21. Конструкции висячих покрытий. Область применения. Конструктивные схемы. Узлы и детали.
Висячие конструкции представляют собой один из наиболее экономичных видов покрытий, благодаря тому, что материал несущих конструкций работает исключительно на растяжение и несущая способность конструкций используется полностью.Основным несущим элементом для висячих покрытий могут служить металлические канаты, тросы или, как обычно их называют, ванты; металлические полосы и целые листы, металлический прокат, синтетические и другие материалы.Основной недостаток свободно провисающих несущих систем — неустойчивость их формы. Для предотвращения этого необходима стабилизация конструкций. Стабилизацию висячих покрытий выполняют по-разному: а) путем пригрузки до достижения общей массы покрытия 1 кН/м2 (100 кГ/м2), которую ветер не может вывернуть; б) путем ужесточения конструкции — приданием жесткости ее форме; в) посредством предварительного напряжения несущих тросов стабилизирующими тросами.
Однопоясное висячее покрытие на удлиненном плане представляет собой ряд параллельно расположенных канатов с шагом 1,5…3 м и стрелой провеса f, равной 1/10…1/20 пролета. Канаты крепят к бортовым элементам, поддерживаемым колоннами, шаг которых назначают кратным шагу канатов. Примерные размеры сечения бортовых элементов: в направлении канатов – 1/10 шага колонн, другой размер в 1,5…2 раза меньше. Водоотвод обеспечивают постепенным увеличением стрелы провеса канатов от середины к торцам, создавая уклон кровли 1,5…2 %.Функциональные и эстетические соображения приводят к ряду вариаций однопоясных покрытий с использованием промежуточных линейных опор в виде арок или гибких нитей.
Распор нитей может быть воспринят торцовыми конструкциями несущего остова здания – балками, арками, тросами-подборами (рис. 2.9).Как правило, с целью сокращения пролета торцовых конструкций канаты располагают параллельно длинной стороне сооружения. При этом распор арок воспринимают затяжки, а тросов-подборов – распорки или контрфорсы.
Висячие покрытия на круглом плане. Расположение несущих канатов однопоясных висячих покрытий на круглом плане довольно разнообразно и зависит прежде всего от типа кровельного настила и способа стабилизации висячего покрытия. Наиболее естественным выглядит радиальное расположение канатов (рис. 2.11, а). При равномерном загружении покрытия все несущие нити находятся в одинаковых условиях работы, их натяжения равны и поэтому опорное кольцо испытывает сжатие без изгиба в своей плоскости. При овальном очертании опорного кольца его безмоментное состояние может быть обеспечено соответствующим расположением несущих радиальных нитей (изменением центрального угла между ними).
В центре покрытия, где сходятся радиальные канаты, располагают кольцо, которое часто используют для установки зенитного фонаря. Стабилизация покрытия достигается путем пользования железобетонных (часто из легкого бетона) кровельных панелей с замоноличиванием швов при временной пригрузке покрытия. Замоноличивание вогнутой поверхности дает основание называть это покрытие висячей оболочкой положительной гауссовой кривизны.
Висячие конструкции часто целесообразно применять в перекрытиях большепролетных зданий, обеспечивающих существенную экономию стали. Висячие системы используются также при прокладке трубопроводов различного назначения через ущелья, глубокие овраги, большие реки.
Конструктивные схемы висячих покрытий получаются из схем полигональных оболочек {рис. 12.6), Их работа приближается к традиционным висячим конструкциям
Рис. 12.6. Схемы составных висячих покрытий
А — оболочка с квадратным планом (1 — колонны; 2 — боковые оболочки отрицательной кривизны; 3 — ванты; 4 — центральные криволинейные ребра; 5 — центральная оболочка положительной кривизны; 6 — наружный контур покрытия; 7 — дополнительные тросы; 8 — распорки; 9 — плиты); Б — оболочка центрической композиции (1 — Радиальные несущие элементы — Байтовые фермы; 2 — центральное кольцо; 3 — наружное полигональное кольцо; 4 — составляющая оболочка положительной кривизны); В, Г, Д, е — складчатые оболочки с радиальными вантами (7 — складчатая оболочка; 2 — опора; 3,4 — Верхний и нижний пояса радиальных двухпоясных вант; 5, Б — внутренние и наружные кольцевые элементы; 7 — оболочки положительной кривизны)