Конструктивные схемы вантовых покрытий

Вантовые покрытия составляют одну из основных групп пространственных покрытий, к которым относятся также висячие оболочки. Для них характерно наличие в качестве основных несущих элементов провисающих вант, работающих в основном на растягивающие усилия.

В любом вантовом покрытии можно выделить три части: несущую конструкцию, элементами которой служит растянутые ванты (нити), ограждающую конструкцию в виде плит покрытия и опорный контур, воспринимающий усилия от пролетных конструкций.

Для вантовых покрытий характерным также является их сравнительно большая деформативность, в основе, которой лежит геометрическая изменяемость гибких нитей вантовых систем. Поэтому, при проектировании вантовых оболочек предусматривается введение в её конструкцию второй вспомогательной системы вант, служащей стабилизирующей по отношению к основной (рабочей) системе или устройство искусственного «пригруза» путем замоноличивания диска покрытия, приобретающего достаточную жесткость.

По характеру статической работы висячие конструкции делят на следующие шесть групп: 1- вантовые сетки; 2- системы из вант и балок; 3- висячие оболочки; 4- системы из жестких вант; 5- вантовые фермы; 6. комбинированные.

С точки зрения передачи усилий на опоры вантовые покрытия подразделяются на системы с замкнутым и разомкнутым контуром. Системы с замкнутым контуром являются внутренне уравновешенными и передают на нижележащие конструкции только вертикальные силы, в то время как висячие покрытия с разомкнутым контуром передают на каркас здания также и существенные усилия «распора». В последнем случае требуется устройство мощных контрфорсов, пилонов или оттяжек с анкерными якорями.

Принципиальные схемы некоторых вантовых покрытий приведены на рис. 7.1.

Висячие оболочки в виде вантовых сеток отличаются малым расходом стали и эффективны в большом диапазоне пролетов (40…..100 м). Стрелки «провиса» несущих вант принимаются величиной равной 1/15…….1/25 пролета. Стабилизирующие ванты рационально делать более пологими со стрелками – 1/30…..1/40 пролета. Площади сечения этих вант обычно в 2-4 раза меньших несущих. Основной конструкцией, воспринимающей горизонтальные усилия от преднапряженной мембранной оболочки, является опорный контур, проектируемый чаще всего в монолитном или сборно-монолитном железобетоне.

 

Рисунок 7.1. Схемы вантовых покрытий: А - вантовые сетки; Б - висячие оболочки; В - радиальные ванты; Г - вантовые фермы; 1- колонны; 2 - опорный контур; 3 - ванты; 4 - внутреннее опорное кольцо; 5 - ванты с разной кривизной; 6 – жесткие распорки; 7 – оттяжки.

 

Сечение опорного контура следует развивать в горизонтальной плоскости, что уменьшает расход стали и повышает жесткость всей вантовой системы. В радиальных вантовых системах в центре устраивается внутреннее контурное кольцо, испытывающее растягивающие усилия. Поэтому в качестве таких элементов применяют металлические опорные контуры. Конструкция их должна также предусматривать центровку сходящихся радиальных вант в центре тяжести контура. Так как угол «заложения» вант к внутреннему кольцу может меняться, то предусматриваются опорные сферические шайбы или цилиндрические шарниры, что позволяет «концевикам» вант следовать за поворотом опорного контура (как это показано на рис. 7.2).

Кровельные панели в вантовых покрытиях выполняют две функции:

1) ограждение внутреннего пространства и перекрытия здания;

2) несущей конструкции покрытия в висячих железобетонных оболочках в виде жесткого сборно-монолитного диска.

В первом случае панели делаются из легких материалов – гнутых металлических листов, дерева, армоцемента. Их прочность должна быть достаточной для работы «на пролет» между вантами.

Во втором случае железобетонные панели рассчитывают на усилия, получаемые из расчета всей висячей оболочки.

 

Рисунок 7.2. Конструктивная схема «концевика» вант: 1-ванта;

2-сферический шарнир анкерного устройства ванты; 3-анкер ванты;

4-внутренний опорный контур вантовой системы; анкер ванты на

опорном контуре.

 

Принципиальная схема опорного контура типового здания цирка с вантовой перекрестной системой и монолитным железобетонным кольцом приведена на рис. 7.3 и 7.4.

Опорный контур запроектирован в виде монолитного железобетонного кольца размером в поперечном сечении 1.75 х 0.85 м как две эксцентрично вписанные друг в друга окружности радиусами 24 и 29.5 м. Внутри опорного контура устанавливается закладные трубчатые детали для пропуска через них «концевиков» вант. Последние закрепляются анкерными устройствами на опорный контур с предварительным натяжением на «бетон» в три последовательных этапа. Технология устройства опорного монолитного контура требует предварительного монтажа «коренных» лесов, представленных на рис. 7.6. Перекрестная система вантового покрытия представлена двумя сетками: рабочей и стабилизирующей. Каждая ванта с целью обеспечения большой гибкости и технологической податливости при монтаже самой системы запроектирована из сдвоенного стального троса диаметром 60 мм. Вантовая оболочка, таким образом, представляет собой перекрестную систему 19 пар вантовых нитей, образующих ячейки покрытия размером 2.4 х 2.4 м. Поэтому же «габариту» ячейки вант запроектированы сборные плиты покрытия, которые закрепляются на вантовой сетке с помощью арматурных выпусков. Узел вантовой оболочки с деталями вант и плит покрытия представлены на рис. 7.5.

 

 

Рисунок 7.3. Схема опорного контура вантовой системы цирка в г. Уфе: 1- опорный контур; 2- кирпичные стены;

3 - рабочие ванты; 4 - стабилизирующие ванты; 5 - плиты вантовой оболочки; 6-трибуны цирка; 7-монтажный

кран СКГ-30 для монтажа трибун; 8-башенный кран БКСМ-5-5А; 9-коренные неинвесторные леса;

10 - опалубка контура; 11 - служебные помещения.

Рисунок 7.4 (вид по «А»): 1- наружный опорный контур; 2 - внутренний опорный контур; 3 - рабочие нити вантовой системы; 4 - стабилизирующие нити вантовых систем; 5- плиты покрытия вантовой оболочки.

 

 

Рисунок 7.5. Схема узла покрытия вантовой системы цирка: 1-сдвоенная ветвь вантовой системы; 2,3-плиты покрытия размером 2400х2400х450мм; 4-арматурные выпуски из плит для закрепления их по вантам; 5-армокаркас плит; 6-армокаркас монолитного шва плит.