Вантовые конструкции в архитектуре – устройство, достоинства, особенности и недостатки

Вантовые металлоконструкции

24.01.2019

Висячие, или вантовые, металлоконструкции находят в современном строительстве широкое применение. Традиционно вантовые конструкции используются в строительстве мостов, рынков, строительных комплексов, выставочных центров и других сооружений большой площади, где невозможна установка промежуточных опор. Кроме того, они широко используются в дизайнерских решениях и архитектуре.

Незаменимыми в строительстве вантовые конструкции делают их легкость и экономичность. При этом эти геометрически неизменяемые конструкции могут удерживать огромный вес, работая на растяжение и передавая нагрузки фундаментам и опорам.

Между собой вантовые конструкции подразделяются на несколько видов. Во-первых, по форме в плане они могут быть прямоугольными, круглыми и эллиптическими (овальные). Во-вторых, по конструктивным формам вантовые конструкции бывают пространственными и плоскостными.

Пространственные вантовые сети, которые образуются пересечением вант, в свою очередь, бывают схематично представлены:

• Ортогональными сетями, которые состоят из вант, пересекающихся под прямым углом. Такие конструкции могут применяться при любых видах планов, при этом они подвергаются предварительному напряжению с целью придания нужной жесткости;
• Радиально-кольцевыми сетями, которые представляют собой совместную работу кольцевых элементов и радиальных вант;
• Косоугольными вантовыми сетями, отличающихся от ортогональных тем, что ванты в них пересекаются под любым углом, кроме прямого.

Плоскостные вантовые сети делятся на:

• Предварительно напряженные, двухпоясные системы, представленные одновременно стабилизирующими и несущими вантами;
• Вантово-балочные, которые имеют подвешенные вант-балки жесткости по всей длине;
• Плоскостные однопоясные конструкции, которые образуются параллельными вантами, в свою очередь, закрепленными в оголовках пилонов, откуда передается распор к фундаменту.

Также существуют радиальные вантовые системы – это переходная форма от плоскостных к пространственным вантовым сетям. В данном случае ванты бывают и однопоясными, и двухпоясными, а геометрически они могут иметь вогнутую форму, форму двойной кривизны или коническую.

Без применения вантовых металлоконструкций строительство многих сооружений было бы невозможно. Инженеры проектируют сложнейшие объекты с применением вантовых конструкций уже более 80 лет. К слову, первые вантовые мосты начали появляться в начале прошлого века, а в СССР такая конструкция впервые увидела свет в 1932 году. По сей день моделирование и возведение вантовых конструкций остается одним из приоритетных направлений строительства.

metallzavodd.ru

Висячие конструкции и гибкие системы с вантами и канатами

Висячие конструкции являются несущими системами, работающими по принципу активной формы, которая адаптируется своим абрисом внешней нагрузке. Основным преимуществом висячих конструкций является то, что в них предусмотрено действие только растягивающих усилий. Это обуславливает наиболее эффективную работу стали, позволяет перекрывать значительные пролеты и создавать сложные поверхности.

При этом основным недостатком висячих конструкций является то, что они, как правило, занимают большой строительный объем, который не всегда удается полностью использовать для основной функции здания. Кроме того, гибкие системы обладают повышенной деформативностью и при заземлении силового потока вызывают появление распорных горизонтальных усилий.

Классификация висячих конструкций

Основу висячих конструкций составляет нить – гибкий провисающий стержень (или полоса), который работает на растяжение и несет поперечную нагрузку в пролете. Ванты – это тип нитей, имеющие криволинейную форму, обусловленную свободной длиной и гравитационным действием внешних усилий.

В отличие от вант, струны – это нити, в которых действует предварительное напряжение растяжения, которое позволяет сохранять прямолинейность.

Различают конструкции с гибкими и жесткими нитями. Гибкие нитевые конструкции организуются из круглой стали или канатов.

Канаты – тип сечения, который выполняется в виде сплетенных прядей стальных волокон. По расположению в канатах прядей различают в основном спиральные и семипрядные канаты. Кроме того, канат может быть закрыт опоясывающими пучками прямых элементов для предупреждения проникновения коррозии. С этой же целью канаты могут быть пропитаны и покрыты нейлоном или поливинилхлоридом, а также смазаны и оцинкованы.

Кроме объединения в пряди, канаты свивают одинарной, двойной или тросовой свивкой. Благодаря формировке из отдельных волокон, канаты имеют большую прочность, чем элементы из круглой стали или другого фасонного проката. Отечественной промышленностью выпускаются оцинкованные и обычные канаты диаметром 0,8- 39,5 мм с усилиями разрыва от 1,2 до 114,4 кН.

