ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВИСЯЧИХ ПОКРЫТИЙ

6.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ВИСЯЧИХ ПОКРЫТИЙ

Висячими называют покрытия, в которых главная не­сущая пролетная конструкция работает на растяжение. Она может быть образована из стальных стержней, ка­натов, тросов, прокатных профилей, а также может представлять собой металлическую или железобетонную предварительно напряженную оболочку. Возникающие в ее элементах растягивающие усилия в дальнейшем бу­дем условно называть тяжением нитей, а их горизон­тальную составляющую — распором.

Висячие покрытия за последние годы нашли широ­кое применение в спортивных и выставочных сооружениях, гаражах, крытых рынках, городских залах общего назначения, некоторых производственных зданиях и дру­гих сооружениях. Этому способствует ряд преимуществ висячих покрытий перед традиционными конструктивны­ми формами покрытий, к которым можно отнести следу­ющие:

1. Работа несущих конструкций на растяжение, что позволяет более полно использовать материал, посколь­ку несущая способность таких конструкций определяет­ся прочностью, а не устойчивостью. Это особенно важно при применении высокопрочных материалов, и висячие покрытия являются одной из наиболее перспективных конструктивных форм для применения относительно бо­лее дешевых (так как увеличение прочности материалов опережает рост их стоимости) высокопрочных мате­риалов.

Полное использование несущей способности высоко­прочного материала ведет к уменьшению собственного веса несущей конструкции и, следовательно, позволяет наиболее эффективно перекрывать большие пролеты; с ростом пролета преимущества висячей конструктивной формы покрытия увеличиваются, что хорошо подтверж­дается практикой мостостроения; уже существуют мосты пролетом 1000 м и более.

2. Большое разнообразие архитектурных форм вися­чих покрытий позволяет применять их для зданий само­го различного назначения — от покрытия небольших ко­ровников и теплиц до покрытия крупных общественных зданий.

3. Транспортабельность элементов висячих покрытий (тросов в бухтах, металлических оболочек — в рулонах) и почти полное отсутствие вспомогательных подмостей при монтаже делают их достаточно индустриальными.

4. Малый собственный вес несущей конструкции ее повышенная деформативность делают ее сейсмостойкой, так как резко уменьшается сейсмический импульс на конструкцию.

Однако висячие покрытия имеют и недостатки, от удачного преодоления которых часто зависит эффектив­ность применения системы в целом.

1. Висячие системы — системы распорные, и для вос­приятия распора (горизонтальной составляющей тяжения тросов или оболочки) необходима специальная опор­ная конструкция, способная воспринять эти горизонтальные силы; стоимость опорной конструкции может составлять значительную часть стоимости всего покрытия. Желание уменьшить стоимость опорной конструкции пу­тем повышения эффективности ее работы приводит к преимущественному использованию покрытий круглой, овальной и других непрямоугольных форм плана, кото­рый плохо согласуется с современной планировкой про­изводственных зданий; в этом одна из причин недоста­точно широкого применения висячих покрытий для про­изводственных зданий.

2. К специфическим особенностям висячих покрытий относится их повышенная деформативность. Она связа­на, во-первых, с повышенными упругими деформациями применяемых высокопрочных материалов и особенно тросов, в которых нормальные напряжения в несколько раз больше, а модуль упругости Е меньше, чем в обыч­ной конструкционной стали. Таким образом, относитель­ное удлинение элементов конструкции оказыва­ется значительно большим, чем в традиционных конст­рукциях. Во - вторых, повышенная деформативность вызвана геометрической изменяемостью большинства систем висячих покрытий, в которых при нагружении их нагрузкой, отличающейся по своему характеру распре­деления от ранее действовавшей, появляются кинемати­ческие перемещения, вызванные изменением формы рав­новесия системы (для нити — изменение формы верёвоч­ной кривой) и сопровождающиеся изменением ее напряженного состояния. В-третьих, она обусловлена горизонтальной деформацией опор, их податливостью в распорных висячих системах.

Повышенная деформативность висячих покрытий за­трудняет герметизацию кровли, применение висячих по­крытий в зданиях с крановым оборудованием, приводит в некоторых случаях к аэродинамической неустойчиво­сти покрытий и усложняет их расчеты.

Чтобы уменьшить деформативность покрытия, применяют специальные мероприятия, стабилизирующие его, которые, естественно, увеличивают стоимость покрытия.

3. К недостаткам висячих покрытий можно отнести также трудность водоотвода с покрытия.

Конструктивная форма висячих покрытий весьма разнообразна, но по характерным особенностям работы несущей конструкции большинство из них можно услов­но разбить на несколько групп (рис. 1):

а) однопоясные висячие покрытия с железобетонными плитами и металлические оболочки-мембраны;

б) покрытия растя­нутыми изгибно-жесткими элементами;

в) покрытия двухпоясными системами;

г) покрытия тросовыми фер­мами;

д) покрытия седловидными сетками;

е) комбини­рованные висячие системы.

6.2. ОСОБЕННОСТИ НАГРУЗОК НА ВИСЯЧИЕ ПОКРЫТИЯ

Действующие на висячие покрытия нагрузки г. соот­ветствии со СНиПом подразделяются на постоянные и временные — длительно действующие и кратковремен­ные.

К постоянным нагрузкам относится вес несущих и ог­раждающих конструкций покрытия.

Собственный вес несущих конструкций в значитель­ной степени зависит от их типа. В одпопояспых покры­тиях с железобетонными плитами вес тросов обычно составляет около 0,06—0,08 кН/м2, а вес всего покрытия сильно зависит от конструкции образующих покрытие железобетонных плит и колеблется от 0,8 (ребристая плита толщиной 2,5 см) до 2кН/м2 (монолитная плита толщиной 8 см).

В металлических оболочках вес несущей конструкции также состоит из собственного веса оболочки и веса стабилизирующей оболочку конструкции и в сумме состав­ляет около 0,4кН/м2 при толщине оболочки 4 мм и око­ло 0,6 кН/м2 при толщине оболочки 6 мм.

В покрытиях с изгибно-жесткими элементами вес не­сущей конструкции равен 0,3—0,4 кН/м2, но в отличие от оболочек к этому весу должен быть прибавлен дополнительный вес щитовой конструкции, которая поддерживает кровлю, расположенную между изгибно-жесткими элементами (например, щиты с профилированным на­стилом) и не участвующую в работе пролетной несущей конструкции покрытия.

Для тросовых систем — двухпоясных систем, тросо­вых ферм, седловидных сеток—характерен очень малый вес несущей конструкции (0,05—0,12 кН/м2), но подобно покрытиям с изгибно-жесткими элементами они должны иметь дополнительную конструкцию, поддерживающую кровлю, вес которой необходимо учитывать.

В двухпоясных покрытиях существенный вес могут иметь сжатые стойки, соединяющие пояса, поэтому пред­почтительнее системы, в которых несущие пояса распо­ложены над стабилизирующими, а пояса соединены лег­кими растяжками.

К постоянным нагрузкам помимо веса несущей кон­струкции относят вес ограждающей конструкции — утеп­лителя, гидроизоляции, часто подвесного потолка; ее вес принимается по фактическим весам примененных состав­ляющих элементов.

К временным длительно действующим нагрузкам от­носят вес подвесного потолка, а также вентиляционного и осветительного оборудования, которое часто подвешивается к несущей конструкции покрытия; вес этот обыч­но задается архитекторами совместно с технологами и в зависимости от здания часто составляет 0,1 —0,3 кН/м² и более.

Главными кратковременными нагрузками являются ветровая и снеговая нагрузки.

Ветровая нагрузка. Расчетное значение ветровой па-грузки принимается по СНиПу в виде произведения ко­эффициента надежности по нагрузке (, скоростного на­пора Wo, коэффициента k, учитывающего изменение скоростного напора по высоте, и аэродинамического ко­эффициента с. При проектировании висячих покрытии все данные берут из СНиПа.

В «легких» покрытиях, собственный вес которых не превышает 0,6—0,8 кН/м², особенно при недостаточном укреплении его краев, неравномерное давление ветра вызывает большие деформации покрытия и даже явле­ние аэродинамической неустойчивости покрытия, т. е. его вибрацию или полное вывертывание покрытия. В таких случаях необходима специальная стабилизирующая кон­струкция, предохраняющая покрытие от этого явления.

