Висячие покрытия.
2.1.Общая характеристика висячих покрытий.
Висячими называют покрытия, в которых основное несущие конструкции, перекрывающие пролет, работают на растяжение. Так как при растяжении полностью используются прочностные свойства сталей, то такие системы позволяют рационально применять высокопрочные материалы.
Основным несущим элементом висячих конструкций, воспринимающим нагрузки в пролете, может быть нить, которая сопротивляется только растяжению (гибкая нить) или растяжению и изгиб (жесткая нить). Гибкие нити, называемые вантами, выполняются из стальных спиральных канатов – тросов, пучков и прядей высокопрочной проволоки, арматурных стержней. В качестве жестких нитей обычно применяется прокатные профили и составные сечения. Висячие покрытия, образованные из тонких металлических листов, называются мембранными. Если в покрытие включается одновременно гибкие нити и жесткие элементы, способные воспринимать усилия сжатия или изгиба, то такие покрытия называются комбинированными.
В состав висячих покрытий входят также опорные конструкции, которые кроме вертикальных нагрузок, должны воспринимать горизонтальные силы натяжения висячих пролетных конструкций – распор.
К недостаткам висячих конструкций относятся: большая декоративность пролетного строения и чувствительность к сосредоточенным нагрузкам; большая стоимость опорных конструкций; трудности отвода воды с покрытия, вызванные конфигурацией покрытия.
В зависимости от конструкций пролетной части различают следящие виды висячих покрытий:
Одно поясные системы, образованные из параллельно или радиально расположенных нитей. При устройстве дополнительной центральной опоры образуются покрытия шатровой системы.
Вантовые сети, образованные пересечением двух семейств нитей и имеющие двояковыпуклую поверхность положительной гауссовой кривизны или выпукло-вогнутую поверхность отрицательной гауссовой кривизны.
Двух поясные системы, основными конструктивными элементами которых являются плоские тросовые фермы с поясами, соединёнными раскосами, жесткими стойками или тросовыми растяжками.
Висячие оболочки, которые можно разделить на металлические тонколистовые оболочки-мембраны и предварительно напряженные монолитные железобетонные оболочки, образованные замоноличиванием сборных железобетонных плит покрытия на предварительно растянутых одно поясных системах или на вантовой сети неотрицательной гауссовой кривизны.
2. 2. Конструктивные элементы пролетной части.
Характер работы гибкой нити под нагрузкой отражает особенности расчета висячих систем и специфику образования их конструктивных схем. Фигура равновесия гибкой нити не может быть произвольной, как для любых других жестких систем, и зависит от характера нагрузки. Соответствующие друг другу геометрию нити и нагрузку называют равновесными.
При переходе от одной формы равновесия к другой при действии временных нагрузок возникает значительное кинематическое перемещение, которое является одним из главных причин повышенной деформативности висячих систем.
Другой причиной высокой деформативности висячих систем являются упругие удлинения нитей, которые определяются в соответствии с законом Гука.
Жесткие нити обладают изгибной жесткостью, благодаря чему удается значительно уменьшить кинематические перемещения покрытий. Так как жесткие нити выполняются из прокатных профилей, материал которых имеет более высокий модуль упругости и меньшую прочность по сравнению с тросами, то у них значительно ниже и упругие деформации. Жесткие нити работают как растянуто-изогнутые элементы.
Мембранные конструкции – гибкие оболочки, которые работают на растяжение в двух направлениях. В отличие от вантовых конструкций мембраны могут воспринимать сдвигающие усилия, что придает им повышенную жесткость при неравномерных нагрузках, а также облегчает работу опорных конструкций.