Висячие и вантовые покрытия

Висячие и вантовые покрытия составляют один из наиболее экономичных видов пространственных покрытий благодаря тому, что материал несущих конструкций работает исключительно на растяжение и несущая способность конструкций используется полностью. Пролетная часть вантовых покрытий образована сетью несущих гибких нитей (вант) с последующей укладкой на нее ограждающих элементов для обеспечения их совместной работы между собой и с опорным контуром.

Основной недостаток свободно провисающих несущих систем - неустойчивость их формы. Для предотвращения этого необходима стабилизация конструкций. Стабилизацию висячих покрытий выполняют посредством различных приемов: а) путем пригрузки для создания устойчивости при большом ветровом давлении; б) путем «ужесточения» конструкции - придания жесткости ее форме; в) посредством предварительного напряжения несущих тросов стабилизирующими тросами.

В любом вантовом покрытии можно выделить три части: несущую конструкцию из растянутых вант, плиты покрытия и опорный контур, воспринимающий усилия от пролетной конструкции.

Особое положение в ряду висячих покрытий занимают легкие вантовые, предварительно напряженные конструкции, вес которых обычно значительно меньше 1 кН/м2 и устойчивость которых обеспечивается лишь за счет предварительного напряжения конструкции покрытия. Такие покрытия выполняются в двух вариантах: как однопоясные конструкции (или предварительно напряженные вантовые сетки) и как двухпоясные (или предварительно напряженные вантовые фермы). В обоих случаях имеются два вида вант: несущие, которые всегда выгнуты книзу, и предварительно напряженные - стабилизирующие, которые всегда выгнуты кверху (рис. 1.13, 1.14) [7].

Однопоясные покрытия с радиальными вантами

Рис. 1.13. Однопоясные покрытия с радиальными вантами: а - вогнутое на круглом плане; б, в - шатровые на квадратном и прямоугольном планах: 1 - несущая, 2 - наружное сжатое кольцо;

  • 3 - внутреннее растянутое кольцо; 4 - колонна; 5 -угловая опора;
  • 6 - дополнительные ванты
Взаимное расположение вант в двупоясных покрытиях

Рис. 1.14. Взаимное расположение вант в двупоясных покрытиях:

1 - распорка; 2 - стабилизирующая ванта; 3 - несущая ванта; 4 - бортовой; 5 - подвеска

Характерными представителями жестких вантовых сетей являются сети с поверхностью типа «гипар». Наиболее характерные схемы вантовых сетей, определяемые в основном особенностями геометрии и жесткости их контура, показаны на рис. 1.15 [4, 8].

Примером висячего покрытия является покрытие Дворца спорта «Юбилейный» в Санкт-Петербурге (рис. 1.16). Круглое в плане здание диаметром 93 м и высотой 22 м имеет в покрытии несущие и стабилизирующие тросы, которые перекрещиваются у опор, что, с одной стороны, уменьшает общую высоту покрытия, а с другой - позволяет ограничиться только одним опорным кольцом из сборного железобетона. В покрытии применен плоский настил из листовой стали толщиной 2 мм, напряженный путем натяжения несущих тросов, что позволило уменьшить массу покрытия.

Тросовые сети седловидных поверхностей с опорным контуром

Рис. 1.15. Тросовые сети седловидных поверхностей с опорным контуром:

а - смешанным (арки+тросы); б - в виде двух наклонных арок; в - то же, со средней аркой; г - из двух пар наклонных ферм; д - в виде пространственного эллипса; е - из четырех тросов-подборов; ж: и - комбинированным

Дворец спорта «Юбилейный» в Санкт-Петербурге является самой популярной площадкой для проведения концертно-зрелищных и спортивных мероприятий по фигурному катанию, хоккею, баскетболу, волейболу, а также всевозможных выставок и ярмарок.

Покрытие типа «велосипедное колесо». Дворец спорта «Юбилейный» в Санкт-Петербурге

Рис. 1.16. Покрытие типа «велосипедное колесо». Дворец спорта «Юбилейный» в Санкт-Петербурге

С архитектурной точки зрения представляет интерес висячее покрытие, в котором несущие тросы подвешены одним концом к пространственной арке, а другим - к опорному кольцу по периметру покрытия, что особенно удобно для покрытия больших спортивных арен. В покрытии Большого спортивного бассейна в Токио вместо мощных арок применены тросы, подвешенные к пилонам, стоящим за пределами трибун (рис. 1.18). Оттяжки скрыты в торцовых пристройках.

Сетчатое, многомачтовое покрытие выставочного павильона ФРГ в Монреале

Рис. 1.17. Сетчатое, многомачтовое покрытие выставочного павильона ФРГ в Монреале:

1 - тросы-подборы; 2 - оттяжки; 3 - мачты под верхнее опирание тросов-

подборов

Спортивный бассейн в Токио. Архитектор Кензо Танге 1.9. Мембранные покрытия

Рис. 1.18. Спортивный бассейн в Токио. Архитектор Кензо Танге 1.9. Мембранные покрытия

Мембранные покрытия, состоящие из свободно провисающих или предварительно натянутых металлических листов, имеют то преимущество перед вантовыми конструкциями, что мембраны являются одновременно и несущей, и ограждающей конструкцией. К недостаткам мембранных покрытий следует отнести больший расход металла, чем в вантовых конструкциях.

Мембранные конструкции - типичные представители висячих конструкций. Отсутствие изгибной жесткости вызывает необходимость стабилизации покрытия для обеспечения нормальной эксплуатации. Мембранные покрытия, как и вантовые системы, стабилизируют пригрузом покрытия; предварительным напряжением оболочки путем притягивания мембраны к опорному контуру; изменением геометрии покрытия с помощью натяжения вантовых ферм; притягиванием поперечных балок к основанию оттяжками; введением в конструкцию изгибно-жестких элементов в виде криволинейных ферм или балок. Выбор способа стабилизации определяется типом мембранного покрытия, его размером, формой плана, конструкцией опорного контура и т. п.

Спортивные арены делают с мембранными висячими покрытиями (рис. 1.19). Величина провисания их зависит от размера в плане и силы натяжения.

Покрытие представляет собой тонкий 2-6-миллиметровый стальной лист, натянутый на жесткий контур. Стабильное положение мембраны обеспечивают канатными или другими конструкциями, которые

Мембранное покрытие

Рис. 1.19. Мембранное покрытие:

1 - колонны, 2 - стабилизирующие канаты, 3- .жесткий опорный контур (кольцо), 4 - мембрана из стального листа, 5 - техническая площадка (пригруз), б - внутреннее растянутое кольцо

прикрепляют снизу. Мембрану крепят к наружному опорному контуру, работающему на сжатие, и к внутреннему кольцу, работающему на растяжение.

Внашейстранемембранныепокрытияпримененынанесколькихспор- тивных объектах Москвы. Самое крупное сооружение Олимпиады-80 - универсальный стадион на проспекте Мира размером 224x183 м перекрыт провисающей мембраной толщиной 5 мм (рис. 1.20). Мембрана стабилизирована радиально-кольцевой системой ребер. По контуру мембрана закреплена в монолитном железобетонном кольце сечением 5,0x1,75 м, бетонируемом в металлической опалубке, включенном в работу контура и опертом на стальные колонны, расположенные по периметру оболочки с шагом 20 м [3].

Другой принцип стабилизации мембраны применен в универсальном спортзале в Измайлове. Металлический лист закреплен в прямоугольном опорном контуре. Отвод воды с этой провисающей мембраны осуществляется за счет высоких отметок диагональных металлических лент, т.е. меньшей стрелы провисания этих лент, на которые опирается мембрана. Такая свободно провисающая мембрана пригружена утеплителем и гидроизоляционным ковром, вес которых обеспечивают ее устойчивость при воздействии ветра.

Третий тип мембранного покрытия смонтирован над велотреком в Крылатском. Комбинированное покрытие велотрека размером 168x138 м состоит из двух миллиметровых мембран двоякой кривизны, натянутых на пересекающиеся металлические арки. Внутренние арки связаны между собой металлическими фермами, пространство между которыми служит для освещения велотрека дневным светом.

Крытый универсальный стадион «Олимпийский» в Москве

Рис. 1.20. Крытый универсальный стадион «Олимпийский» в Москве: а - план; б - продольный разрез; 1 - мембрана; 2 - ребра жесткости; 3 - опорный контур; 4 - монтажный блок с мембраной; 5 - связи

Решение кровли в мембранных покрытиях ничем не отличается от обычных традиционных решений: пароизоляция, утеплитель, выравнивающая стяжка, гидроизоляционный ковер. В сплошных мембранных покрытиях-оболочках при плотном соединении тонких металлических листов между собой пароизоляции не требуется - её функцию выполняет тонкий лист. Учитывая деформативность мембранных покрытий, цементная стяжка под ковер усиливается армированием ткаными стальными сетками, а ковер - стеклотканью. В напряженных седловидных покрытиях утеплитель располагают между слоями лент или подклеивают изнутри к несущей ленте. Верхняя напрягающая лента служит одновременно и гидроизолирующим слоем.

Рассмотренные в главе основные типы покрытий большепролетных общественных зданий и сооружений, способы их опирания могут бесконечно варьироваться, модифицироваться и сочетаться друг с другом в соответствии с функциональным назначением объектов и творческим замыслом архитектора. Детальные вопросы конструирования покрытий рассматриваются в специальной литературе.

Литература

  • 1. Архитектурные конструкции: учебник для арх. вузов /под ред. З.А. Казбек-Казиева.-М.: Высш. шк., 1989.
  • 2. Архитектурное проектирование общественных зданий и сооружений : учебник для архит. вузов /под общ. ред. И.Е. Рожина и А.И. Урбаха. -М.: Стройиздат, 1985.
  • 3. Дыховичный, Ю.А. Большепролетные конструкции сооружений Олимпиады-80 в Москве / Ю.А. Дыховичный. - М., 1982.
  • 4. Кирсанов, Н.М. Висячие и вантовые конструкции / Н.М. Кирсанов. -М., 1981.
  • 5. Морозов, А.П., Василенко, О.П., Миронков, Б.А. Пространственные конструкции общественных зданий / А.П. Морозов, О.П. Василенко, Б.А. Миронков. Под ред. А.П. Морозова. Л., 1977.
  • 6. Морозов, А.П. Общественные здания и пространственные конструкции / А.П. Морозов, М.З. Терановский [и др.]. -Л., 1972.
  • 7. Му ханов, К. К. Металлические конструкции / К. К. Му ханов. - М.: Стройиздат, 1976.
  • 8. Отто, Ф. Тентовые и вантовые строительные конструкции / Ф. Отто, Ф. Н.Шлейер-М.: Стройиздат, 1970.
  • 9. Пономарев, В.А. Архитектурное конструирование: учебник для арх. вузов / В.А. Пономарев. - М.: Архитектура-С, 2008.
  • 10. Трущев, А.Г. Пространственные металлические конструкции: учеб, пособие для вузов / А.Г. Трущев. - М.: Стройиздат, 1983.

Источники иллюстраций

Рис. 1.2,1. http://i047.radikal.ru/1403/17/c46f997ae03d.jpg Рис. 1.2,2. http://modulo.net/files/chunks/5971fda20fc46ef46d8b45el/5al 547a2a0d55638d2000521 .jpg

Рис. 1.6. http://fototelegraf.ru/wp-content/uploads/201 l/10/novyi-vokzal-v-kitae-1 jpeg Рис. 1.12,а. http://image-cf.tatil.com/hotelimages/ljSXNQW/10986830 870x618 jpg Рис. 1.12,6. http://www.binoculars-travel.ru/images/theatre/novosibirskij- teatr.jpg

Рис. 1.17. http://900igr.net/up/datas/238738/021 .jpg

Рис. 1.18. http://archi-story.ru/wp-content/uploads/2014/12/K_Tange_04.jpg

Рис. 1.20. http://msk.mr7.ru/wp-content/uploads/1280px-Moscow_05- 2017_img48_01impiysky_Arena.jpg

Глава 2

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >