Фермы из тросов

Фермы из тросов находят широкое применение для покрытий большепролетных зданий благодаря сравнительной жест­кости и экономичности. Они имеют в ос­нове плоскую систему (ферму), состоящую из несущего и стабилизирующего тросов, предварительно-напряженных за счет со­здания контактного давления, которое пе­редается через соединительные элементы (решетку фермы) (Рис.23). предварительное натя­жение повышает жесткость покрытия, осо­бенно при местных нагрузках.

Существует несколько типов ферм из тросов, различающихся расположением тросов, а

Рис. 22. Схемы вантовых покрытий:

а — вантовые сетки; б — системы из вант и балок; в — висячие оболочки; г — системы из «жестких» вант; д — вантовые фермы; е — комбиниро­ванные конструкции; / — несущие ванты; 2 — стабилизирующие ванты; 3 — наружный опорный контур; 4 — колонны каркаса; 5 — внутренний опорный контур; 6—внутренняя опора; 7 — балки; 8 — оттяжки; 9 — железобетонные кровельные плиты; 10 — «жесткие» ванты; // —легкие кровельные плиты; 12 — вантовые фермы; 13 — шпренгельный вантовый пояс; 14 — вантовые подвески; 15 — пространственная плита

Рис. 23. Принципиальная схема основного несущего каркаса и радиально Байтового покрытия здания Дворца спорта «Юбилейный» в Ленинграде:

/ — наружное железобетонное опорное контурное кольцо; 2 — железобетонные колонны каркаса; 3 — вантовые фермы; 4 — кровельные стальные панели; 5 — внутренние стальные опорные кольца

также схемой соединительной решетки. Имеются фермы с вертикально расположенными соединительными элемен­тами, сжатыми или растянутыми в зави­симости от относительного расположения несущего или стабилизирующего тро­сов. Предварительное натяжение таких ферм осуществляется вытяжкой одного из тросов. Большой жесткостью, как в статическом, так и в динамическом отношении отли­чаются фермы с диагональной решеткой. В них исключаются кинематические пере­мещения, свойственные фермам с верти­кальными соединительными элементами. Однако эти фермы более трудоемки в монтаже, поскольку требуется натяже­ние каждого из диагональных элементов в отдельности.

Двояковыпуклые фермы с поясами, пе­ресекающимися на опорах, выгоднее по расходу материала на контурные элементы и удобнее для организации водостока. В фермах двояковогнутого очертания рас­ходуется меньше материалов на соедини­тельную решетку, а которой действуют только растягивающие усилия, а меньшая высота — у ферм с поясами, пересекающи­мися в пролете.

Фермы из тросов на прямоугольном плане требуют устройства оттяжек, заанкеренных в грунт посредством специальных фундаментов, работающих на выдергива­ние. Эти анкерные устройства удорожают стоимость покрытия. Для уменьшения уси­лий, передающихся на фундаменты, целе­сообразно применять легкие кровельные панели.

Фермы из тросов монтируются без лесов, навесным способом, натяжение тро­сов ведется до проектной отметки.

Конструкция покрытия представляет собой систему тросовых ферм, напряженных во время монтажа. Такая конструкция обла­дает повышенной жесткостью и способна выдержать значительные внешние на­грузки. Распор ферм воспринимается по наружному периметру здания сжатым опорным кольцом, в центре — металличе­скими растянутыми кольцами. В радиаль­ной ферме два поясных троса — несущий и напрягающий (стабилизирующий) — со­единены между собой связями. Несущий трос воспринимает все нагрузки приходя­щиеся на покрытие, напрягающий служит для создания предварительного напряже­ний системы и повышения жесткости по­крытия при действии неравномерных на­грузок и нагрузок ветрового отсоса На­прягающий трос может находиться сверху над несущим тросом, под ним или пере­секаться с несущим тросом е любой точке.

