Тема 6. Основные положения 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.