§ XIV.8. Висячие покрытия

Висячими покрытиями можно перекрывать

помещения особенно больших размеров (стадионы, спортзалы,

выставочные павильоны, рынки, кинотеатры, крупные

производственные здания). Образуются они из системы

вант (гибких тросов), удерживаемых на жесткой

опорной конструкции (кольцах, рамах, арках), и кровельного;

ограждения из сборных плит (железобетонных с приме|

нением легкого бетона, армоцементных многослойны^

или иных плит). ч

Различают висячие покрытия с одиночной системой

вант, имеющие поверхности однозначной или разнознач*

ной кривизны (рис. XIV.35—XIV.37), и с двойной

системой вант (рис. XIV.38). Висячими покрытиями можно пе;

рекрывать помещение любого очертания в плане

(прямоугольные, круглые, овальные, многоугольные и иные).

На рнс. XIV.35—XIV.37 приведены лишь основные

разновидности висячих покрытий; в практике встречается

значительно большее их разнообразие.

Висячие покрытия устраивают достаточно пологими^

их стрела провисания f в центре покрытия составляет^

обычно Ую—7з5 долю основного размера плана.

Ванты в висячих покрытиях применяют с радиальным^

расположением в плане (рис. XIV.35, a; XIV.37, б\

XIV.38), с ортогональным (рис. XIV.35,6, в, е;

XIV.37, а, б; XIV.38, а, б), а также полигональной

системы (рис. XIV.36).

488

Рис. XIV.35. Схемы висячих покрытий с поверхностями двоякой од-

иозиачиой кривизны, с одиночной системой радиальных и

ортогональных вант

;«— круглое в плане с радиальным расположением вант; б — то же,

^ортогональным расположением вант; в — овальное в плане; г — пря-

'ыоугольное в плане; 1 — ванты; 2 — опорное жесткое кольцо

(замкнутая рама); 3— плиты кровельного ограждения

Применяют также висячие покрытия с поверхностью

одинарной кривизны (цилиндрической) с вантами одного

направления в плане (рис. XIV.39), закрепляемыми на

контурных прямолинейных жестких брусьях. Реакции

вант воспринимаются наружными оттяжками или

внутренними упорами (используемыми в спортивных и других

помещениях для зрительных трибун). Покрытия с

вантами одного направления могут делаться и безраспорными,

- если применить двухпоясную систему вант по схеме рис.

XIV.38, б.

; Монтируют висячие покрытия без лесов и подмостей.

, В этом их существенное преимущество перед другими

I пространственными покрытиями.

Свободно подвешенная на жестком контуре мембра-

йа висячего покрытия обладает ничтожной жесткостью

йа изгиб и потому весьма деформативна в поперечном

направлении. С изменением вида нагрузки заметно

изменяется ее геометрическая форма, что наблюдается,

например, при концентрации снежных отложений или прч

ветровых отсосах на подветренных частях покрытий с

вогнутыми поверхностями. Чтобы обеспечить стабильность

геометрической формы, железобетонные висячие

покрытия необходимо предварительно напрягать.

Покрытия, приведенные на рис. XIV.35, могут

подвергаться предварительному напряжению двумя способами.

489

ч

ч /

X'

Рис. XIV.36. Схемы висячих

покрытий с поверхностями

двоякой однозначной кривизны, с

одиночной полигональной ван-

товой системой

1 — главные (угловые) ваиты;

2 — вспомогательные ваиты;

3~ контурная рама

В)

Рис. XIV.37. Схемы висячих покрытий с поверхностями двоякой дву«

значной кривизны, с одиночной системой вант, с опиранмем

а —по контуру; б— иа два фундамента; в —по контуру и на

центральную опору; 1 — ваиты; 2 — опорное кольцо (арка); 3 — илиты

кровельного ограждения

1. Ванты натягивают домкратами после замоноличи-

вания швов плит кровельного ограждения. В этом

случае ваиты размещают в каналах, полости которых

впоследствии заполняют раствором.

2. Ванты натягивают до замоноличивания швов плит

кровельного ограждения с помощью монтажной пригруз-

ки, размещаемой на плитах или на подвесках к вантам.

После заполнения швов раствором и приобретения им-

проектной прочности пригрузку снимают. В результате

перекрытие приобретает предварительное напряжение.

В обоих способах предварительного напряжения

висячих покрытий кровельное ограждение играет активную

роль.

Покрытия, изображенные на рис. XIV.37, а, б, имеют

геометрическую форму, стабильность которой достигает-

490

-у/s,y///////

/

7

\

///////////////У///77/7//////,

8)

Y7777/ '//'///V.

Рис. XIV.38. Схемы висячих покрытии с двойной системой вант

а—с опорным кольцом и одним распорным элементом; б — то же,

с несколькими распорными элементами; в — многокольцевое с

центральным распорным элементом н осесимметричным ридом распорных

элементов; 1 — плнты кровельного ограждения; 2 — напригающне

ванты; 3 —опорное жесткое кольцо (замкнутая рама); 4 — несущие

ванты; 5 —распорный барабан; б —стоечные распорки;

7—промежуточное кольцо верхнее; 8 — то же, нижнее

ся натяжением поперечных вант, уложенных на

продольные свободно подвешенные на контуре ванты.

В висячих покрытиях с двойной системой вант (рис.

XIV.38) Нижняя несущая система приобретает

предварительное напряжение при натяжении верхней

напрягающей системы вант.

При этих способах предварительного напряжения оно

осуществляется проще, но на устройство вант

расходуется больше стали. Кровельное ограждение в этих системах

играет менее активную роль.

Висячие покрытия имеют хорошие

технико-экономические показатели, близкие лучшим показателям других

видов пространственных тонкостенных покрытий.