В зависимости от места и положение напрягаемого троса связи между поясами выполняются либо в виде сжатых стоек-распорок, либо из растянутых тяжей. Стрела провисания несущих тросов принимается равной 1/ 15—1/ 25. а стабилизирую­щих тросов — 1/25— 1/30 пролета. Располо­жение напрягающего троса с пересече­нием несущего более выгодно, так как в этом случае при прочих равных условиях значительно уменьшается строительная вы­сота покрытия, а следовательно, и объем здания; кроме того, достигается некоторая экономия материалов за счет уменьшение длины сжатых стоек-распорок, и в зоне пе­ресечения тросов образуется естественна' ендова, удобная для организации водо­стока.

Поскольку вантовые фермы после их предварительного натяжения выполняют роль лишь несущей конструкции, то в каче­стве ограждающего элемента покрытий це­лесообразно применять легкие панели из гнутых стальных профилей, алюминия или других материалов.

СЕТКИ ИЗ ТРОСОВ

Большепролетные покрытия в виде се­ток из тросов с линейчатой поверхностью, образуемые за счет криволинейного кон­тура, отличаются разнообразием архитек­турных форм, соответствующих тем или иным функциональным особенностям зда­ния или сооружения. Как правило, сетки из тросов представляют собой систему прови­сающих (несущих) и вспарушенных (стяги­вающих) тросов, образующих при пересечении ячейки, близкие к ортогональным. (Рис.24). Иногда применяются более сложные си­стемы — с треугольными или шестиуголь­ными ячейками.

Сетки из тросов после их предвари­тельного натяжения приобретают значи­тельную жесткость за счет ограничения ки­нематических перемещений тросов, входя­щих в систему, и не нуждаются в специаль­ном пригрузе. Кровля выполняется из лег­ких кровельных плит.

Наиболее простая форма поверхности в виде сеток из тросов — гиперболический параболоид. Но на практике встречается большое разнообразие форм поверхностей отрицательной гауссовой кривизны. В каж­дом случае их использование обосновы­вается архитектурным замыслом.

Рассматриваемые системы могут быть с замкнутыми и разомкнутыми контурами, в первом случае тросы натянуты на кольцо, изогнутое в пространстве относительно го­ризонтальной плоскости, во втором—на две противоположно направленные, от­дельно стоящие под углом друг к другу арки. Нижние точки контура связываются затяжкой. При загружении покрытия вре­менной нагрузкой усилия в несущих тро­сах возрастают, а в стягивающих — умень­шаются, поэтому контур невозможно сде­лать полностью безмоментным. В связи с этим контурные элементы таких систем имеют сильно развитые сечения.

Возведение таких покрытий сравни­тельно трудоемко. Каждый из тросов на­прягается усилием, величина которого в большой степени зависит от погрешно­стей изготовления элементов и монтажа. Тем не менее, благодаря своей архитектур­ной выразительности и хорошим экономи­ческим показателям эти системы все чаще привлекают внимание проектировщиков.

Начало внедрения сеток из тросов в строительство было положено Мэтью Но­вицким, разработавшим в 1950 году проект покрытия Рэлей-арены в Северной Каролине (США). Покрытие представляет собой две наклонные параболические арки, между которыми натянута седлообразная тросовая сетка. Размеры сооружения 92X Х97 м.

Одной из первых конструкций в виде сетки из тросов, возведенных в нашей стране, было покрытие эстрады в Таллине. Седлообразная оболочка на овальном плане образована сеткой из тро­сов и овальным контуром. Контур покры­тия решен в виде двух арок. Задняя арка из монолитного железобетона опирается на стену эстрады. Передняя навесная арка представляет собой забетонированную стальную трубу диаметром 2 м и опирается на железобетонные контрфорсы. Поверх­ность оболочки, близкая к гиперболиче­скому параболоиду, образована сеткой из стальных тросов с шагом 3 м, покрытых, деревянными щитами.