«Тяжелым» покрытиям, собственный вес которых (вместе с подвесными потолками и технологическим обо­рудованием) составляет 1,5—2 кН/м2 и края которых по всему периметру закреплены, явление аэродинамической неустойчивости не угрожает, и они не нуждаются в ка­кой-либо дополнительной стабилизации, а проверка покрытия на действие ветра становится необязательной. Снеговая нагрузка на покрытие также принимается по СНиПу и обычно рассматривается в виде равномерно распределенной по покрытию и в нескольких вариантах неравномерного распределения, учитывающего возмож­ный передув снега ветром, частичную очистку покрытия от снега и др.

6.3. ОСОБЕННОСТИ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ

ДЛЯ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ВИСЯЧИХ ПОКРЫТИЙ

Для несущих систем висячих покрытий применяют арматурную сталь, пучки высокопрочной проволоки, стальные канаты и тросы, профильную и листовую горя­чекатаную сталь и алюминиевые сплавы. Каждый из этих материалов обладает специфическими свойствами, которые нужно учитывать при проектировании покры­тия. Арматурная сталь неоднократно применялась в вися­чих покрытиях, главным образом в висячих предвари­тельно напряженных железобетонных оболочках.

К достоинствам арматурной стали следует от­нести ее относительно невысокую стоимость, большую, чем у канатных проволок, коррозионную стойкость вследствие меньшей поверхности при равной плошали сечения, большой модуль упругости и, следовательно, сравнительно меньшую деформативность покрытия, а также легкость закрепления на концах. Недостаток арматурной стали — ее меньшая прочность по сравнению с канатной проволокой, что приводит к значительно меньшей несущей способности элементов из арматурной стали по сравнению с несущей способно­стью стальных канатов. Небольшая (до 15 м) длина прокатываемой арматуры осложняет устройство элемен­тов большой длины, так как сварка стыков может при­вести к местному разупрочнению элемента, что также ограничивает ее применение.

Пучки из параллельных проволок, семипроволочные пряди и невитые канаты. Арматурные пучки пряди полу­чают из гладкой высокопрочной проволоки, канатной проволоки и высокопрочной проволоки периодического профиля диаметром 3—8 мм. Меньшая, чем у арматур­ной стали, коррозионная стойкость этих видов арматуры позволяет рекомендовать их к применению только при условии соответствующей защиты, например в висячих железобетонных оболочках.

Стальные спиральные канаты и тросы. Наибольшее распространение при изготовлении несущих элементов висячих покрытий имеют спиральные канаты из круглых проволок, спиральные канаты закрытые из фасонных проволок и канаты-тросы двойной свивки.

В качестве сердечника спиральных и закрытых кана­тов для постоянных сооружений применяется стальная проволока той же марки, что и проволоки каната. Нe ре­комендуется применять стальные канаты с органическим сердечником (широко применяемые при монтажных ра­ботах) в постоянных сооружениях вследствие их мень­шей продольной жесткости и возможности коррозии вну­три каната.

Свивка каната вызывает в отдельных проволоках не­большие дополнительные изгибные напряжения и поэто­му агрегатная прочность каната—это расчетное раз­рывное усилие — всегда меньше произведения расчетной площади сечения всех проволок на временное сопротив­ление разрыву материала проволок .

В ряде, случаев при массовом изготовлении, статичес­кой; нагрузке на канат и сравнительно небольшом диа­метре каната (не более 40—50 мм) целесообразно при­менять гильзоклиновые анкеры.

Для защиты от коррозии применяют канаты из про­волоки, оцинкованной горячим способом, пли на готовый канат из светлой (неоцинкованной) проволоки наносят слой металлического покрытия (цинка, свинца, латуни. алюминия) либо слой пластмассового (полимерного, по­лиамидного) покрытия. Вид покрытия и толщина его слоя определяются степенью агрессивности среды. Ка­наты, работающие в неагрессивных средах, обычно до статочно смазать специальными защитными или эксплу­атационными смазками, применяемыми при хранении канатов.

Профильный металл, применяемый для изгибно-жестких вант, и листовой металл, применяемый для металли­ческих мембран, обычно не отличаются от подобного материала, используемого в традиционных металличес­ких конструкциях; здесь также применяются малоугле­родистая и низколегированная сталь. Однако для топких стальных мембран ввиду их очень большой поверхности, которая может подвергаться коррозионным повреждени­ям, желательно применение атмосфероустойчивой стали типа 10ХНДП или нержавеющей стали.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: