Висячие (тросовые) покрытия

В гл. 8 (подпараграф 8.6.4) приведены примеры реально построенных до 1971 г. вантовых покрытий ряда сооружений и дана схема сетей вантовых покрытий. В настоящем параграфе рассмотрим проекты и реализованные примеры вантовых покрытий наиболее интересных сооружений конца XX – начала XXI в.

К висячим покрытиям относят тонколистовые мембранные покрытия с гибкими и жесткими несущими нитями, по которым укладывают ограждающие кровельные конструкции из профилированного стального настила или из сборных железобетонных элементов. Используется также монолитный вариант железобетона. В период возведения таких оболочек рабочими элементами пролетной конструкции служат стальные канаты. После замоноличивания в эксплуатационной стадии оболочка работает совместно с вантами. Возможны комбинированные системы висячих покрытий – тонколистовые мембраны, подкрепленные системой гибких (вантовых) или жестких нитей в виде балок, прогонов, ферм или стальных полос.

Наиболее известное висячее покрытие за рубежом, в котором роль несущих элементов играют канаты, а железобетонные панели являются ограждающими элементами, – это седлообразное покрытие стадиона в Калгари (Pengrowth Saddledome), Канада (рис. В.53).

Стадион был открыт 15 октября 1983 г., а строили его для зимних Олимпийских игр 1988 г.

В наших российских климатических условиях расчетная временная нагрузка (снег) может в три раза превышать постоянную нагрузку. При таких соотношениях нагрузок деформации вант будут достигать больших величин. Например, для вантового покрытия диаметром 100 м упругий прогиб от снеговой нагрузки может быть равен 1 – 1,25 м. Утяжеление вантовой конструкции ставит вопрос об экономической целесообразности возведения такого типа сооружения. Поэтому у нас лучше себя показывают преднапряженные железобетонные оболочки на основе вантовых систем.

Ванты из стержневой стали проще всего закрепить при помощи нарезных хвостовиков, снабженных гайкой. Ванты из параллельных пучков высокопрочной проволоки рекомендуется закреплять при помощи гильзостержневых анкеров типа НИИ-200 (рис. 14.21), ванты из мощных пучков – при помощи анкеров стаканного типа с забетонированными загнутыми концами проволок. Оба эти типа анкеров широко применяются в предварительно-напряженные конструкциях, хорошо известны и проверены на практике. Для закрепления вант из стальных канатов можно применять гильзоклиновые анкеры типа ПИИ-200 или втулки (муфты), заливаемые 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. 14.22).

По конструктивным особенностям различают несколько групп висячих покрытий. Однопоясные покрытия получили наибольшее распространение вследствие своей технологичности в изготовлении, простоты в монтаже. Ими можно перекрывать пролеты до 100 м и придавать сооружению самую различную форму. Однопоясные покрытия состоят из системы радиальных или перекрещивающихся растяжек, передающих горизонтальные усилия на жесткие рамы, опорные кольца или балки-затяжки замкнутого контура. Жесткость этих покрытий обеспечивается навеской плит или при-

Зажимы в точках пересечения вант

Рис. 14.22. Зажимы в точках пересечения вант

Типы концевых креплений вант из канатной проволоки

Рис. 14.21. Типы концевых креплений вант из канатной проволоки

грузкой балластом. Под действием нагрузки нити-растяжки растягиваются. В это время швы между плитами омоноличивают, стыки заваривают. За счет упругих деформаций нитей происходит обжатие плит, и конструкция начинает работать как монолитная оболочка. В двухпоясных покрытиях стабилизация поверхности висячих покрытий может быть достигнута устройством двойной системы вант. Верхние и нижние ванты закрепляют анкерами в одном жестком железобетонном кольце. Между обеими системами вант предусмотрен распорный барабан или стоечные распорки, размещаемые между вантами.

При строительстве многофункциональной спортивно-зрелищной арены "Минск-Арена" впервые в Белоруссии применено современное большепролетное вантовое двухпоясное покрытие. Оно выполнено из высокопрочных канатов в виде "велосипедного колеса" диаметром 116,0 м в осях колонн (рис. 14.23). Нижние, несущие, ванты состоят из 27 прядей диаметром 15,7 мм, а каждая из них – из 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.