Висячая седловидная сетка из тросов с контуром из двух наклонных арок обра­зует покрытие над киноконцертным залом в Харькове. Размеры покрытия в горизон­тальной проекции 48X45 м. Две наклон­ные железобетонные арки параболиче­ского очертания образуют опорный контур покрытия и передают основные нагрузки на монолитные опорные фундаменты. В ка­честве несущих элементов покрытия в про­дольном направлении приняты пучки высо­копрочной стальной проволоки. В попе­речном направлении — канаты, с помощью которых проводилось предварительное натяжение покрытия в период монтажа.

Рис. 24. Последовательность монтажа (а — е) двухслойного ленточ­ного покрытия отрицательной гауссовой кривизны:

/ — стабилизирующие ленты; 2 — несущие ленты; 3 — утеплитель; 4 — ленты с гер­метикой

поверх канатов и пучков уложены армоцементные плиты одного типа (размеры 1 X 2 м) толщиной 30 мм.

Седлообразное покрытие сооружения отвечает его функциональному назначению и позволяет ра­ционально использовать подтрибунное про­странство.

На круглом плане применяется сетка из тросов шестиугольной структуры. Конструк­ция представляет собой систему вант, на­тянутых на опорный внешний контур, очер­ченный по окружности. Предварительное натяжение сетки создается притягиванием ее к центральной опоре, верхняя часть ко­торой располагается ниже уровня внеш­него опорного контура. В результате полу­чается поверхность вращения отрицатель­ной гауссовой кривизны. Так как усилия на­тяжения воспринимаются непосредственно бортовыми элементами, вантовая сетка шестиугольной структуры обладает доста­точной жесткостью, не зависящей от типа ограждающих конструкций.

Сеть образуется из элементов, сходя­щихся в одном узле под углом 120 . Пре­имуществом такой системы являете я равен­ство усилий в этих элементах. Форма и размеры всех ячеек покрытия одинаковы. Это позволяет использовать для оболочки один типоразмер шестиугольной железобе­тонной плиты. Большие возможности вантовых конструкций в виде сеток из тросов на про­извольном плане были продемонстриро­ваны при возведении покрытий Олимпий­ского комплекса в Мюнхене в 1972 г. Пло­щадь свободного плана размером свыше 75 тыс. кв. м перекрыта огромной тросовой сеткой из предварительно-напряженных стальных канатов, поддерживаемых в от­дельных точках шарнирно-опертыми мач­тами. Опорные мачты выполнены из труб и имеют высоту от 38 до 77 м. Мачты вос­принимают сжимающие усилия, которые достигают 5 тыс. тс.

СЕТКИ ИЗ ТРОСОВ И БАЛОК

Для прямоугольных и круглых в плане зданий часто используют конструктивные схемы покрытий в виде сеток из тросов и балок. (Рис.22). Такие покрытия получили распро­странение в строительстве благодаря срав­нительной простоте расчета, конструирова­ния и возведения. Они образуются несу­щими тросами с системой поперечных ба­лок (в частности, железобетонных плит) которые выполняют роль элементов, уже­сточающих покрытие и равномерно распределяющих нагрузку на тросы. Сами тросы изготавливаются из канатов, стержневой арматуры и профильной стали. Тросы располагаются параллельно образуя цилиндрическую поверхность; с небольшим постепенным понижением по направлении; от центра к торцам здания для водо­сброса, или радиально образуя сфериче­скую поверхность,

Обычно распор тросов воспринимается оттяжками, заанкеренными в грунте. Qт конструкции анкерного закрепления и от грунтовых условий зависит экономичность всего покрытия. Существует несколько ти­пов закреплений: с помощью анкерных плит, обычных и винтовых свай, работаю­щих на выдергивание коробов, прокладываемых туннельным способом, балластных массивов из бетона или камня и пр.

В некоторых случаях, когда здание или соружение имеет небольшую протяжен­ность, распор через горизонтальные балки передается на торцевые диафрагмы или распорки.

