Вантовые конструкции в архитектуре: Ванты. Вантовые конструкции | Архитектура и Проектирование

Содержание

Вантовые конструкции

Вантовые конструкции, назначение

Использование вантовых конструкций в архитектуре ознаменовало переход на новый этап, инженерная мысль позволила создавать легкие, отрытые и при этом безопасные конструкции и пространства. Далее рассмотрим назначение вантовых конструкций и их виды.

К вантовым конструкциям относятся конструкции, которые состоят из несущих элементов в виде стальных вант и опорных частей. Также в конструкцию могут входит оттяжки и распорки. Первый проволочный трос был изобретен 1834 году, что стало начальной точкой отсчета в истории вантовых конструкций. Первые проволочные тросы применялись в качестве несущих элементов для висячих мостов.

Вантовые конструкции сегодня используются в различных зданиях, мы можем привести примеры большепролетных сооружений, зданий со сложными объемно-пространственными решениями, промышленных (цеха, производственные помещения) и общественных зданий (цирки, рынки, торговые залы, кинотеатры, стадионы) различной конфигурации, мосты и инженерные сооружения различной сложности.

Выбор в пользу вантовых конструкций ведется исходя из их ключевых преимуществ:

экономической эффективности, по сравнению с привычными железобетонными или металлическими конструкциями;
низкой материалоемкости;
при монтаже вантового покрытия не требуются подмости, что уменьшает трудоемкость;
несущие конструкции имеют малую массу;
повышается эстетическая выразительность сооружений и зданий;
новые возможности, предоставляемые этим типом конструкций.

В большепролетных конструкциях архитектор всегда стремится создать единое пространство, избегая устройства промежуточных опор, которые значительно уменьшают гибкость. Вантовые конструкции позволяют решить эту проблему за счет грамотного распределения нагрузки. Таким образом внутренне пространство, лишенное каких бы то ни было ограничивающих его организацию элементов является максимально свободным для любой перепланировки в соответствии с потребностями производства или общественной жизни.

Эта возможность открывает новые перспективы, стирая ограничения, накладываемые моральным износом на любые объемно-планировочные решения.

Не столь широкое применение и использование вантовых конструкций в типовом строительстве объясняется тем, что они требуют специфических расчетов. Современные достижения в области теории расчета конструкций, а также имеющийся опыт возведения подтверждает надежность и безопасность принимаемых решений. Также к недостатками вантовых конструкций относится повышенная деформируемость покрытия из-за способности вант изменять свою форму под действием различной нагрузки.

Определение 1

Ванты – это несущие элементы стержневого типа, к примеру тросы, канаты, стержни, пучки проволоки высокопрочной), которые работают на растяжение.

Виды вантовых конструкций

Одним из важных факторов при проектировании вантового покрытия является взаимоувязанность геометрии конструктивной формы опорного контура с принятой системой несущих конструкций и формой самого здания.

Рассмотрим наиболее часто встречающуюся классификацию вантовых конструкций:

однопоясные вантовые покрытия с параллельными вантами;
однопоясные вантовые покрытия с радиальными вантами;
двухпоясные вантовые покрытия с параллельными вантами;
двухпоясные вантовые покрытия с радиальными вантами;
покрытия с вантовыми сетями;
струнные покрытия;
покрытия с висячими фермами и балками;
комбинированные системы покрытий;
подвесные покрытия.

Рисунок 1. Вантовые конструкции, канатно-балочные покрытия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Прообразом вантовых покрытий считаются палатки и шатры, в которых мягкая внешняя оболочка выступает одновременно в двух функциях, ограждающей и несущей. В вантовых покрытиях две эти функции разделены, тросы принимают на себя всю нагрузку, а ограждающую функции выполняет заполнение кровли.

Первые здания с вантовыми конструкциями были спроектированы выдающимся русским ученым В,Г. Шуховым, который получил патент на свое изобретение. Он предложил вместо отдельных тяжелых и массивных ферм использовать линейные диагонально пересекающиеся элементы, которые были скреплены в местах соединения заклепками и болтами, тем самым образуя сетку с ромбовидными ячейками. Первым здание с висячим покрытием стад котельный завод Бари, возведенный в 1894 году. Преимуществом вантовых конструкций является существенное уменьшение веса, которое сказывается и на других элементах здания, в том числе и на фундаментах. Сетчатая поверхность при этом обладает высокой несущей способностью, работа элементов выполняется только на одноосное напряжение.

Вантовые и стержне-вантовые конструкции в архитектурной бионике.

Одними из интересных бионических технологий, применяемых в архитектуре, являются вантовые и стержне-вантовые конструкции, которые были «подсмотрены» у живой природы. И вовсе не случайно подобные конструкции обладают рядом уникальных свойств, что нашло отражение в использовании их при проектировании и строительстве различных зданий и сооружений. Что же это за такие свойства?