Каждая из верхних, стабилизирующих, вант диаметром 50 мм состоит из семи прядей диаметром 15,7 мм. Между несущими и стабилизирующими вантами при помощи металлических хомутов установлены металлические трубчатые стойки диаметром 159 мм разной длины, которые создают форму покрытия, обеспечивающую внутренний водосток (рис. 14.24).

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. Верхние, стабилизирующие, ванты с траекторией квадрат-

Трубчатая стойка между несущими и стабилизирующими вантами

Рис. 14.24. Трубчатая стойка между несущими и стабилизирующими вантами

Вантовая двухпоясная система покрытия многофункциональной спортивно-зрелищной арены

Рис. 14.23. Вантовая двухпоясная система покрытия многофункциональной спортивно-зрелищной арены "Минск-Арена". Белоруссия

ной параболы закрепляются на металлические упоры, которые находятся на нижнем внешнем монолитном железобетонном и внутреннем металлическом кольцах. По верху стоек – выше уровня верхних вант – укладываются металлические плиты покрытия в форме трапеций. Их размеры меняются по мере приближения к внутреннему металлическому кольцу (см. рис. 14.23).

В последние годы в парке им. Л. Глобы Днепропетровска построен небольшой летний театр с вантовым покрытием (рис. 14.25). Несущая конструкция покрытия с размерами в плане 47 × 46 м состоит из двух наклонных металлических арок замкнутого прямоугольного сечения, поддерживающих сетку из ортогонально расположенных в плане тросов. Наклонные арки образуют опорный контур покрытия. Несущая система покрытия состоит из несущих тросов, очерченных 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.

Стадион

Рис. 14.26. Стадион "Стад де Франс", висячее вантовое покрытие. Франция, г. Париж, 1998 г.

Совершенно новые возможности висячих вантовых структур открыли знаменитые архитекторы Норман Фостер (рис. В.54), Сантьяго Калатрава (рис. В.55) и Мишель Макари (рис. 14.26). Их сооружения представляют собой отдельную группу висячих покрытий – пилонные покрытия с открытыми вантами (подвесные вантовые покрытия). Так называют висячую систему, которая поддерживается вантами, подвешенными к системе стоек (пилонов) или арок. При этом как пилоны, так и ванты, поддерживающие покрытие, расположены выше него, т.е. на ванты не укладываются ограждающие элементы покрытия.

А закончим параграф, посвященный вантовым покрытиям, представлением Центра собраний Д. Л. Лоуренса в Питсбурге, США (рис. 14.27). Классическое вантовое покрытие подвешено на 15 толстых параллельных тросах к мачтам, стоящим снаружи.

Летний театр в парке им. Л. Глобы. Украина, г. Днепропетровск

Рис. 14.25. Летний театр в парке им. Л. Глобы. Украина, г. Днепропетровск

Центр собраний Д. Л. Лоуренса. США, г. Питсбург, арх. Р. Пиноли

Рис. 14.27. Центр собраний Д. Л. Лоуренса. США, г. Питсбург, арх. Р. Пиноли

Центр официально открыт в 2003 г. Этому зданию было присуждено несколько премий, например высшая премия Института инженеров по строительной механике (Institution of Structural Engineers) за отличную работу строительных конструкций в здании (2004), кроме того, Центру было присуждено 6-е место как самому большому экологическому зданию в США.

В заключение отметим, что вантовое покрытие может быть односкатным и двускатным. При двускатном покрытии уклон может быть направлен как к свесу кровли, так и к середине. Довольно активно используются многопролетные висячие покрытия. Для указанных типов вантовых структур рекомендуется применять для настила легкие материалы: листы из алюминиевого сплава, пластмассы, асбестоцементные листы. Такой настил укладывают и прикрепляют зажимами непосредственно к вантам.

Очень важна проблема защиты вант от коррозии. В качестве защитных средств применяют цинкование, окраску, покрытие пластмассой.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