Висячие конструктивные системы

Для перекрытия зданий особенно больших пролетов могут применяться висячие (вантовые) конструктивные системы, перекрывающие пролеты от 50 до 400 м. Несущими элементами в висячих конструкциях, как правило, являются стальные тросы, канаты, полосы и листы, закрепленные в опорных конструкциях. Так как стальные тросы в висячих конструкциях работают на растяжение, то материал несущих элементов этих конструкций используется наиболее эффективно. Так, например, расход стали на 1 м² висячего покрытия пролетом 70-80 м составляет не более 15 кг, а применение металлических ферм или рам для перекрытия такого же пролета потребовало бы расхода металла от 80 до 120 кг на 1 м².

В зависимости от конструктивного исполнения и условий работы несущих элементов различают плоские и пространственные висячие системы. К плоским относят системы, состоящие из основного несущего элемента (троса, каната), или перекинутого через жесткие стойки-пилоны и закрепленного концами к заглубленным в грунт анкерам или закрепленного к бортовым элементам, например, к балкам, которые опираются на заанкеренные стойки-пилоны. При этом тросы и стойки-пилоны с анкерами находятся в одной или параллельных плоскостях. Ограждающая конструкция покрытия укладывается на тросы или подвешивается к ним (рис. 5.19.).

Рис. 5.19.Вариант решения плоской висячей конструктивной системы:

1 – опорный бортовой элемент; 2 – трос (канат); 3 – опорная стойка; 4 - фундамент; 5 – оттяжка; 6 – анкер. Стрелкой показан уклон покрытия для водостока

Пространственная висячая система состоит из опорного контура, имеющего, как правило, криволинейное замкнутое очертание, и опирающегося на колонны или несущие стены, и из системы тросов, образующих криволинейную поверхность. На тросы укладывают или к ним подвешивают ограждающую конструкцию покрытия (рис. 5.20.).

Для обеспечения устойчивости висячих систем, т.е. их стабилизации, используют следующие приемы (рис. 5.21.):

а) пригрузка элементами покрытия, например, железобетонными плитами или утепляющим материалом с массой до 1 кН/ м² (100 кг/ м²) – cхемы 1 и 2 на рис. 5.21.;

б) устройство жесткой по форме конструкции висячего покрытия (например, в виде предварительно напряженной оболочки или провисающей металлической фермы) – схемы 3 и 4 (рис. 5.21.);

в) предварительное напряжение несущих канатов стабилизирующими канатами или другими элементами – схемы 5, 6, 7 и 8 (рис. 5.21.).

Рис. 5.20. Пространственные висячие системы:

а – пространственная висячая система с центральным кольцом (спортивная арена, г.Монтевидео); б – то же, с центральной опорой (автогараж в г.Киев); 1 – опорный контур; 2 – несущие тросы (канаты); 3 – плиты покрытия, подвешенные к канатам на крюках; 4 – центральное кольцо с фонарем; 5 – стена под опорным контуром; 6 – водоотвод; 7 – продольный шов между плитами; 8,9,10 – соответственно паро-, тепло-и гидроизоляция; 11 – крюки для подвешивания плит к канатам; 12 – центральный контур для крепления канатов; 13 – опоры в виде колонн под наружным опорным контуром; 14 – центральная опора; 15 – поперечные швы между плитами,заполняемые бетоном при временной пригрузке покрытия

Разновидностью висячей конструктивной системы является мембранная конструкция покрытия, состоящая из закрепленных в опорном контуре стальных или алюминиевых полос-листов, возможно взаимно пересекающихся и взаимно переплетающихся. При

Рис .5.21. Приемы стабилизации висячих конструктивных систем:

1 – несущие тросы; 2 – предварительно напряженные стабилизирующие тросы; 3 – балки; 4 – плиты покрытия; 5 – мембрана; 6 – утяжеляющий утеплитель; 7 – железобетонные плиты, подвешиваемые к тросам на крюках; 8 – крюки; 9 – швы между плитами, заполняемые бетоном (раствором) под временной пригрузкой покрытия; 10 – провисающая ферма; 11 – трос-струна; 12 – промежуточные опоры для свободного опирания струн; 13 – распорки; 14 – центральный барабан; 15 – растяжки; 16 – диагональные растяжки; 17 – узел соединения несущей и стабилизирующей вант. В верхнем левом углу указаны номера схем стабилизации висячих систем

устройстве мембранных покрытий полосы-листы укладывают на специальные подстилающие элементы (на «постель») в виде направляющих, фиксирующих проектную геометрическую форму по-крытия и обеспечивающих его стабилизацию. В качестве подстилающих элементов могут служить стальные балки, полосы или легкие висячие фермы, располагаемые по направлениям главной кривизны покрытия. Снаружи подстилающие элементы, как и элементы мембраны, крепят к внешнему опорному контуру, а внутри – к центральному растянутому контуру (рис. 5.22.1. и 5.22.2.).

Рис. 5.22.1. Мембранное покрытие диаметром 160 м спортивно-концертного комплекса в Санкт-Петербурге:

а – план покрытия; б – разрез здания

Рис. 5.22.2.Узлы мембранного покрытия диаметром 160 метров (к рис. 5.22.1.)

Преимущество мембранной системы перед висячей состоит в том, что мембрана является одновременно несущей и ограждающей конструкцией, на которую укладывается паро-, тепло- и гидроизоляция.

Выбор конструктивной системы здания зависит от его функционального назначения, которое определяет пролеты между вертикальными опорами, высоту и капитальность здания. При малых пролетах (до 12 м), как правило, применяют коробчатые или стоечно-балочные системы; при значительных пролетах (от 18 до 60 м и более) применяют стоечно-балочные системы, плоские или пространственные криволинейные системы, висячие и складчатые системы из железобетона и металла.

Применение пространственных конструктивных систем в виде сводов, оболочек, куполов, складок, а также сетчатых и висячих конструкций обеспечивает снижение приведенной толщины несущей конструкции и существенную экономию материалов.