Канаты большего диаметра изготавливаются за рубежом и могут быть импортированы при необходимости. Жесткие нити выполняются из прокатных и сварных профилей – полос, листов, труб, двутавров и т. д. Применение жестких вантовых элементов оправдано в конструкциях со значительными пролетами, где критическим фактором является деформативность несущей системы.

По конструктивной схеме различают однопоясные, двухпоясные, перекрестные и комбинированные системы покрытий быстровозводимых зданий. Однопоясные покрытия наиболее просты в исполнении, однако являются свободно провисающими и деформативными.

Из-за малого веса они подвержены риску изменения кривизны – выхлопыванию вследствие действия отрицательного давления, которое может возникать на кровлях. Из-за этого однопоясные системы могут требовать балластного пригруза в виде железобетонных плит и т. д.

Перекрестные системы избавлены от этого недостатка, так как имеют в одном направлении основные ванты, а в другом – стабилизирующие, не дающие покрытию выхлопывать вверх. Двухпоясные системы фактически являют собой вантовые фермы, однако с обоими растянутыми поясами. Геометрически неизменямые висячие системы, имеющие стабилизирующие и иные элементы, также называют вантовыми. Геометрия покрытий, образованных системами из нитей, может быть самой разнообразной – от плоскостных поверхностей, формирующихся из струн, до гиперболических параболоидов и поверхностей переменной кривизны.

Эффективность канатов обуславливает их широкое применение в различных комбинированных системах, где оправдано использование растянутых элементов – навесах, мостах и т. п.

Особенности проектирования висячих конструкций

Поскольку в гибких элементах действуют только растягивающие усилия, их рассчитывают на растяжение. Кроме того, следует обязательно учитывать, что любая гибкая нить обладает начальным провисанием и не сразу воспримет растягивающее усилие. Поэтому для включения в работу ванты подвергают обязательному предварительному напряжению.

Элементы из канатов при предварительном напряжении вытягиваются, поскольку имеют свивку, что должно быть учтено при конструировании. Также при расчете гибких элементов обращают особое внимание на динамические эффекты, так как нити подвержены резонансным явлениям при ветровых пульсациях.

При небольших пролетах или расстояниях между узлами креплений к жестким элементам до 9 м растянутые нити могут быть выполнены из круглой стали.

Таким образом, в частности, организуют затяжки в шпренгельных балках либо арках, а также растянутые связи между основными несущими конструкциями.

При больших пролетах применяются гибкие элементы из канатов. В свою очередь, при пролетах более 300-400 м может возникнуть необходимость применения жестких вант. Рациональная высота сечения нитей при этом ориентировочно составляет 1/80-1/150 перекрываемого пролета. В двухпоясных радиальных системах эффективным является применение жесткого либо гибкого внутреннего растянутого кольца, на которое сходятся вантовые элементы, визуально и конструктивно разгружая систему.

Одним из серьезных вопросов проектирования висячих систем является заземление силового потока. Как правило, несущие конструкции быстровозводимых зданий, активные по форме, имеют отрицательную кривизну очертаний, а значит, нуждаются в опорном контуре, который должен находиться выше поверхности земли и воспринимать усилия от вант. Из-за этого в контуре появляются значительные сжимающие и моментные усилия, и поэтому его конструкция должна быть достаточно жесткой. По этой причине опорные контуры в основном выполняют в виде железобетонных опор или тяжелых стальных ферм.

Висячие системы как конструктивный инструмент архитектурной формы

Висячие, вантовые конструкции являются одними из наиболее архитектурно привлекательных конструктивных систем. Они обладают максимальной визуальной легкостью и дают возможность реализации множества выразительных форм.

С использованием вант возможны различные варианты конструкции кровли, для обеспечения как наиболее простых типов функционального пространства, например, прямоугольного, так и сложного, такого как Millennium Dome.

1. Конструкция не требует добавочной опоры, но конструктивно невыгодна из-за повышенных изгибающих моментов в ригеле

2. Наиболее выгодная с конструктивной точки зрения система. Кроме основной, требует добавочной опоры, во внешнем пространстве между которыми может быть обустроен проезд

3. Конструктивно приемлема, но требует добавочной опоры, занимая внешнее пространство с дополнительным землеотводом

Элементы висячих вантовых конструкций, как правило, оставляют визуально открытыми во внутреннем пространстве. Кроме того, они могут обеспечивать добавочные функции, такие как подвешивание систем освещения или организацию зенитных фонарей.

Вантовые конструкции могут быть незаменимыми в тех случаях, когда внутреннее функциональное пространство здания должно быть целостным, и постановка колонн и промежуточных опор не представляется возможной. В то же время висячие системы имеют ограниченное применение из-за своей специфики – большого строительного объема и невозможности воспринимать сжимающие и моментные усилия. Иногда в таких случаях более рациональными оказываются системы из жестких вант, приближающие конструкцию к типу активности по вектору.

mtmrt.ru

Вантовые конструкции — это… Что такое Вантовые конструкции?



Вантовые конструкции

Висячие покрытия, кровли, мосты, и иные конструкции, основанные на сочетании работы жестких опор и растяжении стальных тросов/стержней.

Строительный словарь.

• Вагонка
• Ванты

Смотреть что такое «Вантовые конструкции» в других словарях:

• ВАНТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ — разновидность висячих конструкций, несущими элементами к рых являются ванты. В. к. состоят из вант и элементов, воспринимающих сжатие, балок, жёстких ферм, арок, рам, плит, оболочек (см. рис.). К ст. Вантовые конструкции. Каток с вантовым… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

• вантовые конструкции — геометрически неизменяемый тип висячей конструкции. Выполнены только из прямолинейных элементов (вантов) и часто называются вантовыми фермами. Как и в висячих конструкциях, все элементы вантовой фермы работают на растяжение, что позволяет… …   Энциклопедия техники

• Вантовые конструкции —         разновидность висячих конструкций (См. Висячие конструкции) …   Большая советская энциклопедия

• вантовые конструкции — строит. конструкции, основанные на сочетании растяжения специальных стержней (канатов, кабелей и т.п.) и жестких опор и креплений (висячие мосты, покрытия и т.п.) …   Универсальный дополнительный практический толковый словарь И. Мостицкого

• Вантовые конструкции — Висячие покрытия, кровли, мосты, и иные конструкции, основанные на сочетании работы жестких опор и растяжении стальных тросов/стержней …   Словарь строителя

• Конструкции прочие — Термины рубрики: Конструкции прочие Временная перегородка Геодезическая съёмка отклонений строительных конструкций Консольные системы …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• Конструкции вантовые — висячие покрытия, кровли, мосты, и иные конструкции, основанные на сочетании работы жестких опор и растяжении стальных тросов, стержней. [Словарь архитектурно строительных терминов] Рубрика термина: Конструкции прочие Рубрики энциклопедии:… …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

• КОНСТРУКЦИИ БАЙТОВЫЕ — [СИСТЕМА БАЙТОВАЯ] висячие конструкции, основными несущими элементами которых являются ванты, вантовые сетки или вантовые фермы (Болгарский язык; Български) вантови конструкции (Чешский язык; Čeština) zavěšené [lanové] konstrukce; lanová… …   Строительный словарь

• Висячие конструкции —         строительные конструкции, в которых основные элементы, несущие нагрузку (тросы, кабели, цепи, сетки, листовые мембраны и т.п.), испытывают только растягивающие усилия. Работа В. к. на растяжение позволяет полностью использовать… …   Большая советская энциклопедия

• История архитектуры — Предположительно, эта страница или раздел нарушает авторские права. Её содержимое, вероятно, скопировано с http://nestudent.ru/show.php?id=80519 p=4 практически без изменений. Пожалуйста, проверьте …   Википедия

Книги

• Висячие и вантовые конструкции, Н.М. Кирсанов, Представлены конструктивные решения висячих и вантовых по крытий общественных и производственных зданий, а также конструкции воздушных подвесных переходов трубопроводов и легких висячих… Категория: Сельхозмашины Издатель: Книга по Требованию, Производитель: Книга по Требованию, Подробнее  Купить за 2591 грн (только Украина)
• Висячие и вантовые конструкции, Н.М. Кирсанов, Представлены конструктивные решения висячих и вантовых по­ крытий общественныхи производственных зданий, а также конструкции воздушных подвесных переходов трубопроводов и легких висячих… Категория: Технологии, инженерия, сельское хозяйство Серия: — Издатель: ЁЁ Медиа, Подробнее  Купить за 2003 руб
• Компьютерные модели конструкций / Yevzerov: Compytational Models of Structures / Modelisation Assistee par Ordinateur, А. С. Городецкий, И. Д. Евзеров, Книга предназначена для специалистов, проектирующих конструкции строительных сооружений и в своей работе применяющих компьютеры. Рассматриваются теоретическиеосновы метода конечных элементов… Категория: Компьютерное моделирование для инженеров. Инженерная графика Издатель: Издательство Ассоциации строительных вузов, Подробнее  Купить за 1219 руб

Другие книги по запросу «Вантовые конструкции» >>

dic.academic.ru

Предварительно напряженные комбинированные и вантовые конструкции. Михайлов В.В. 2002

В учебном пособии рассмотрены основные вопросы конструирования и расчета предварительно напряженных комбинированных и вантовых конструкций. Рассмотрены конструктивные решения канатов, анкерных устройств, их расчет и защита от коррозии. Для студентов строительных специальностей высших учебных заведений, аспирантов и инженерно- технических работников проектных организаций.