При расчете висячих покрытий полагают, что вся

нагрузка покрытия воспринимается одними вантами;

кровельное ограждение может работать только на сжатие;

ванты могут работать только на растяжение, они

совершенно гибки (без поперечной жесткости на изгиб) и не-

растяжимы.

491

Расчет висячих покрытий при нагрузке любого вида

в общем случае представляет сложную задачу. Однако

для отдельных симметричных конструкций при

некоторых видах нагрузок возможны простые решения.

Расчет покрытий с радиальным расположением вант.

Покрытие, круглое в плане, с расстоянием между

вантами b (по периметру покрытия), нагружено равномерно

распределенной (по• проекции покрытия) нагрузкой q

(рис. XIV.40, а). Каждую нить при такой нагрузке

рассчитывают самостоятельно (рис. XIV.40,б).

Учитывая, что опоры ванты находятся на одном

уровне и что реактивное давление направлено по

касательной к оси ванты в месте закрепления, вертикальные

составляющие опорных реакций ванты в силу симметрии

грузовой схемы

A = B=zO,5qbr. (XIV.63)

Составим уравнение моментов сил на левой половине

ванты относительно точки О (рис. XIVАО,б), находим

H = qbrWfe. (XIV.64)

Ванты рассчитывают на усилие

Сжимающее усилие N в кольце (рис. XIV.40,в),

находящемся под погонным радиальным давлением Ну =

=*Н/Ь:

N = Нхг = ?г76/с. (XIV.65)

Расчет покрытий с ортогональным расположением

вант. Пологое покрытие, эллиптическое в плане,

загружено равномерно распределенной (относительно

проекции покрытия) нагрузкой (рис. XIV.39).

В висячем покрытии возникает только безмоментное

напряженное состояние. Оно описывается уравнением

(XIV.1), в котором должно быть принято Nxy=0

(касательные силы ничем не воспринимаются). Принимая во

внимание выражения (XIV.2) и (XIV.3), получаем

Nx д*г!дх* + Ny дгг1ду1 = —q. (XIV.66)

С помощью этого уравнения решаются два варианта

задачи.

Вариант 1. Известны: нагрузка q и натяжение Nx=

==Ny (одинаковое в обоих направлениях); требуется

определить уравнение поверхности.

492

- 6)

1 j

Грузовая

площадь

XIV.39. Схема висячего

ытия с поверхностью оди-

ной кривизны

(цилиндрической), с вантами одного на-

f правления в плане

Ь—поперечный разрез здания;

Ш — план (часть здания); 1—

(ЮНтурный прямолинейный

железобетонный брус; 2 — ванты;

у— кровельные плиты; 4 — ко-

Яонна; 5 —упор; б —оттяжки

Рис. XIV.40. К расчету

висячего покрытия, круглого в плане,

с радиальным расположением

ваит

В—план; б—расчетная схема

ванты; в — расчетная схема

опорного жесткого кольца

Ряс. XIV.41. К расчету

висячего покрытия, эллиптического в

майе, с ортогональным

расположением вант

t—геометрическая схема;

> — расчетная схема покрытия

в плане

. Форма поверхности висячего покрытия, эллиптическо-

о в плане, загруженного равномерно распределенной на-

рузкой, близка к поверхности эллиптического параболо-

(да (рис. XIV.41, а):

, (XIV. 67)

493

где а н Ь — известные параметры эллипса в плане; / — искомая стрел

ла провисания поверхности. Щ

Кривизны этой поверхности 1

(Х1У.6в|

Стрелу провисания можно определить, использовав

в уравнении (XIV.66) принятое натяжение и кривизиьг

поверхности (XIV.68): '

/ = qa*b*/2Nx (a? + ft2). (XIV.69$

Вариант II. Заданы нагрузка и уравнение

поверхности; требуется определить усилия Nx и Ny в покрытии

(рис. XIV.41,6). !

Положим, что покрытие загружено равномерно

распределенной нагрузкой q; его поверхность описывается1

уравнением (XIV.67).

Рассматривая четвертую часть покрытия (рис*

XIV.41,6), примем условие, чтобы изгибающий момент

в опорном кольце был равен нулю в точках Л и В. Из

уравнения моментов сил, действующих иа выделенную

часть кольца, взятых относительно точки С, находим

Nxb* = Nya?. (XIV. 70)

Используя это соотношение в уравнении (XIV.66) при

кривизнах (XIV.68), находим

Nx = qa*/4f н Nv = qbV4f. (XIV. 71)

Несмотря на различные значения усилий Nx и Ny^

нагрузка покрытия q распределяется на ванты обоих на^

правлений поровну, а именно с учетом выражений;

(XIV.68) и (XIV.71), 3

qx = -Nx д*г/ dxl = (qa*/4f) B//ог) = q/2. !

Аналогично находим, что qy=q/2. I

Нетрудно показать, что при данных условиях опорное!

кольцо испытывает центральное сжатие ие только в

ках Л и В, но и по всей длине.

Для висячего покрытия в форме гиперболического

раболоида (см. рис. XIV.37, о) уравнение и натяжений

поверхности следуют зависимостям: |

-hlylb)*', (XIV.5

Nv = pb42h. (I

Здесь ваиты продольного направления воспринимаю^

нагрузку q полиостью и еще «пригрузку» р, образующую

юся от натяжения поперечных вант. <

Усилия в вантах гиперболического параболоида боль*

494

, чем в вантах эллиптического параболоида. Опорное

аьцо работает на внецентренное сжатие.

Отметим, что в рассмотренных задачах распор Н по

шне вант не меняется, усилие же в них

. (XIV. 74)

десь Q — поперечная сила, вычисленная для вант по аналогичной

алочнон схеме от доли нагрузки, приходящейся на ванты данного

Исправления.