Типи і особливості роботи висячих конструкцій. Металеві конструкції висотних споруд і багатоповерхових будов

ЛЕКЦІЯ 15

4.2.6. Типи і особливості роботи висячих конструкцій.

Висячими називають покриття, в яких основні елементи конструкцій працюють на розтяг. У цих конструкціях найбільш ефективно використовують матеріали високої міцності. При їх будівництві часто застосовують канати, троси з дроту високої міцності (σ_ц=1200...2400 МПа). Маса цих конструкцій відносно мала. Вони ефективні при великих прольотах /понад 80 м/, практично до 300 м.

            Висячі конструкції бувають таких типів: одно поясні з гнучкими вантами, одно поясні з жорсткими вантами, двопоясні системи, сідлоподібні попередньо напружені покриття, оболонки – мембрани.

            Висячі системи розпірні, тому для сприйняття розпору необхідна анкерна конструкція, вартість якої дуже висока. Часто будови з висячими покриттями проектують круглими в плані, тоді розпір сприймає стиснене кільце.

            Специфічна особливість висячих конструкцій полягає у їх підвищеній деформативності. Пружна деформативності пов’язана за високою міцністю канатів і тросів, а також їх зниженим модулем пружності. Кінематична деформативність викликана тим, що гнучка нитка займає різне положення залежно від виду навантаження. Тому необхідно передбачити стабілізуючі пристрої або попереднє напруження.

4.2.7. Робота і розрахунок гнучких ниток.

Наближено розпір у нитці, що рівномірно навантажена, можна визначити за формулою:               Н = М/f ,

де М – балковий момент,     М = gl² /8,

f – стріла провисання нитки.

            Зусилля у нитці на опорі: 

 Т =

де V – балкова опорна реакція,     V = gl² /2.

Формули для визначення розпору при нерівномірно розподіленому навантаженні з урахуванням деформацій ниток мають складніший вигляд. Найточніший розрахунок здійснюється за допомогою ЕОМ.

4.2.8.Однопоясні висячі покриття.

            Цими покриттями можна перекрити як прямокутний план /рис. 104./, так і круглі в плані будови. Несуча конструкція – система гнучких ниток /вант/, на які у процесі монтажу вкладені залізобетонні плити. Перед замонолічуванням стиків на покриття дається привантаження, яке викликає в нитках напруження на рівні розрахункового опору матеріалу нитки. Після твердіння бетону привантаження змінюється і утворена оболонка стає попередньо стисненою і може працювати на розтяг. Розпір сприймається відтяжками і анкерами. Стабілізація покриття здійснюється за рахунок великої маси покриття і його попереднього напруження.

            При круглих у плані будовах розпір передається на зовнішнє стиснене залізобетонне кільце /що лежить на колонах/ і на внутрішнє сталеве кільце.

            Ці покриття мають просту раціональну конструкцію, але не позбавлені ряду суттєвих недоліків:

1. Прогин покриття в середину будови має незвичний естетичний вигляд.
2. Ускладнена стабілізація однопоясної системи.
3. необхідний внутрішній водовідвід, що при великих прольотах /діаметрах/ важко здійснити.

4.2.9. Двопоясні висячі системи, тросові ферми і комбіновані

системи.

            Від багатьох недоліків попередньої системи винні двопоясні системи /рис.105 /, що складаються з несучих вант /завжди вигнуті донизу/ і стабілізуючих вант /завжди вигнуті догори/.

Рис. 104. Однопоясні покриття з гнучкими вантами:

1 – гнучкий вант

2 – відтяжка

3 – залізобетонні плити

4 – анкер

            Якщо несучі ванти розміщені над стабілізуючими, то їх напружують,

з’єднаючи зі стабілізуючими легкими розтяжками, на які треба небагато металу. При такому компонуванні для кожної системи вант потрібний свій опорний контур /або кільце/.

            При розміщенні стабілізуючих вант над несучими опорний контур /кільце/ може бути спільним, але для попереднього напруження вант необхідні стиснені розпірки, на які вже потрібно значно більше металу.

            Системи попередньо напружують так, щоб зусилля у стабілізуючому ванті було завжди розтягуючим. Саме покриття виконується з легких елементів.

Якщо несучі та стабілізуючі ванти з’єднати похилими вантами – розкосами, то утворюється тросова ферма, всі елементи якої працюють на розтяг, але за умови попереднього напруження всієї системи.

Раціональним є також застосування комбінованих систем, коли жорстку конструкцію /ферму, балку/ підтримують гнучкі ванти.

            Ванти можуть бути і жорсткими – із гнутих двотаврів, вони працюють на згин з розтягом. Ці покриття менше деформуються, ніж із гнучкими вантами. Їх можна будувати без попереднього напруження. Його роль виконує жорсткість елементів. Поперечний переріз жорстких ниток розраховується як такий, що розтягується й згинається.

4.2.10. Мембрані покриття і перехресні системи.

Головна перевага тонкостінної металевої оболонки-мембрани – суміщення несучої та огороджуючої функції та індустріальність виготовлення. Утеплювач і гідроізоляцію покриття вкладають безпосередньо на несучу оболонку.

Форма оболонок-мембран може бути різноманітною: циліндрична, сферична, сідлоподібна, шатрова, чашоподібна, комбінована. Залежно від прольоту товщина листів коливається у межах 2…5 мм.