27. Висячие покрытия. Общие сведения о конструкциях и их работе под нагрузкой

Висячими называют покрытия, в которых основные элементы пролетной несущей конструкции работают на растяжение.

Висячие системы — системы распорные, и для восприятия распора (го­ризонтальной составляющей натяжения тросов или оболочки) необходима спе­циальная опорная конструкция, стоимость которой может составлять значи­тельную часть стоимости всего покрытия.

К особенностям висячих покрытий относится их повышенная деформативность. Это вызвано тем, что модуль упругости Е витых тросов меньше, чем у прокатной стали, и составляет лишь (1,5—1,8)10 МПа, а область упругой работы высокопрочного материала значительно больше, чем у обыч­ной стали. Таким образом, относительная деформация троса в упругой стадии работы получается в несколько раз больше, чем у элементов из обычной стали.

Повышенная деформативность висячих покрытий определяется также тем, что большинство висячих покрытий относится к системам, геометрически изменяемым.

Однопоясные системы с гибкими нитями. Покрытия представляют собой предва­рительно напряженные железобетонные оболочки, работающие на растяже­ние. Напряженной арматурой в них является система из гибких нитей, на которые во время монтажа укладывают сборные железобетонные плиты. В качестве гибких нитей обычно используют тросы или арматурные стержни. Напряжение оболочки осуществляют одним из следующих способов: а) замоноличиванием швов между плитами расширяющимся бетоном; б) натя­жением тросов после укладки плит пригрузкой их специальной нагрузкой или домкратами с последующим замоноличиванием швов и твердением бе­тона.

Однопоясные системы с изгибно-жесткими нитями.

В покрытиях этой системы в качестве несущих элементов обычно ис­пользуют криволинейные двутавры или фермы, хорошо работающие как на растяжение, так и на изгиб. Их называют изгибно-жесткими нитями. Под действием внешней нагрузки они работают на растяжение с изгибом, причем для уменьшения изгиба от постоянной нагрузки кривую их провеса прини­мают по веревочной кривой от этой нагрузки или на время монтажа уст­раивают в них временные шарниры, превращая их в гибкую нить. При действии неравно­мерно распределенной нагрузки изгибно-жесткие нити начинают сильно со­противляться местному изгибу от кинематических перемещений, чем зна­чительно уменьшают деформативность всего покрытия.

Двухпоясные системы

В покрытиях подобного типа имеются две системы поясов: несущие пояса, имеющие выгиб вниз, и стабилизирующие пояса, имеющие выгиб вверх. Это делает систему мгновенно-жесткой, способной воспринимать нагрузки, действующие в двух различных направлениях (собственный вес покрытия и снег, действующие вниз, вызывают в несущем поясе растяжение, а в стабилизирующем — сжатие и отсос ветра, действующий вверх и вызыва­ющий усилия в поясах обратного знака), независимо от жесткости кровли.

Седловидные напряженные сетки

Сетки покрытий, имеющие выгнутые вниз несущие тросы и выгнутые вверх стабилизирующие тросы, располагаются по поверхности двоякой кривизны (для постоянных сооружений чаще всего по поверхности гиперболического параболо­ида); такая форма поверхности позволяет предварительно напрягать сетку. Сетка двоякой кривизны по своей геомет­рической связности является мгновенно-жесткой системой и подобно двухпоясным системам для устойчивой работы стабилизирующих тросов требует предварительного напряжения.

Металлические оболочки-мембраны

Главными преимуществами этих систем являются совмещение несущей и ограждающей функции и индустриальность изготовления. Утеп­литель и гидроизоляцию кровли в таких системах укладывают непосредст­венно на несущую оболочку, не применяя кровельных плит.

Форма оболочек может быть весьма разнообразной. Существуют покрытия цилиндрическими, коническими, сферическими, чашеобразными, седловид­ными и шатровыми оболочками. Работают они, естественно, по-разному, но пространственность их работы, присущая всем формам оболочек, делает их работу весьма выгодной и позволяет применять листы толщиной 2—5 мм.

Определение усилий в чашеобразной оболочке вращения, прикрепленной по периметру к недеформируемому кольцу и нагруженной равномерно рас­пределенной нагрузкой, может быть выполнено приближенно по безмоментной линейной теории.

Поверхность мембраны принимают по уравнению квадратичного парабо­лоида вращения. Эта форма поверхности обеспечивает при­мерное равенство усилий в оболочке по всей ее поверхности, что дает воз­можность изготавливать ее из стали одинаковой толщины. Поэтому выбор формы поверхности и параметров оболочки имеет большое значение для обеспечения постоянства толщины оболочки по всей ее поверхности, что существенно упрощает ее изготовление.