Необходимая жесткость покрытия мо­жет быть достигнута заделкой поперечных неразрезных балок в боковые стены, при­менением тяжелых плит и утеплителя, вве­дением специальных оттяжек, замоноличиванием железобетонных плит под пригрузом. Последний способ связан с трудо­емкими работами по загружению покрытия балластной нагрузкой и ее последующим снятием. При замоноличивании железобе­тонных плит под нагрузкой вантовая си­стема превращается в подобие жесткой оболочки и обладает способностью воспри­нимать изгибные напряжения.

Основной недостаток этого вида ви­сячих покрытий для прямоугольных зда­ний— необходимость применения дорого­стоящего и трудоемкого анкерного за­крепления, однако простота монтажа са­мих вант навесным способом без предва­рительного напряжения, особенно при больших пролетах, часто оказывается решающим фактором, определяющим выбор этой системы.

В зданиях с прямоугольным или ква­дратным планом при восприятии распора можно избежать сложных анкерных устройств. Для этого могут быть приме­нены вантовые конструкции в виде сеток из тросов и распорок. В основу конструк­ции положен принцип восприятия распор­ных усилий от вант сжатыми стержнями, связанными по всей длине с узлами Бай­товой сетки. Наиболее целесообразно при­менять для таких систем сетки с поверхностью гиперболического параболоида, в которых сжатые стержни располагаются вдоль прямолинейных образующих. При этом распор каждой пары соответствующих друг другу несущих и стягивающих вант в виде продольных сил передается на распорку и контурные элементы, не вызы­вая изгиба контурных балок в горизон­тальной плоскости. Устойчивость сжатых распорок обеспечивается связью их с уз­лами сетки из тросов. Сами распорки мо­гут быть из не разрезных стержней или шарнирно соединенных жестких элементов (шарнирной цепи). Увеличение жесткости покрытия достигается горизонтальными за­тяжками вдоль стягивающих тросов. Кон­турные элементы могут быть выполнены как балки, опирающиеся на колонны, рас­положенные по периметру здания, или как фермы — на весь пролет (в случае блоки­ровки двух или нескольких ячеек). Наибо­лее рационально применение для этих си­стем кровельных панелей из легких мате­риалов. Возможна укладка железобетон­ных плит с последующим замоноличива-нием швов, превращающих кровлю в жест­кую оболочку. Монтаж покрытия ведется без лесов, навесным способом, последо­вательно от периферии к центру.

ВИСЯЧИЕ ОБОЛОЧКИ

Жесткость вантовым системам можно придать путем устройства жесткого покры­тия из плит ограждения, используя для этой цели железобетонные плиты, замоноличенные между собой. В этом случае си­стема покрытия состоит из опорного же­лезобетонного контура, несущих тросов и железобетонных плит ограждения, моно­литно связанных с тросами и опорным кольцом. Висячие оболочки имеют некоторые преимущества перед сжатыми, благодаря которым они получили значительное рас­пространение в строительной практике. Так как они работают в основном на растяже­ние, то значительно снижается опасность потери устойчивости; отношение радиуса кривизны к толщине плиты покрытия мо­жет достигать 1:1000, Поскольку прочность оболочки обеспечивается системой растя­нутых тросов, расход бетона на покрытие снижается и, что особенно важно, умень­шаются собственная масса конструкции и нагрузки, передаваемые на опоры.

Характерная особенность этого типа покрытия состоит в том, что висячая железобетонная оболочка становится таковой только в условиях ее предварительного обжатия. Причем напряжения в бетоне оболочки должны превышать напряжения., вызываемые временной нагрузкой,, на 20— 25%. В этом случае бетон оболочки всегда сжат и растягивающие напряжения в бе­тоне не появляются. Это обеспечивает большую жесткость покрытия и неизменяе­мость его формы (рис. 25).

Монтировать висячие оболочки можно без лесов, После монтажа наружного опорного контура навешивают тросы. По тросам укладывают сборные железобетон­ные или армоцементные плоские или реб­ристые плиты. Швы между ними замоноличиваются под пригрузом, укладываемым на покрытие до бетонирования швов. Обжатие может производиться и натяжением тро­сов, выполняемым после замоноличивания швов.

