах перелома контура. Решение по идее« конструктивному выполнению достаточно простое и несомненно будет широко применяться в практике проектирования и строительства прямоугольных в плане зданий.

По характеру опирания различают подпертый и свободный от опор контуры. Следует различать опоры, необходимые для определенной статической работы покрытия и предусматриваемые по архитектурным соображениям. Размещение опор отражается на величине изгибающих моментов из плоскости контура, в криволинейных контурах — на величине крутящих моментов.

injzashita.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о