Введение

Глава 1. Высокопрочные канаты как основной несущий элемент предварительно напряженной конструкции
1.1. Характеристики канатов
1.1.1. Канатные проволока и пряди
1.1.2. Виды канатов, применяемых в строительных конструкциях
1.1.3. Несущая способность, усилия и напряжения, возникающие в канатах и прядях
1.1.4. Модель упругости спиральных канатов и прядей
1.1.5. Ограничения, принимаемые при проектировании изготовления
1.1.6. Канатные проволока и пряди
1.2. Изготовление и подготовка монтажа канатных элементов
1.2.1. Разрезка канатов и точность изготовления
1.2.2. Технологические аспекты создания предварительного напряжения
1.3. Анкерные устройства стаканного типа
1.3.1. Материалы, конструкции и технология изготовления анкерных устройств
1.3.2. Напряженное состояние анкеров
1.3.3. Другие виды анкерных устройств
1.4. Промежуточные элементы и соединения высокопрочных канатов и другие виды соединений
1.5. Напрягающие элементы из круглых стержней

Глава 2. Предварительно напряженные конструкции зданий и сооружений
2.1. Предварительно напряженный элемент, работающий на растяжение
2.1.1. Работа высокопрочного канатного элемента
2.1.2. Стержень без предварительного напряжения, включающий материалы с различными прочностными характеристиками
2.1.3. Стальной предварительно напряженный стержень с конструктивным зазором
2.2. Предварительно напряженные балки и фермы
2.2.1. Балки и фермы с затяжками, расположенными вблизи растянутого пояса
2.2.2. Предварительно напряженные шпренгельные конструкции покрытия
2.3. Висячие конструкции покрытия зданий и сооружения различного назначения
2.3.1. Однопоясные висячие системы и криволинейные сетки
2.3.2. Двупоясные висячие системы и тросовые фермы
2.3.3. Комбинированные или гибридные системы
2.4. Висячие и вантово-балочные мосты
2.4.1. Висячие мосты
2.4.2. Вантовые мосты
2.4.3. Пешеходные мосты
2.5. Особенности монтажа предварительно напряженных конструкций и элементов
2.5.1. Монтаж отдельного каната
2.5.2. Монтаж предварительно напряженной гибкой канатной системы

Глава 3. Расчет предварительно напряженных комбинированных и висячих конструкций
3.1. Работа гибкой нити как основного элемента загружения
3.1.1. Гибкие нити с опорами, расположенными на одном уровне
3.1.2. Гибкие нити с опорами, расположенными на разных уровнях
3.2. Расчет гибких нитей и предварительно напряженных стержневых и висячих конструкций методом конечных элементов
3.2.1. Теоретические основы метода конечных элементов для расчета предварительно напряженных стержневых и вантовых систем
3.2.2. Последовательность нелинейного расчета предварительно напряженных стержневых и вантовых систем
3.2.3. Создание предварительного напряжения
3.2.4. Устойчивость элементов предварительно напряженных стержневых и висячих конструкций

Глава 4. Примеры возведения конструкций зданий и сооружений, включающих высокопрочные растянутые элементы
4.1. Плоские предварительно напряженные фермы и балки
3.1.1. Отель Кемпински в аэропорту г. Мюнхен ( ФРГ)
3.1.2. Госпиталь Св.Катерины в г.Штутгарт (ФРГ)
3.1.3. Светопрозрачное покрытие над атриумом Старого гостиного двора. г. Москва
4.2. Однопоясные и двупоясные висячие системы
3.2.1. Покрытие стадиона в Эль-Риаде в Саудовской Аравии
3.2.2. Покрытие спортивного стадиона в Атланте (США)
3.2.3. Универсальный спортивный зал в Карлсруэ (ФРГ)
4.3. Комбинированные конструкции покрытия. Ангар аэропорта в г. Мюнхен ( ФРГ)
4.4. Висячие и вантовые мосты
3.4.1. Автодорожный мост Верхний Арген (ФРГ)
3.4.2. Пешеходный мост в Кельхайме (ФРГ)

Библиографический список

books.totalarch.com