Тросові ферми - реферат, сторінка 2

Конструктивні форми вантових покриттів

Вантові покриття можна застосовувати для покриття будівель практично будь-якого обриси в плані. Вантові покриття можуть відрізнятися по конструкції заповнення покриття (легкі або важкі покриття) і по геометричній формі поверхні (циліндр, конус, еліпсоїд, гіперболічний параболоїд, складки і т.п.). В якості визначальних ознак різних конструктивних форм прийняті кривизна поверхні покриття і тип тросової системи.

Система з одиночних тросів. Несуча конструкція покриття складається з паралельно розташованих розтягнутих елементів (тросів), що утворюють увігнуту поверхню. Для системи цього типу необхідна важка конструкція заповнення покриття. Заповнення виконують переважно з кессонірованний збірних залізобетонних плит. При малих прольотах покриття бетонне заповнення може бути без попереднього напруження. При великих прольотах необхідно попереднє напруження бетону для обмеження тріщиноутворення, одночасно обмежується деформативність конструкції.

Вантові покриття з паралельними одиночними тросами застосовують для прямокутних в плані будівель (рис.3).

Двухпоясние вантові системи. Несучі елементи таких систем складаються з несучого і стабілізуючого тросів, що мають кривизну разног знака. Двупоясние системи виконують зазвичай у вигляді тросових ферм, в яких несучий і стабілізуючий троси пов'язують між собою стрижнями круглого перетину або тросовими розтяжками (рис. 4).

Переваги двухпоясних вантових систем в тому, що завантаженої власною вагою покриття тросової фермі попереднім напруженням можна надавати обриси, відповідне мотузяною кривої для переважної тимчасового навантаження, при цьому істотно обмежується деформативність конструкції. Тросові ферми відрізняються високим значенням декремента загасання коливань і, отже, достатньою надійністю при динамічних впливах.

Оптимальна величина стріли провисання (підйому) поясів тросових ферм для верхнього пояса становить 1/17 - 1/20, для нижнього пояса 1/20 - 1/25 відповідного прольоту.

На рис. 5 показана схема покриття з тросовими фермами на прямокутному плані. Такі покриття можна застосовувати і для багатопрогонових будівель, оскільки величина горизонтальних складових опорних реакцій, що передаються на анкерні фундаменти, не залежить від числа прольотів.

Системи з одиночних тросів. Покриття цього типу можуть бути в плані різного обриси, найчастіше їх виконують з круговим планом. Розтягнуті елементи (троси) мають у своєму розпорядженні радіально, рідше - по хордам. Круговий покриття у формі увігнутої поверхні обертання обмежуються по контуру стисненим опорним кільцем. Радіальні троси, зусилля в яких однакові при рівномірному навантаженні, прикріплюються в середині до розтягнутого центральному кільцю (рис. 6, а). Встановлюючи в центрі опору, отримують шатрове вантове покриття (рис. 6, б).

Заповнення покриття виконано з кессонірованний збірних залізобетонних плит трапецієподібного обриси різних розмірів.

Вантові покриття з одиночних тросів часто застосовують і для перекриття еліптичних планів. Недолік цього типу покриттів полягає в тому, що зусилля в тросах при рівномірному навантаженні виявляються неоднаковими, внаслідок чого в зовнішньому кільці виникають і стискають зусилля, і згинальні моменти. У ще більшою мірою проявляється цей недолік в покриттях з прямокутним планом. Відомі покриття круглі в плані із застосуванням вантової ферми Яверта: вантове покриття, що включає несучий і стабілізуючий пояса, що утворюють собою вантові мережі з чотирикутними осередками, зміщеними в плані відносно один одного, і об'єднані зигзагоподібними розкосами в пересічні похилі вантові ферми з трикутною геометрично незмінної гратами, відрізняється тим, що несе і стабілізуючий пояса, а також з'єднує їх співпрацівники решітка виконані безперервними зигзагоподібними Вант, які пропущені через встановлені в кутах осередків вантових мереж з'єднувальні елементи замкнутого профілю з криволінійної внутрішньою поверхнею, з утворенням між ними ділянок взаємно перетинаються похилих вантових ферм. Пояси якої об'єднує похила трикутна співпрацівники решітка. Недоліком ферми Яверта є велика власна вага, складність збирання і трудомісткість монтажу.

Складчасті радіальні покриття з вантовими фермами

а - система Яверта (розкоси умовно ас показані); б - варіанти складок при вертикальному розташуванні вантових Дерм

Двухпоясние системи. При конструюванні таких систем використовують ті ж принципові рішення, що і для двухпоясних систем одинарної кривизни або покриттів двоякою кривизни з одиночних тросів.

Деякі форми кругових двухпоясних систем показані на рис. 7; можливі і комбіновані системи з радіальних і паралельних вантових ферм.

Перехресні системи (тросові сітки). Ці сітки утворюються двома взаємно ортогональними родинами паралельних тросів (несучих і стабілізуючих); поверхню покриття при цьому має сідловидну форму.

Застосування перехресних систем дає архітекторам можливість створювати дуже різноманітні форми вантових покриттів (рис. 8).