Висячие оболочки часто используются для покрытия рынков. Так, крытый рынок на 410 торговых мест, построенный в Киеве по проекту КиевЗНИИЭПа, перекрыт пред­варительно-напряженной висячей оболоч­кой диаметром 52 м. Ванты выполнены из стержневой арматуры с шагом 2 м по на­ружному контуру. При навесном монтаже плит (семь типоразмеров) внутреннее кольцо поднималось с поддерживающих опор. Швы замоноличивались после напря­жения покрытия пригрузом из бетонных блоков. Этот проект повторно применяется для стооительства рынков в Ровно, Харькове, Днепропетровске. В Киеве возведен крытый рынок на 486 торговых мест. Центральный зал с раз­мерами в плане 42/42 м перекрыт также висячей оболочкой. Бортовой элемент обо­лочки закреплен на железобетонных стой­ках и на четырех монолитных пилонах, расположенных в серединах сторон квадрата плана. Высоты стоек переменные, возра­стающие от пилонов к углам здания. Пере­пад высот составляет 6,1 м. Бортовой без­распорный контур оболочки образован че­тырьмя плоскими наклонными рамами из монолитного железобетона. Ортогональная вантовая сеть из стержневой арматуры подвешена параллельно диагоналям плана к бортовому элементу. Для получения не­обходимой формы покрытия вантовой сети придавалось предварительное напряжение. На вантовую сеть навешивались сборные плиты двух типоразмеров. Монтировалось покрытие навесным способом без применения лесов.

Рис. 25. Форма поверхности отдельно стоящих висячих покрытий:

а, г — нулевой гауссовой кривизны; б, в — положительной гауссовой кривиз­ны; д,„и — отрицательной гауссовой кривизны

Основным несущим элементом обо­лочки является радиальная вантовая си­стема из тросов. Опорное кольцо сборно-монолитное. Центральное стальное кольцо диаметром 12 м имеет сечение в виде двух сварных швеллеров. На него опи­рается световой фонарь. Оболочка соби­рается из сборных керамзитобетонных плит, укладываемых на тросы. Предвари­тельное напряжение оболочки произво­дится натяжением радиальных тросов.

Для большепролетных круглых в плане зданий часто появляется возможность уста­новить центральную опору. В этом случае висячая оболочка образует шатровое по­крытие. Покрытием гаража на 500 автобу­сов в Киеве является шатровая система в виде 84 радиальных вант из стальных ка­натов закрытого типа. Диаметр покрытия 160 м. Распор вант воспринимается сжатым наружным и растянутым внутренним опор­ным контурами. На ванты навешены желе­зобетонные ребристые плиты семнадцати типоразмеров. Швы между плитами за­полнены цементно-песчаным бетоном на расширяющемся цементе, который должен был, по мнению авторов, обеспечить на­пряжение оболочки.

ПОКРЫТИЯ С ЖЕСТКИМИ ВАНТАМИ

В ряде случаев при проектировании висячего покрытия возникает необходи­мость отойти от статически рациональной формы провисающей крыши и получить решение, отвечающее архитектурному за­мыслу авторов. С этой целью проектиров­щики вместо тросов применяют стержне­вые элементы из профильной стали. Эти конструкции более материалоемки, чем оболочки из тросов, но перерасход компен­сируется архитектурными достоинствами сооружения, а также тем, что в покрытии используется более дешевый металл и при­меняются более простые способы изготов­ления и монтажа. Жесткая ванта представ­ляет собой ряд стержневых элементов из профильного металла, шарнирно соединен­ных друг с другом и образующих при за­креплении крайних точек на опорах сво­бодно провисающую нить. (Рис. 26, 27).

