Фрагмент для ознакомления
2
Введение
Тонколистовые мембранные покрытия с гибкими и жесткими несущими нитями относят к висячим покрытиям, по этим покрытиям укладывают ограждающие кровельные конструкции из профилированного стального настила или из сборных железобетонных элементов. Монолитный вариант железобетона также используется. Рабочими элементами пролетной конструкции, в период возведения таких оболочек, служат стальные канаты. Оболочка работает совместно с вантами после замоноличивания в эксплуатационной стадии. Тонколистовые мембраны, подкрепленные системой гибких (вантовых) или жестких нитей в виде балок, прогонов, ферм или стальных полос являются возможными комбинированными системами висячих покрытий.
За рубежом, к наиболее известным висячим покрытиям, в котором роль несущих элементов играют канаты, а железобетонные панели являются ограждающими элементами, относятся седлообразное покрытия стадиона в Калгари (Pengrowth Saddledome), Канада. Стадион был открыт 15 октября 1983 года, а строили его для зимних Олимпийских игр 1988 г.
Следует отметить, что расчетная временная нагрузка (снег), в наших российских климатических условиях, может в три раза превышать постоянную нагрузку. Таким образом, при таких соотношениях нагрузок деформации вант будут достигать больших величин. Например, для вантового покрытия диаметром 100 м упругий прогиб от снеговой нагрузки может быть равна 1 - 1,25 м. Осложнения вантовой конструкции ставит вопрос об экономической целесообразности возведения такого типа сооружения. Поэтому у нас лучше себя показывают преднапряженные железобетонные оболочки на основе вантовых систем.
Закрепить ванты со стержневой стали возможно при помощи нарезных хвостовиков, снабженных гайкой. Закрепляются ванты из параллельных пучков высокопрочного провода с помощью гильзостержневых анкеров типа НИИ-200 (рис. 1), ванты из мощных пучков - с помощью анкеров стаканного типа с забетонированными загнутыми концами проволок. Оба эти типа анкеров широко применяются в предварительно-напряженных конструкциях, хорошо известны и проверены на практике. Также для закрепления вант из стальных канатов целесообразно применять гильзоклиновые анкеры типа ПИИ-200, а также втулки (муфты), заливаются специальным сплавом с температурой плавления около 45°С. В вантовых сетях необходимо соединять пересекающиеся ванты. Конструкция такого соединения должна обеспечивать взаимную неподвижность вант в плоскости покрытия (рис. 2).
Различают несколько групп висячих покрытий по конструктивным особенностям. Однопоясные покрытия получили наибольшее распространение вследствие своей технологичности в изготовлении, простоты в монтаже. Кроме этого, ими можно придавать сооружению самую разнообразную форму и перекрывать пролеты до 100 м. Горизонтальные усилия на жесткие рамы, опорные кольца или балки-затяжки замкнутого контура передают однопоясные покрытия, которые состоят из системы радиальных или перекрещивающихся растяжек. Жесткость этих покрытий обеспечивается навеской плит или при-
Рисунок 1. Зажимы в точках пересечения вант
Рисунок 2. Типы концевых креплений вант из канатной проволоки
грузкой балластом. Нити-растяжки растягиваются под действием нагрузки. В это время швы между плитами омоноличиваются, стыки заваривают. За счет упругих деформаций нитей происходит обжатие плит, и конструкция начинает работать как монолитная оболочка. Устройством двойной системы вант может быть достигнута стабилизация поверхности висячих покрытий в двухпоясных покрытиях. В одном жестком железобетонном кольце верхние и нижние ванты закрепляют анкерами. Распорный барабан или стойку распорки, которые размещаются между вантами предусмотрен между обеими системами вант.
Впервые в Белоруссии при строительстве многофункциональной спортивно-зрелищной арены "Минск-Арена" применено современное большепролетное вантовое двухпоясное покрытие. Архитектурное решение представлено высокопрочными канатами в виде "велосипедного колеса" диаметром 116,0 м в осях колонн (рис. 4). Кроме этого, нижние, несущие ванты состоят из 27 прядей диаметром 15,7 мм, а каждая из них - с семи высокопрочных арматурных оцинкованных проволок диаметром 5,2 мм, находящихся в защитной оболочке из полиэтилена высокой плотности. Общий диаметр нижней ванты - 120 мм; расчетная несущая способность одной пряди - 14 т, нижней ванты - 378 т; разрывное усилие пряди - 28 т, нижней ванты - 756 т.
Состав каждой из верхних, стабилизирующих, вантов диаметром 50 мм включает в себя семь прядей диаметром 15,7 мм. С помощью металлических хомутов, между несущими и стабилизирующими вантами установлены металлические трубчатые стойки диаметром 159 мм разной длины, которые создают форму покрытия, что обеспечивает внутренний водосток (рис. 3).
При этом, в такой конструкции, нижние, несущие ванты имеют траекторию кубической параболы и закрепляются на металлические упоры, расположенные на верхнем внешнем монолитном железобетонном кольце диаметром 116 м и нижнем внутреннем металлическом кольце диаметром 12 м в осях. Закрепляются верхние, стабилизирующие, ванты с траекторией квадратной параболы на металлические упоры, находящиеся на нижнем внешнем монолитном железобетонном и внутреннем металлическом кольце.
Рисунок 3. Трубчатая стойка между несущими и стабилизирующими вантами
Рисунок 4. Двухпоясная вантовая система покрытия многофункциональной спортивно-зрелищной арены "Минск-Арена" Беларусь.
Выше уровня верхних вантов, по верху стоек, укладываются металлические плиты покрытия в форме трапеции. Размеры такой конструкции изменяются по мере приближения к внутреннему металлическому кольцу (см. Рис. 4).
Также стоит отметить, что в парке им. Л. Глобы, Днепропетровск, построен небольшой летний театр с вантовым покрытием (рис. 5). Две наклонные металлические арки замкнутого прямоугольного сечения, поддерживающие сетку из ортогонально расположенных в плане тросов, входят в состав несущей конструкции покрытия с размерами в плане 47 × 46 м. Опорный контур покрытия образуется наклонные арки. Таким образом, несущая система покрытия в целом состоит из несущих тросов, очерченный по параболе, и ортогональных им стабилизирующих тросов. Вместе они образуют поверхность гиперболического параболоида. Впервые для подобных конструкций в качестве жесткого диска использованы вместо железобетонных металлические наклонные арки.
Рисунок 5. Летний театр в парке им. Л. Глобы. Украина, г. Днепропетровск
Рисунок 6. Стадион "Стад де Франс", висячий, вантовое покрытие. Франция, г. Париж, 1998 г.
Следует также отметить, что совершенно новые возможности висячих вантовых структур открыли знаменитые архитекторы Норман Фостер, Сантьяго Калатрава и Мишель Макари (рис. 6). Отдельная группа висячих покрытий - пилон представляют собой их сооружения, наглядно их можно представить, как покрытия с открытыми вантами (подвесные вантовые покрытия). Подвешенные к системе стоек (пилонов) или арок поддерживаемые ванты представляют собой так называют висячую систему. Поддерживающие покрытие, как пилоны, так и ванты,