Для перехресних вантових систем оптимальна величина стріли підйому стабілізуючих тросів становить 1/12 - 1/15 прольоту, а стріли провисання несучих тросів 1/25 - 1/75 прольоту.

Перехресні вантові системи поєднуються з легкими покрівельними покриттями, як, якого часто застосовують збірні плити з легкого бетону або армоцемента.

Зважаючи на малу власної ваги покриттів з тросових сіток істотне значення набуває вітрове навантаження. Існує небезпека появи флатера (динамічної нестійкості) таких покриттів, особливо при малій кривизні.

Конструкції цього типу характеризуються підвищеною чутливістю до температурних впливів. Для них небезпечні також динамічні навантаження, особливо при великих прольотах.

Струнне покриття складається з паралельно розташованих сталевих струн (діаметром до 5 мм), які натягують між жорсткими (нерухомими) торцевими конструкціями. Щоб обмежити прогини струн і запобігти їх підняття при вітровому відсмоктуванні, струни підкріплюються в прольоті балками або фермами, що розташовуються з кроком до 12 м. Така конструкція і може бути використана для протяжних в плані покриттів залізобетонних платформ, складів та промислових будівель.

Інший можливий тип конструкції покриття - ортогональна тросових-балочна сітка, утворена сімейством тросів і сімейством перпендикулярних до них жорстких балок (рис. 9).

Високі міцності властивостей тросів ефективно використовуються в різного роду площинних і просторових конструкціях зі сталі або залізобетону з вантовими підвісками (рис. 10).

Опорні конструкції вантових покриттів

Ці конструкції являють собою плоскі або просторові рами (сталеві або залізобетонні) зі стійками постійної або змінної висоти. Елементами опорної конструкції є ригелі, стійки, підкоси, тросові відтягнення і фундаменти.

Опорні конструкції повинні забезпечувати розміщення анкерних кріплень тросів (вант), передачу реакцій від зусиль в тросах на підставі споруди і створення жорсткого опорного контуру покриття для обмеження деформацій вантової системи.

Характер діючих на опорну конструкцію навантажень від зусиль в тросах залежить від обриси покриття в плані.

У покриттях з прямокутним або квадратним планом троси (або тросові ферми) зазвичай розташовані паралельно один одному. При цьому горизонтальні зусилля розпору виявляються прикладеними в верхніх точках опорної конструкції.

Варіанти вирішення несучих конструкцій і основ (фундаментів):

Передача розпору через жорсткі балки на торцеві діафрагми (рис.11, а). Прикладом такої конструкції (рис. 12) є плавальний басейн в Вупперталі, Німеччина (рис. 13).

Передача розпору на рами, розташовані в порожнинах тросів (рис. 11, б). Прикладом конструкції є Міський зал в Бремені, Німеччина (рис. 14). На рис. 15 показані масивні рами опорної конструкції покриття залу, розташовані з кроком 12,5 м і сприймають розпір від несучих елементів висячого покриття, виконаних з попередньо - напруженого залізобетону.

Передача розпору через тросові відтягнення (мал. 11, в). Конструкції несучих стійок і відтяжок вантового покриття льодового стадіону «Юханнесхоф» в Стокгольмі (рис. 16).

У кругових покриттях троси або тросові ферми розташовуються радіально. При дії на покриття рівномірно розподіленого навантаження зусилля у всіх тросах однакові, а зовнішнє опорне кільце рівномірно стисло. У цьому випадку відпадає необхідність у влаштуванні анкерних фундаментів. При нерівномірному навантаженні в опорному кільці можуть виникати згинальні моменти, які необхідно враховувати і не допускати надлишкових моментів.

Для кругових покриттів застосовують три основні варіанти опорних конструкцій:

- з передачею розпору на горизонтальне зовнішнє опорне кільце;

- з передачею зусиль в тросах на похиле зовнішнє кільце;

- -з передачею розпору на похилі контурні арки, які спираються на ряд стійок, які сприймають вертикальні зусилля від покриття.

Для сприйняття зусиль в арках їх п'яти спирають на масивні фундаменти, або пов'язують затяжками.

Конструктивні елементи і деталі вантових покриттів

Дротові троси (канати).

Основний конструктивний матеріал вантових покриттів - виготовляються із сталевого холоднотянутой дроту діаметром 0,5 ... 6 мм, з межею міцності до 220 кг / мм ». Розрізняють декілька типів тросів:

- спіральні троси (рис. 17, а). що складаються з центральної дроту, на яку спірально навиті послідовно в лівому і правому напрямку кілька рядів круглих дротів;

- многопрядевие троси (рис. 17, б, в). що складаються з осердя (прядив'яного каната або дротового пасма), на який навито односторонньої або перехресної круткой дротові пасма (пасма можуть мати спіральну звивка) в цьому випадку трос буде називатися спіральнопрядевим;

- закриті або напівзакриті троси (рис. 17, г, д). що складаються з осердя (наприклад, у вигляді спірального троса), навколо якого навито ряди дротів фігурного перетину, що забезпечують їх щільне прилягання (при напівзакритому вирішенні трос має один ряд навивки з круглих і фігурних дротів);

