1.8. Висячі покриття

Висячі залізобетонні покриття (вантові покриття, висячі оболонки) -це такі тонкостінні просторові покриття, в яких висячі елементи (ванти) перекривають весь проліт, безпосередньо сприймають навантаження з по­криття (оболонки) та передають його на опорну конструкцію (рис. 17).

Основний елемент висячих покриттів - ванти, які працюють тільки на розтяг. Це дозволяє ефективно використовувати високоміцну сталь. На відміну від інших, покриттям цього типу властиві такі переваги: висока несуча здатність, простота конструкції, незалежність розмірів плит по­криття від прольоту, можливість спорудження у стислі терміни. Ці пере­криття економічніші від усіх інших при перекриванні значних прольотів. Наприклад, при прольотах 90 м витрати сталі складають 45 кг/м , а бетону - 7 см приведеної товщини.

Рис. 17. Висячі покриття з паралельною

(а), радіальною (б) та перехресною (в) схемами розташуванням вантів, деталь закріплення плит до вантів (г),спряження вантів (д):

1 - провисаючий вант; 2 - стабілізуючий вант; 3 - відтяжка; 4 — опорний контур; 5 - балка; 6 - колона; 7 - плита

Основний недолік цих покриттів - висока деформативність і обмеже­ність форм у плані при оптимізації проектування.

З метою забезпечення стабільності форми оболонки, підвищення її жор­сткості та тріщиностійкості ванти попередньо напружуються. Це здійс­нюють одним із трьох способів. За першим способом змонтоване покриття до початку замонолічування швів між плитами тимчасово штучно заван­тажують. Після замонолічування швів і витримки бетону до необхідної міцності завантаження знімають. Це приводить до того, що за рахунок скорочення вантів увігнута оболонка обтискується знизу і починає втиску­ватися в опорний контур, викликаючи в ньому на цій стадії зусилля розтя­гу. Після завантаження покриття постійним і тимчасовим навантаженням опорний контур зазнає стиску. Другий спосіб полягає в тому, що шви між змонтованими по вантах плитами замонолічують так. щоб забезпечити розташування вант у каналах. Після цього ванти натягують домкратами, а канали заповнюють цементним розчином, забезпечуючи таким чином створення попереднього напруження у висячій оболонці. Третій спосіб грунтується на застосуванні розчинів із напружувальними цементами. При цьому ширина швів установлюється значенням розрахункового напружен­ня у вантах

У випадках зведення висячих оболонок з невеликими прольотами для підвищення незмінності їх форми й зниження місцевих деформацій засто­совують жорсткі ванти, які складаються із прокатних та зварних балок.

Висячі оболонки проектують із паралельною (рис. 17, а), радіальною (рис. 17, б) та перехресною схемами розташування (рис. 17, б) вант. Вибір тієї чи іншої схеми розташування вант залежить від форми будівлі у плані.

Висячі оболонки з паралельними вантами застосовують для перекриття будівель, прямокутних у плані. В перекриттях за такою системою розпір, величина якого досить значна, сприймається анкерними фундаментами, жорсткими рамами або масивними контурними балками, що призводить до зниження техніко-економічних показників.

Висячі оболонки з радіальним розташуванням вант застосовують для перекриття будівель, круглих та овальних у плані. Такі оболонки зводять увігнутими або випуклими. Завдяки самоврівноважуванню в них зовнішнього опорного кільця, на опори передаються тільки вертикальні навантаження. Покриття з цією системою вант найбільш економічні.

Систему з перехресним розташуванням вант використовують у пере­криттях будівель з овальною, еліптичною, а також прямокутною формою у плані. В цій системі стержні звичайно розташовують ортогонально. Сама оболонка зводиться пологою і може мати як позитивну, так і негативну гаусову кривизну.

Висячі залізобетонні покриття зводять пологими. Стріла їх провисання знаходиться в межах (1/10... 1/25) основного прольоту.

Для зведення висячих залізобетонних покриттів застосовують збірні залізобетонні плити (найчастіше з легких бетонів). Закріплення їх до вант здійснюється за допомогою випусків робочої арматури, спеціальних крюків або інших пристроїв (рис. 17, г). Плити мають товщину 25...30мм з контурними ребрами висотою 80... 120мм і шириною 40..60 мм. Полиці плит армують зварною сіткою з дроту діаметром 3...5 мм. У ребрах розташовують зварні каркаси зі стержнів класу А-ІІ і А-III. Ванти виготовляють із стержньової арматури класів А-ПІв, A-IV, A-V, сталевих спіральних канатів типу ТК, пучків із високоміцного дроту. Фік­сація взаємного розташування вант забезпечується спеціальними з'єднувальними муфтами.

Опорний контур виконують із збірних елементів або монолітним із бе­тонів класів В12,5...В30. Плити із бетону класу не нижче В20. Закріплення вант до опорного контуру забезпечують спеціальними анкерними при­строями, які дозволяють регулювати довжину вант як у період їх монтажу, так і попереднього напруження

Рис. 18 розрахункова схема висячих покриттів

Розрахунок залізобетонних висячих покриттів виконують за гранич­ними станами першої та другої групи для стадій виготовлення, монтажу та експлуатації. В статичних розрахунках приймається, що вертикальні навантаження сприймаються тільки вантами, які працюють на розтяг. Опорне кільце розра­ховують на зсув і висмикування з нього вантами анкерних при­строїв. Збірні залізобетонні плити оболонки розраховують як окремі елементи на зусилля, які діють на них у процесі виготов­лення, монтажу, натягування вант, експлуатації. В оболонках з f>l 20 ванти приймають як абсолютно гнучкі і такі, шо не розтягуються. В більш поло­гих оболонках ураховують до­даткове провисання вантів унаслідок їх розтягування.

Розрахунок вантових кон­струкцій значно спрощується, якщо вони симетричні у плані та завантажені рівномірно роз­поділеним навантаженням. На­приклад, у вільно підвішеному ванті, який не розтягується і закріплений на опорах в одному рівні, від дії вертикального рівномірно розподіленого на­вантаження виникнуть зусилля, які можна визначити із умов [рис. 18, а):

∑x=0, H_a=H_b=H

∑M_a=0 V_bl=𝘲l l/2, V_b=𝘲l/2 34

∑M_b=0 V_al=𝘲l l/2, V_a=𝘲l/2=V_b=V

Для будь-якої точки С ванта справедлива умова

М_с = Нy_c 35

звідки розпір

H= М_с/y_c 36

де М_с - момент у даному перерізі шарнірно опертої балки прольотом l, у_с- стріла провисання ванта в точці С.

Для точки, на відстані х=1/2,

H= 𝘲l^²/(8f) 37

Поздовжнє розрахункове зусилля в гнучкому ванті

N =√ H² + V². 38

Для схеми з радіальним розміщенням вантів, в оболонках круглих у плані, аналогічно можна отримати (рис. 14.18, б):

V_a=V_b 𝘲ba/2

H=M_c/f= 𝘲ba²/(6f) 39

N=√H²+ V_a²

Ванти передають на опорне кільце радіальні зусилля інтенсивністю H₁=H/b, які направлені в центр кола. Зусилля стиску в контурному кільці

u= H₁ a=𝘲 a³/(6f) 40