Использование прокатного металла вместо тросов целесообразно также в ус­ловиях строительства на территориях, уда­ленных от высоко индустриализированных центров, например при строительстве на Крайнем Севере. Доставка с завода про­катных металлических сечений не представ­ляет больших затруднений, а соединения жестких вант между собой и с опор­ными конструкциями не требует применения сложных анкерных устройств и высо­коквалифицированной рабочей силы. Неко­торая изгибная жесткость, присущая кон­струкциям с жесткими вантами, позволяет им воспринимать без существенных дефор­маций различного рода неравномерные нагрузки.

Из зарубежных стран наибольшее рас­пространение жесткие ванты получили в Японии. Всемирно известный Олимпий­ский комплекс в Токио, построенный в 1964 году, включает в себя два сооруже­ния, выполненных с применением жестких вант. Размер покрытия плавательного бас­сейна— 120X214 м. Основную поддержи­вающую часть его представляют два пи­лона высотой 39,6 м, к которым подвешены два главных несущих кабеля. Каждый ка­бель состоит из 31 проволочного троса. Кабели закреплены в точках подвеса с по­мощью специальных седельных шарниров и заанкерены в фундаментных блоках. Го­ризонтальные составляющие усилий в кабелях воспринимаются балочными распор­ками в виде безраскосной фермы с высо­той в середине пролета 16,8 м. Эта часть покрытия используется

в качестве светового фонаря. К несущим кабелям с шагом 4,5 м подвешиваются жесткие ванты, выполненные из сварных двутавров высотой 500—1000 мм. Другой конец жестких вант крепится на железобетонном наружном контуре, являющемся одновременно кон­струкцией трибун.

Вдоль здания по жестким вантам с ша­гом 1,5—3 м располагаются предваритель­но-напряженные тросы. Стальные листы, соединенные между собой на сварке и уложенные по прогонам, служат ограж­дающей конструкцией покрытия. Примене­ние описанной системы с жесткими ван­тами позволило не только подчеркнуть национальный характер японской архитек­туры, но и обеспечить устойчивость формы покрытия от ветровых нагрузок.

Неподалеку от Фуд­зиямы построено здание общественных со­браний эллиптической в плане формы с осями 110,7 и 82,9 м. Седловидное покрытие выполнено с применением жестких вант и имеет перепады по высоте от 20,1 до 55,5 м от уровня земли. Широкополочные двутавры (36 штук) высотой 1,2 м, погнутые в вер­тикальной плоскости, закреплены одним концом в опорное железобетонное кольцо, другим — в центральное стальное кольцо диаметром 10,1 м. Радиальные ванты пере­менной длины (от 40 до 55 м) объединены семью концентрическими вантами, также выполненными из стальных профилей. Соб­ственно оболочка покрытия собрана из же­лезобетонных панелей заводского изготов­ления с применением легкого бетона.

Рис. 26. Стабилизация по­крытий пригрузом (а) и с исполь­зованием изгибно-жестких эле­ментов (б):

1 — мембрана; 2 — пригруз; 3 — основные (продольные или радиаль­ные) ребра; 4 — вспомогательные (поперечные или кольцевые) ребра

Рис. 27. Схема каркаса и вантового покрытия здания плавательного бассей­на в Ленинграде:

/ — шпренгельные вантовые усиления внешнего контура; 2 — скатные балки-оттяжки; 3 — поперечные железобетонные коньковые балки; 4 — «жесткие* ванты из прокатного двутавра; 5 — замкнутый железобетонный контур; 6 — колонны каркаса; 7 — шпрен-гельное усиление скатной балки

Основным достоинством этого покры­тия явилась его высокая устойчивость к воздействию ветрового отсоса и флаттера (изгибно-крутильных колебаний) без установки специальных ветровых связей и предварительного напряжения. Это до­стигнуто благодаря применению жестких вант и повышению постоянной нагрузки на покрытие.

МЕМБРАНЫ

Висячие оболочки из различных листо­вых материалов (сталь, алюминиевые сплавы, синтетические ткани и пр.) принято называть мембранами. Мембрана сохра­няет форму, заданную ей до приложения нагрузки (выпуклостью вниз), в связи с чем полностью реализуются прочност­ные свойства материала, а в одном конструктивном элементе совмещаются несу­щие и ограждающие функции. (Рис. 28 - 30).

