15.4. Висячі покриття

Ідея і перше застосування висячих конструкцій для покриття будівель належить видатному російському інженеру та вченому В. Г. Шухову. Він запроектував і здійснив у 1896 р. покриття інженерно- будівельних павільйонів Всеросійської художньої і промислової виставки в Нижньому Новгороді.

Але пізніше ці прогресивні конструкції були розібрані, ідеї В. Г. Шухова забуті, і тільки в 1953р. будівництво в США (м. Релей, штат Північна Кароліна) спортивного залу розміром 97×92 м викликало потужний поштовх до відродження і розвитку цієї прогресивної конструктивної форми покриття.

15.4.1. Загальна характеристика висячих покриттів

Висячими називаються покриття, в яких основні елементи конструкцій працюють на розтяг.

Несуча конструкція може бути утворена зі стальних стержнів, канатів, тросів, прокатних чи складених профілів, а також може бути металевою або залізобетонною попередньо напруженою оболонкою.

Основним несучим елементом висячих конструкцій є нитка. Нитки можуть бути гнучкими і жорсткими.

Нитка, що чинить опір тільки розтягу (працює тільки на розтяг), називається гнучкою. Гнучкі нитки виконуються зі стальних канатів, тросів, пучків високоміцного дроту, арматурних стержнів. Гнучкі нитки ще називаються вантами, а висячі покриття – вантовими.

Нитка, що чинить опір розтягу і згину, називається жорсткою. Вони виконуються з прокатних профілів або складеного перерізу (як суцільного, так і наскрізного).

Висячі покриття, утворені з тонких металевих листів, називаються мембранними.

Якщо до складу покриття входять одночасно гнучкі нитки і жорсткі елементи, здатні сприймати зусилля стиску або згину, то такі покриття називаються комбінованими.

До складу висячих покриттів входять також опорні конструкції, які крім вертикальних навантажень сприймають ще й горизонтальні сили натягу висячих пролітних конструкцій – розпір.

Позитивні якості висячих покриттів:

1) раціональне використання матеріалу, тобто повне використання площі перерізу під час розтягу. В цих конструкціях найефективніше застосовувати канати і троси з високоміцного дроту (з метою міцності МПа). Завдяки цьому досягається невелика власна вага несучих конструкцій. Ефективність висячих покриттів зростає зі збільшенням прольотів;

2) зручність монтажу, при якому майже не потрібні риштування і підмостки, а також крани великої вантажопідйомності;

3) хороша транспортабельність несучих елементів у вигляді бухт і рулонів;

4) висока естетична виразність будівель завдяки своєрідній конструктивній формі покриття;

5) в більшості випадків завдяки своїй формі висячі покриття створюють в будівлі найбільш сприятливі умови акустики, видимості і освітленості.

Недоліки висячих покриттів:

1) підвищена деформативність пролітної будови, яка буває пружною, пов’язаною з підвищеною міцністю канатів та тросів ( ; ; оскільки збільшується, то і також збільшується), і кінематичною, спричиненою тим, що гнучка нитка набуває різних положень залежно від навантаження, що діє на неї. Будь-яке додаткове несиметричне навантаження призводить до нових деформацій та зміни початкової геометричної форми нитки, що впливає на цілісність покрівлі і може її зруйнувати. Тому необхідно передбачати стабілізуючі пристрої або попереднє напруження, щоб зафіксувати положення нитки при будь-якій схемі навантаження;

2) велика вартість опорних конструкцій. Оскільки вантові системи розпірні, то вони потребують застосування масивних опорних конструкцій у вигляді колон, пілонів, рам, конструкцій трибун, а також замкнутих опорних контурів;

3) складність відведення води з покриття, обумовлена його конфігурацією.

Перелічені переваги та недоліки висячих покриттів визначили область їх раціонального застосування – це, в основному, будівлі громадського призначення (ринки, спортивні споруди, концертні зали) і безкранові виробничі будівлі (гаражі, склади).