7. Растянутые конструкции(гибкие нити, вантовые, троссовые сетки, мембранныепокрытия и мягкие оболочки)

Растянутыми называются несущие конструкции, основным напряжённым состоянием которых является растяжение. В отличие от всех других видов сопротивления, растяжение — единст­венное, при котором прочность материала используется полностью. Таким образом, для сжатых элементов повышение прочности материала особых выгод не дает. В то же время растянутые элементы, не испыты­вающие продольного изгиба, позволяют полностью использовать прочность материала, в силу чего применение для них высокопрочных материалов становится эффективным.

Растянутые конструкции как один из элементов архитектуры гражданских и промышленных зданий получили широкое распространение в послевоенные годы.

Несущими элементами растянутых конструкций служат либо линейные элементы — нити (тросы, канаты, проволока, круглая сталь, а иной раз и обладающие некоторой жесткостью длинные и тонкие, а поэтому гибкие металлические и даже железобетонные ленты), либо поверхности (сетки из переплетенных нитёй и мебраны тонкие листы из металла, полимерных материалов, тканей и т. п.).

Существует два вида нитей, харак­тер работы которых совершенно различен. Первая из них подвержена воздействию поперечных нагрузок. Будучи более длинной, чем расстояние между точками ее закрепления, и не имея собственной формы, она принимает очертание, единственно возможное при данной нагрузке (рис. 8.1). Ее называют гибкой нитью и она является « основным элементом большинства висячих конструкций с применением стальных канатов. Нить другого типа поперечной нагрузки не несет. Она растянута только продольными силами и поэтому всегда прямолинейна. Так работают оттяжки, удерживающие мачты кораблей, ванты от которых это название перешло в область строительства. Конструкции с их применением называют вантовыми или подвесными. Применительно к строительному назначению ванта - прямолинейная нить, поддерживающая конструкции второго порядка, непосредственно воспринимающие нагрузку (балки, арки, нити и др.).

гибкие нити характеризуются большой кинематической подвижностью.

Впервые в истории строительного искусства собственного веса покрытия не стало хватать для противодействия отсасывающим си лам ветра,

Висячие покрытия имеют три основные особенности:

наличие сил распора(конструктивные решения, направленные на погашение этих сил внутри их основанию, настолько выразительны, что не могут не сказаться на архитектуре сооружения., когда средства восприятия распора (оттяжки, коiгтрфорсы, пилоны, противовесы и т. п.) становятся неотъемлемым элементом архитектуры.

трудности водоотвода с вогнутой поверхности

кинематическая неустойчивость покрытия(Поэтому один из наиболее простых способов ее стабилизации сводится к искусственному утяжелению покрытия путем укладки па канаты бетонных)

Типы висячих покрытий показанны на (рис. 8.18,)

Вантовые(подвесные и комбинированные конструкции

Вантовые конструкции представляют собой сложные системы, где ванты-растянутые несущие элементы из канатов, тросов и т. п.,— поддержи­вают или придают устойчивость соеди­ненным с ними изгибаемым или сжимае­мым жестким элементам: балкам, фер­мам, плитам, аркам и др. Если функция поддержания превалирует над функ­цией обеспечения устойчивости или вообще является главной, то такие системы называют подвесными.

Ванты широко используются как глав­ный несущий элемент в подвесных по­крытиях, в том числе и в качестве подвесок в висячих конструкциях, со­единяя гибкую нить с балками жест­кости, арками, плитами или другими конструкциями, выполненными из металла, дерева, железобетона и др.

Основные схемы подвесных конст­рукций представлены в табл. 8.2.

Наиболее распространенной из них является вантовобалочная схема — балка жесткости, поддерживаемая ван­тами в одной или нескольких точках. Наклонные ванты расходятся лучами из верхней точки опорных пилонов или идут параллельно друг другу по схеме «арфа».

Вантово-балочвые конструкции, в которых значительную часть нагрузки воспринимают растянутые элементы — ванты, позволяют экономично решить задачу перекрытия средних и больших (100 м и более) пролетов. Высокие мощные пилоны и ажурная сеть вант, обладая ярко выраженной тектоникой, могут быть эффективно использованы в архитектуре зданий и сооружений.

Ванты успешно используют как кон­турные, так и промежуточные опоры пространственных конструкций. Эффек­тивность их для поддержания покрытий больших площадей состоит в том, что от каждой основной опоры (как прави­ло, пилона) могут отходить несколько вант, создавая промежуточные опорные точки для несущих конструкций лю­бого вида. Расположение этих точек может быть довольно свободным, соот­ветствуя архитектуре сооружения (рис. 8.27).

Комбинированными считаются кон­структивные системы, в которых со­четаются основные несущие конструк­ции — арки (рамы), балки, гибкие нити и ванты. Системы, в. которых рацио­нально использованы наиболее сильные стороны (способность к высокому со­противлению растяжению, сжатию, из­гибу) каждого из конструктивных ком­понентов, часто оказываются весьма экономичными и архитектурно вырази­тельными

В табл. 8.3 показаны принципиаль­ные схемы комбинирования несущих конструкций

8.Тросовые сетки представляют собой висячую систему, состоящую из двух семейств взаимно пересекающихся гиб­ких нитей и образующих четырехуголь­ные, близкие к квадратным ячейки; Нити одного семейства (несущие) про­висают, другого (стабилизирующие) — вспарушены. Оказывая при предвари­тельном натяжении взаимное давление друг на друга, они образуют единую седловидную поверхность, характери­зуемую отрицательной гауссовой кри­визной. В силу этого сеть обладает кинематической неподвижностью и не нуждается в пригрузке, так как на­грузки гравитационного происхождения воспринимают несущие нити, а вет­ровой отсос -^стабилизирующие (рис. 8.30).

Впервые в мировой строительной практике сетчатые покрытия отрица­тельной гауссовой кривизны были применены В. Г. Шуховым в 1896 г. в Нижнем Новгороде, где он построил четыре выставочных павильона с сетями из узких железных полос.

Наиболее характерные схемы тросовых сеток, определяемые в основном особенностя­ми геометрии и жесткости их контура, показаны на рис. 8.31.