Форма покрытия позволяет полностью использовать пролет сооружения при ми­нимальной кубатуре зала и создает бла­гоприятные условия для улучшения его акустических качеств. Важное преимуще­ство мембран по сравнению, например, с железобетонными висячими оболоч­ками— большие возможности индустриа­лизации их изготовления и монтажа, по­скольку элементы мембран могут выпол­няться на заводе и доставляться на стройку свернутыми в рулоны.

Эффективность мембранных покрытий возрастает, если для повышения их жест­кости вместо тяжелых кровель и специаль­ного пригруза применить предварительное натяжение путем введения в совместную работу с мембраной вспомогательной си­стемы конструкций, например напрягающих тросов. Напрягающие тросы, кроме повы­шения жесткости конструкции и сопротив­ляемости подъемной силе ветра, благопри­ятно влияют на работу покрытия при не­равномерных нагрузках и улучшают его динамическую устойчивость.

Стрела провиса мембранных покрытий принимается 1/15—1/25 диаметра, тол­щина — в зависимости от пролета и усло­вий эксплуатации. По контуру мембрана подвешивается к стальному или железобе­тонному опорному кольцу. Элементы ее соединяются между собой заклепками или высокопрочными болтами. При этом ниж­ние стыковые накладки могут служить од­новременно «постелью» для раскладки элементов мембраны во время монтажа. Это дает возможность возводить покрытие без сплошных поддерживающих лесов.

Мембраны могут применяться не только на круглых и овальных, но также и на прямоугольных, квадратных и других формах плана. При этом контур решается таким образом, чтобы он мог восприни­мать распорные усилия, возникающие в мембране. Для мембран на прямоуголь­ном плане обычно принимают цилиндрическую поверхность покрытия, на круглом плане — сферическую или коническую.

Рис. 28. Покрытия из переплетенных лент на оваль­ном (а) и многоугольном (б) плане:

1 — мембрана из переплетенных лент; 2 — опорный контур; 3—водоприемная воронка; 4 — гидроизоляционный ковер; 5 —утеплитель; 6— подкрепляющая система

Рис. 29. Стабилизация покрытий предварительным натяжением:

а — притягиванием мембраны к контуру; б — изменением геометрии покры­тия; в, г, д — с помощью натяжения вантовых ферм; е — притягиванием поперечных балок к основанию; / — мембрана; 2 — стабилизирующие ван­ты; 3 — центральный пригруз; 4 — оттяжка

Рис. 30 Узлы примыкания мембраны к опорному контуру:

1 — мембрана; 2 — опорный контур; 3 — опорный столик; 4 — подкладка

Целесообразность применения кониче­ских мембран обусловлена тем, что их по­верхность позволяет наиболее простым способом — приложением необходимого по величине груза в вершине конуса или по периметру растянутого внутреннего кольца— обеспечить только растягивающие на­пряжения в мембране и значительно сни­зить ее кинематические перемещения при неравновесных нагрузках. В то же время при действии на покрытие равномерно распределенной нагрузки коническая форма значительно менее выгодна, чем сферическая.

В конических мембранах материал на­ходится в условиях, близких к одноосному растяжению, а при нагрузке в вершине — в условиях только одноосного растяжения. При одинаковых геометрических характе­ристиках покрытия и равномерно распре­деленной нагрузке в конических мембра­нах меридиональные усилия примерно в два раза, а кольцевые в четыре превы­шают усилия, возникающие в сферических мембранах. С точки зрения экономики это имеет большое значение, поскольку опорный контур в конических мембранах при одних и тех же условиях должен вос­принимать в два раза большую нагрузку. Этот недостаток ограничивает область ра­ционального применения конических мем­бран пролетами до 60 м.

Из зарубежных объектов, перекрытых мембранами, обращает на себя внимание стальная листовая мембрана покрытия спортивного зала в Австрии. Покрытие диа­метром 112 м представляет собой конусо­образную провисающую мембрану, защем­ленную по контуру в железобетонное опорное кольцо. Предварительное напря­жение оболочки осуществлялось подвеской в центре инженерного оборудования.

Оболочка сварена из стальных листов размерами 6X3 м, толщиной от 4 до 8 мм.

Сверху оболочка покрыта защитным поли­мерным составом, предохраняющим сталь от коррозии. Снизу на оболочку напылен слой асбеста толщиной 3 см, играющий роль тепло- и звукоизоляции, а также противопожарной защиты покрытия.

КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

При проектировании большепролет­ных сооружений встречаются здания, в ко­торых целесообразно применить не какой-либо определенный класс висячих конст­рукций, а комбинацию простого конструк­тивного элемента (например, балки, арки, плиты) с натянутым тросом. Такое сочета­ние позволяет объединить в одной конст­рукции преимущества составляющих ее элементов. Некоторые типы комбиниро­ванных конструкций известны давно. Это шпренгельные конструкции, в которых верхний пояс-балка работает на сжатие, а металлический стержень или трос вос­принимает растягивающие усилия. В шпренгелях открывается возможность наиболее полно использовать свойства материалов, располагая их в нужном сочетании, умень­шить усилия в элементах системы за счет увеличения высоты сечения конструкции и соответственно плеча внутренней пары сил. В более сложных конструкциях, при­меняя последние достижения в проекти­ровании висячих систем (узлы и детали Байтовых решений), появляется возмож­ность упростить конструктивную схему и получить экономический эффект по срав­нению с традиционными большепролет­ными схемами. Так, для Дворца спортив­ных игр «Зенит» в Ленинграде (пря­моугольного в плане здания с размерами 72X126 м) была применена арочно-вантовая ферма, входящая как элемент в по­перечную блочную раму каркаса (Рис.31).

Несущий каркас этого зала решен в виде десяти поперечных рам с шагом 1-2 м и двух торцевых фахверковых стен. Каждая из рам выполнялась в виде блока из двух наклонных U-образных колонн-подкосов, четырех колонн-оттяжек и двух арочно-вантовых ферм. Ширина каждого блока 6 м. Железобетонные колонны-под­косы защемлены в подошве и шарнирно примыкают к арочно-вантовой ферме. Колонны-оттяжки вверху и внизу закреп­лены шарнирно.

В арочно-вантовой ферме внешние усилия распределяются между сжатым верхним поясом — аркой и нижним — ван­тами, вызывая в них примерно равные усилия. Уравновешивание сил распора происходит, в основном, в самом покры­тии. Этим данная система выгодно отлича­ется от чисто вантовых конструкций, кото­рые на прямоугольном плане требуют постановки оттяжек, контрфорсов или дру­гих специальных устройств. Предваритель­ное напряжение вант обеспечивает значи­тельное снижение моментов в арке, возни­кающих при некоторых видах нагрузок.

Сечение стальной арки двутавровое, высота сечения 900 мм. Ванты выполнены из канатов закрытого типа с заливными анкерами. Очертания вант приняты по кривой давления от постоянно действую­щей части нагрузки. Монтаж конструкции велся блоками 12 - 72 м, собираемыми в пределах строительной площадки. Каж­дый блок устанавливался на проектную от метку с помощью двух кранов.

Железобетонная плита, подкрепленная шпренгелями, применена для покрытия де­вяти секций с размерами в плане 12 х 12 м универмага в Киеве. Верхний пояс каж­дой ячейки системы набирается из девяти плит размером 4 - 4 м. Нижний пояс вы­полнен из перекрестных арматурных стерж­ней. Эти стержни шарнирно закреплены к диагональным ребрам угловых плит, что позволяет замкнуть усилия системы внутри нее, передавая наа колонну лишь вертикальную нагрузку.