- троси (пучки) з паралельних дротів (рис. 17, е). мають прямокутне або багатокутні перетин і пов'язані між собою через певні відстані або укладені в загальну оболонку;

- плоскі стрічкові троси (рис. 17, ж, з). що складаються з ряду кручених тросів (зазвичай чотирьох прядиво) з попеременной правої або лівої круткой, пов'язаних між собою одинарної або подвійної прошивкою дротом або тонкими дротяними пасмами, вимагають надійного захисту від корозії. Можливі такі способи антикорозійного захисту тросів: оцинкування, лакофарбові покриття або мастила, покриття пластмасовою оболонкою, покриття оболонкою з листової сталі з нагнітанням в оболонку бітуму або цементного розчину, обетонірованіе.

Закінчення тросів повинні бути виконані таким чином, щоб забезпечувати міцність закінчення не менш міцності троса і передачу зусиль від троса на інші елементи конструкції.

Кінцеве кріплення тросів

Традиційний вид кінцевого кріплення тросів - петля з плітки (рис. 18, а). коли кінець троса розпускається на пасма, які вплітаються в трос. Для забезпечення рівномірної передачі зусилля в з'єднанні в петлю вкладають коуш. По довжині троси зрощують також плітки, крім закритих з'єднань.

Замість плітки для скріплення і зрощування тросів часто застосовують затискні з'єднання:

- запрессовиваніє обох гілок троса при петлевом кріпленні в овальну муфту з легкого металу, внутрішні розміри якої відповідають діаметру троса (рис. 18, б);

- гвинтові з'єднання. коли кінець троса розпускають на пасма, які укладають навколо стержня з гвинтовою нарізкою, а потім запресовують в муфту з легкого металу (рис.18, в);

- кріплення тросів з заливанням металом. коли кінець троса розплітає, очищають, знежирюють і поміщають в конічну внутрішню порожнину спеціальної муфти-наконечника, а потім заливають муфту розплавленим свинцем або сплавом свинцю з цинком (можлива заливка бетоном);

- клинові кріплення тросів. рідко застосовуються в будівництві;

- стягнуті муфти. застосовувані для коригування довжини тросів при монтажі і їх попереднього натягу.

Анкерні вузли служать для сприйняття зусиль в тросах і передачі їх на опорні конструкції. У попередньо - напружених вантових покриттях вони використовуються також для попереднього натягу тросів.

На рис. 19, а, показана анкеровка радіального троса кругового вантового покриття в стислому опорному кільці. Щоб забезпечити вільне переміщення троса при зміні кута його нахилу, в опорному кільці і прилеглої до нього оболонці покриття влаштовані конічні гільзи, заповнені бітумом. Жорстке опорне кільце і гнучка оболонка розділені деформаційних швом.

Покриття та покрівлі

Вантові конструкції більш деформативність, ніж інші типи конструкцій; тому і покриття по вантах має бути достатньо гнучким, щоб під навантаженням в ньому не утворювалися тріщини і не розкривалися шви. Покрівлі з вантових покриттів виконуються із сталевих або алюмінієвих листів, асфальтної або бітумної маси, руберойду, технічних тканин і т.п. Залежно від призначення споруди покриття може бути теплим або холодним.

Залежно від типу вантової системи застосовують важку або легку конструкцію покриття.

Важкі покриття. Маса їх досягає 170 - 200 кг на кв.м; виконують їх переважно із залізобетону. Іноді використовують армований легкий бетон. Для збірних покриттів іноді застосовують плоскі плити, але в основному ребристі, товщиною (між ребрами) 25 - 35 мм. Збірні плити зазвичай підвішують між тросами; шви між плитами замоноличивают (рис. 20, а, б).

При влаштуванні попередньо-напружених висячих покриттів одинарної кривизни ванти виконують з круглої сталі і розміщують в ребрах, що збираються з окремих залізобетонних елементів; в цьому випадку плити укладають безпосередньо по ребрах (рис. 20, в).

Якщо покриття виконано в монолітному залізобетоні, то бетон укладають з опалубки, що розміщується, нижче тросів, або між ними (рис. 21).

Легкі покриття. Максимальна маса таких покриттів 40 - 60 кг на кв.м. Залізобетон використовується рідко. Заповнення покриття виконують з великорозмірних сталевих або алюмінієвих профільованих листів (рис. 22), які служать одночасно і несучими елементами огорожі, і покрівлею, якщо теплоізоляція відсутня або розміщується знизу (рис. 22, а, б).

Багато вантові покриття виконуються з дерев'яним заповненням (рис.23); перевага такої конструкції є мала маса, простота виготовлення і можливість використання готових збірних елементів.

Перспективні для вантових конструкцій пластмаси, в тому числі склопластикові панелі і тканини з полімерним покриттям.

Кермі, Г. Просторові покриття (конструкції і методи зведення). 2 том. М. Стройиздат, 1974, 247с. Таб.30. мул. 413.