Конструктивные формы вантовых покрытий

Вантовые покрытия можно применять для покрытий зданий практически любого очертания в плане. Вантовые покрытия могут различаться по конструкции заполнения покрытия (легкие или тяжелые покрытия) и по геометрической форме поверхности (цилиндр, конус, эллипсоид, гиперболический параболоид, складки и т.п.). В качестве определяющих признаков различных конструктивных форм приняты кривизна поверхности покрытия и тип тросовой системы.

Система из одиночных тросов.

Несущая конструкция покрытия состоит из параллельно расположенных растянутых элементов (тросов), образующих вогнутую поверхность. Для системы этого типа необходима тяжелая конструкция заполнения покрытия. Заполнения выполняют преимущественно из кессонированных сборных железобетонных плит. При малых пролетах покрытия бетонное заполнение может быть без предварительного напряжения. При больших пролетах необходимо предварительное напряжение бетона для ограничения трещинообразования, одновременно ограничивается деформативность конструкции.

Вантовые покрытия с параллельными одиночными тросами применяют для прямоугольных в плане зданий (рис.3).

Двухпоясные вантовые системы.

Несущие элементы таких систем состоят из несущего и стабилизирующего тросов, имеющих кривизну разног знака. Двупоясные системы выполняют обычно в виде тросовых ферм, в которых несущий и стабилизирующий тросы связывают между собой стержнями круглого сечения или тросовыми растяжками (рис. 4).

Преимущества двухпоясных вантовых систем в том, что загруженной собственным весом покрытия тросовой ферме предварительным напряжением можно придавать очертания, соответствующее веревочной кривой для преобладающей временной нагрузки, при этом существенно ограничивается деформативность конструкции. Тросовые фермы отличаются высоким значением декремента затухания колебаний и, следовательно, достаточной надежностью при динамических воздействиях.

Оптимальная величина стрелы провеса (подъема) поясов тросовых ферм для верхнего пояса составляет 1/17 - 1/20, для нижнего пояса 1/20 - 1/25 соответствующего пролета.

На рис. 5 показана схема покрытия с тросовыми фермами на прямоугольном плане. Такие покрытия можно применять и для многопролетных зданий, поскольку величина горизонтальных составляющих опорных реакций, передаваемых на анкерные фундаменты, не зависит от числа пролетов.

Системы из одиночных тросов.

Покрытия этого типа могут быть в плане различного очертания, чаще всего их выполняют с круговым планом. Растянутые элементы (тросы) располагают радиально, реже - по хордам. Круговое покрытие в форме вогнутой поверхности вращения ограничиваются по контуру сжатым опорным кольцом. Радиальные тросы, усилия в которых одинаковы при равномерной нагрузке, прикрепляются в середине к растянутому центральному кольцу (рис. 6,а). Устанавливая в центре опору, получают шатровое вантовое покрытие (рис. 6, б).

Заполнение покрытия выполнено из кессонированных сборных железобетонных плит трапециевидного очертания различных размеров.

Вантовые покрытия из одиночных тросов часто применяют и для перекрытия эллиптических планов. Недостаток этого типа покрытий состоит в том, что усилия в тросах при равномерной нагрузке оказываются неодинаковыми, вследствие чего в наружном кольце возникают и сжимающие усилия, и изгибающие моменты. В еще большей степени проявляется этот недостаток в покрытиях с прямоугольным планом. Известны покрытия круглые в плане с применением вантовой фермы Яверта: вантовое покрытие, включающее несущий и стабилизирующий пояса, образующие собой вантовые сети с четырехугольными ячейками, смещенными в плане относительно друг друга, и объединенные зигзагообразными раскосами в пересекающиеся наклонные вантовые фермы с треугольной геометрически неизменяемой решеткой, отличающееся тем, что несущий и стабилизирующий пояса, а также соединяющая их раскосная решетка выполнены непрерывными зигзагообразными вантами, которые пропущены через установленные в углах ячеек вантовых сетей соединительные элементы замкнутого профиля с криволинейной внутренней поверхностью, с образованием между ними участков взаимно пересекающихся наклонных вантовых ферм. Пояса которой объединяет наклонная треугольная раскосная решетка. Недостатком фермы Яверта является большой собственный вес, сложность сборки и трудоемкость монтажа.

Складчатые радиальные покрытия с вантовыми фермами

а - система Яверта (раскосы условно ас показаны); б - варианты складок при вертикальном расположении вантовых Дерм

Двухпоясные системы.При конструировании таких систем используют те же принципиальные решения, что и для двухпоясных систем одинарной кривизны или покрытий двоякой кривизны из одиночных тросов.