Один из известных «корифеев» советского направления архитектурной бионики — архитектор Ю.С.Лебедев в своей книге «Архитектура и бионика» пишет следующее: «В стержне-вантовых конструкциях функции их элементов разделены по виду напряжений: стержни обязаны работать только на сжатие, ванты — только на напряжение. Такое разделение дает большой эффект. Вместо того, чтобы растянутые элементы стержневых систем делать из стержней со значительным превышением запаса прочности, утяжеляя тем самым систему, конструкторы решили заменить их тонкими стальными нитями — вантами и получить, таким образом, облегченнную конструкцию. Поскольку стальные нити в ненапряженном состоянии эластичны, то таким системам дали еще одно название — мгновенно-жесткие.

Принцип их работы можно сравнить с кожно-мускульной системой человека, животного, птицы. Без нагрузки мышцы рук человека находятся в расслабленном состоянии. Но стоит человеку взять в руки какой-либо груз, мышцы-ванты моментально натянутся, напрягутся и зафиксируют в определенном положении стержни-скелеты. В результате, в одно мгновение система «скелет-мышцы» становится «жесткой». Костно-мышечная система — система самонапрягающаяся. Стержне-вантовые конструкции тоже можно сделать самонапрягающимися (или самовозводящимися), подключив к ним автоматику. Но в общем виде ее фиксация из «расслабленной» системы в жесткую происходит путем напряжения вант…

Стержне-вантовые системы легче стержневых более чем в 2 раза. У них очень хорошее соотношение между механической способностью и собственным весом. Однако у этой системы есть и один недостаток — ее трудно соединять с жесткими ограждающими элементами покрытий. Правда для покрытия можно применять тенты, но они не долговечны в эксплуатации. Стрежне-вантовые системы удобны при перевозке — их можно перевозить в сложенном состоянии.

Другой вид — вантовые системы — напоминают природные паутины, в быту — гамак. Они комбинируются таким образом, чтобы воспринимать лишь растягивающие усилия, но они требуют опор-устоев для своего натяжения. Короче говоря, это натянутые различным способом стальные нити, которые или бетонизируются или по которым укладывается изоляционный материал. Несущие конструкции, выполненные из вант, отличаются еще большей легкостью, чем стержне-вантовые системы.

В практике архитектуры вантовые системы нашли широкое распространение. Конструкции, в которых отчетливыо видна сетка из «стальной паутины», перекрытая прозрачной пленкой, своим видом особенно напоминают природные структуры, опорами у них служат арки».

Как видим, вантовые и стержне-вантовые системы обладают рядом весьма уникальных свойств, что является определяющим стимулом их использования в современной архитектуре и строительстве. И, конечно, это далеко не единственные бионические технологии в архитектуре, которые стали использоваться благодаря изучению строения различных элементов живой природы.

michael101063 ©

Вантовый мост.

Преимущества, типы и конструкция

Вантовый мост имеет одну или несколько башен (или пилонов), тросы которых поддерживают настил моста. Его отличительной чертой являются тросы или стойки, которые идут прямо от башни к палубе, обычно образуя веерообразный узор или серию параллельных линий. Это отличается от современного подвесного моста, где тросы, поддерживающие настил, подвешены вертикально к основному тросу, закреплены на обоих концах моста и проходят между башнями. Вантовый мост оптимален для пролетов длиннее, чем у консольных мостов, и короче, чем у висячих мостов.

Вантовые мосты – чрезвычайно элегантные и очень эффектные конструкции, а также памятники архитектуры. Комбинация нескольких простых систем позволяет создать структуру, в которой роль каждого из ее компонентов четко определена. При выборе вантового моста первостепенное значение имеет первоначальный этап проектирования. Характеристики конструкции и то, ограничивается ли она главным образом структурными или архитектурными причинами, должны быть определены на ранней стадии процесса проектирования.

Преимущества вантового моста

Вантовые мосты являются популярным выбором, поскольку они предлагают все преимущества висячего моста, но при меньшей стоимости для пролетов от 500 до 2800 футов (от 152 до 853 метров). . Для них требуется меньше стального троса, они быстрее строятся и включают больше сборных железобетонных секций.

Кабели проходят по диагонали между этими столбами или башнями и балкой. Эти тросы поддерживают балку.
Вантовый мост, один из самых современных мостов, состоит из сплошной прочной балки (балки) с одной или несколькими опорами или башнями внутри посередине.
Кабели закреплены в башне, а не на конце.
Гораздо большая жесткость, чем у висячего моста, что снижает деформацию настила под действующими дорогами
Может быть выполнен консольным из башни – тросы действуют как временные и постоянные опоры настила моста.
Для симметричного моста (т. е. пролеты с обеих сторон башни одинаковы) уравновешивание горизонтальных сил и большие анкерные крепления не требуются.

Различные типы вантового моста

Вантовый мост с боковым лонжероном

Вантовый мост с боковым лонжероном использует центральную башню, поддерживаемую только с одной стороны. Эта конструкция позволяет построить изогнутый мост.

Вантовый мост с консольным лонжероном

В отличие от других вантовых типов, этот мост оказывает значительное опрокидывающее усилие на его основание, и лонжерон должен сопротивляться изгибу, вызванному вантами, поскольку усилия вант не уравновешиваются противоположными вантами. Лонжерон этого конкретного моста образует гномон больших садовых солнечных часов.

Многопролетный вантовый мост

Вантовые мосты с более чем тремя пролетами требуют значительно более сложной конструкции, чем двухпролетные или трехпролетные конструкции. В 2-пролетном или 3-пролетном вантовом мосту нагрузки от основных пролетов обычно закрепляются сзади возле концевых опор с помощью растяжек в концевых пролетах. Для большего количества пролетов это не так, и конструкция моста в целом менее жесткая. Это может создать трудности как при проектировании палубы, так и пилонов.

Экстрадозированный мост

Twinkle-Kisogawa представляет собой экстрадозированную конструкцию с большими промежутками между секциями, поддерживаемыми тросом. Экстрадозированный мост является вантовым, но с более прочным настилом моста, который, будучи более жестким и прочным, позволяет не прокладывать тросы близко к башне, а башни быть ниже пропорционально пролету.

Мост с вантовой люлькой

Система люльки переносит пряди в пролетах от настила моста к настилу моста как непрерывный элемент, исключая анкерные крепления в пилонах. Каждая стальная прядь с эпоксидным покрытием проходит внутри люльки в стальной трубе диаметром один дюйм (2,54 см). Каждая нить действует независимо, что позволяет снимать, проверять и заменять отдельные нити.

Проект вантового моста

Основными конструктивными элементами вантового моста являются настил моста, опоры, башни и стойки. Палуба поддерживает нагрузки и передает их на стойки и сваи за счет изгиба и сжатия. Распорки передают усилия на башни, которые передают их за счет сжатия на фундамент. Система подвески обычно бывает одного из двух основных типов, при этом распорки крепятся к вершине башни (веер) или анкеры распределяются по длине. башни (Полувеер и Арфа). Эта система напрямую влияет на уровень осевой нагрузки и упругую опору, придаваемую палубе и башне. Статическая система вантового моста может варьироваться в зависимости от условий опирания настила на устои и наличия пилястр в боковых пролетах. Связь между палубой и башней также имеет большое значение. Эта система в первую очередь влияет на то, насколько эффективно конструкция несет временные нагрузки. Продольная система характеризуется отношением высоты башен к центральному пролету, соотношением между центральным пролетом и боковыми пролетами, связью настила с подходным виадуком, соотношением жесткостей настила и пролетного строения. башни.

Существует четыре основных класса такелажа на вантовых мостах: моно, арфа, веер и звезда.

В монофонической конструкции используется один кабель от опор, и это один из наименее используемых примеров этого класса.

В арфовой или параллельной конструкции тросы почти параллельны, так что высота их крепления к мачте пропорциональна расстоянию от мачты до их крепления на палубе.

В вентиляторной конструкции все кабели подключаются к верхней части опор или проходят над ними. Конструкция вентилятора конструктивно лучше с минимальным моментом, приложенным к башням, но по практическим причинам предпочтительнее модифицированный вентилятор (также называемый полувентилятором), особенно там, где необходимо много кабелей. В модифицированном расположении вентилятора кабели заканчиваются рядом с вершиной башни, но находятся на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить лучшее подключение, улучшенную защиту от окружающей среды и хороший доступ к отдельным кабелям для обслуживания.

В звездообразной конструкции, еще одной относительно редкой конструкции, тросы разнесены по башне, как и в конструкции арфы, но соединяются с одной или несколькими близко расположенными точками на палубе.

Также имеется четыре варианта компоновки опорных колонн: одинарная, двойная, портальная и А-образная.

В одиночной конструкции используется одна колонна для поддержки кабеля, обычно выступающая через центр настила, но в некоторых случаях расположенная с одной или другой стороны.

При двойном расположении пары колонн размещаются с обеих сторон деки.
Портал аналогичен двойному расположению, но имеет третий элемент, соединяющий верхние части двух колонн, образуя дверную форму или портал. Это обеспечивает дополнительную прочность, особенно против поперечных нагрузок.

А-образная конструкция аналогична концепции портала, но достигается та же цель за счет наклона двух колонн друг к другу, чтобы они встретились вверху, что устраняет необходимость в третьем элементе. Дизайн в виде перевернутой буквы Y сочетает в себе А-образную форму внизу и одинарную вершину.

В зависимости от конструкции колонны могут быть вертикальными, наклонными или изогнутыми относительно настила моста.

Вантовый мост – выбор конфигурации тросов

Выбор конфигурации тросов и количества тросов зависит, главным образом, от длины пролета, типа нагрузки, количества полос проезжей части, высоты опор и замысла проектировщика. индивидуальное чувство меры и эстетики.
Стоимость также играет важную роль при выборе
Использование меньшего количества тросов увеличивает сосредоточенную нагрузку в одной точке, что требует дополнительного усиления палубной плиты и пилона.

Структурные системы могут быть изменены за счет изменения формы башни и расположения кабелей. Конфигурация вантового моста включает балку жесткости, вантовую систему, башни и фундаменты. Балка жесткости поддерживается прямыми наклонными тросами, закрепленными на опорах. Эти пилоны размещаются на главной опоре, чтобы сила троса могла передаваться на систему фундамента. Три основных кабельных соединения: радиальная система, система арфы, система вентилятора. Предлагаемый мост представляет собой длиннопролетный вантовый двухплоскостной веерный мост с А-образной башней. Роль башни или пилона также очень важна для вантовых мостов. Башни являются наиболее заметными элементами вантового моста. Основная функция пилона заключается в передаче силы, возникающей при анкеровке стойки, и эти силы будут преобладать в конструкции пилона. Многие различные типы пилонов представляют собой H-образную раму, A-образную раму, перевернутую раму или λ-образную раму и так далее. В этом вантовом мосту используется А-образная башня.

Заключение

Изготовление и монтаж вантовых мостов связаны с существенными изменениями в конфигурации конструкции за счет добавления и удаления компонентов конструкции. На каждом этапе процесса строительства адекватная информация о построенной конструкции важна для определения реальной ситуации с конструкцией для анализа ошибок и проверки строительных требований. Вантовые мосты широко строятся во всем мире. Этот тип моста очень конкурентоспособен по экономичности для средних и длинных пролетов. По сравнению с другими типами мостов вантовые мосты особенно приятны для зрительных ощущений. Кроме того, этот тип моста заполняет промежуток эффективного диапазона пролетов между обычными балочными мостами и мостами с очень длинными пролетами.

Источники – библиотека ASCE, PCI.org, txdot.gov, Infrastructurepc.com, Ijert.org

Вантовые конструкции со всего мира

Конструкции этой категории

запись с картинками
новая запись (30 дней)
обновленная запись (14 дней)

#	Имя	Страна
1	38-я улица и станция Блейк	Соединенные Штаты Америки
2	Стадион Альянц	Италия
3	Альветтербад Дюссельдорф	Германия
4	Станция метро Альтос-де-ла-Ванега	Венесуэла
5	Автовокзал Арля	Франция
6	Стадион Балыкесир Ататюрк	Турция
7	Конференц-центр Бэйфронт	Соединенные Штаты Америки
8	Ледовый каток Бофорта	Люксембург
9	Биелла Форум	Италия
10	Биллингсгейт Маркет	Соединенное Королевство

Список всех сооружений этой категории

Медиа

кредиты изображения (ID: 361214) кредиты изображения (ID: 360983) кредиты изображения (ID: 336664) кредиты изображения (ID: 309766) кредиты изображения (ID: 278636) кредиты изображения (ID: 278612) кредиты изображения (ID: 278642) кредиты изображения (ID:263489)

Больше фотографий

Литература

Больше литературы

Найти структуру или проект. ..

Имя

Тип конструкции — Все типы конструкций -АркаАрочная конструкция крышиБалочная конструкцияЦентральное ядро с колоннами по периметруКолонно-балочная конструкцияКонтейнерная конструкцияКуполПлоская плита (грибовидный пол)Складчатая конструкция из плитРамкаБерильная сеткаДвускатная крышаГоризонтальная консольная конструкцияНесущая конструкция каменной стеныМембранная конструкцияМонолитПирамидаРебристая бетонная плитаОболочкаНатяжная конструкцияФермаТрубчатая системаСводСтена

Функция — Назначение —Сельскохозяйственное зданиеКоммерческое зданиеУчебный корпусЗдание здравоохраненияЦентр по переработке бытовых отходовПромышленное зданиеЗдание государственного управленияКультовое зданиеЖилой домСпортивный комплекс Здание телефонной станцииТранспортное здание

Метод — Методы —Метод подъемной плитыOpus implectumOpus incertumOpus quadratumPantadome systemНабрызг-бетон, нанесенный на внутреннюю часть надутой тканевой формыМетод возведения стенового покрытия

Год завершения

Реклама Будьте в курсе по электронной почте

Информационный бюллетень Structurae