книги из ГПНТБ / Бобров, Ф. В. Сейсмические нагрузки на оболочки и висячие покрытия

зующим поверхности покрытия. Клетки 2 X 2 м, образуе­ мые вантами, покрываются гофрированными алюминиевы­ ми листами толщиной 1 мм. К ним на расстоянии 8— 10 сы подвешиваются асбестоцементные плиты с утеплителем.

На 1 м2 перекрываемой площади расходуется бетона 0,17 м3, стали 27 кг, в том числе на ванты расходуется 23,7 кг стали.

Покрытие в рассматриваемом проекте по расходу стали идентично покрытию из листовой стали. Например, по рас­ чету И. Г. Людковского для покрытия стадиона «Динамо» диаметром 270 м (при расчетной нагрузке 2000 Н/м2) требует­ ся листовая сталь СтЗ толщиной 3 мм. При этом на 1 м2 по­ крытия расходуется 23,55 стали, т. е. намного меньше, чем по проекту отдела новой техники проектного института Моспроект [47].

В 1958 г. в США были разработаны новые конструкции висячих покрытий, представляющие собой рационально расположенные' спаренные тросы [68]. Такие покрытия бы­

Конструктивное решение аудитории в г. Утика следу­ ющее. Здание в плане круглого очертания диаметром 75 м. По периметру здания расположены железобетонные колон­ ны, поддерживающие железобетонное опорное кольцо, в котором закреплены верхние и нижние тросы покрытия. Парные тросы расположены в одной вертикальной плоско­ сти и расперты легкими трубчатыми металлическими стой­ ками. Внутренними концами тросы прикреплены к двум растянутым стальным кольцам диаметром 7 м, расставлен­ ным по вертикали на расстоянии 5,5 м. Верхние и нижние тросы предварительно натянуты путем удлинения стоек, поставленных между ними.

Павильон США на Брюссельской выставке представлял собой круглое в плане здание внешним диаметром 104 м. Поскольку по окончании выставки его должны были разо­ брать, все несущие конструкции выполнили из металла. Опорное кольцо (в виде горизонтальной фермы полигональ­ ного очертания) поддерживается двумя рядами трубчатых колонн, поставленных по двум концентрическим окружно­ стям, из которых внешняя диаметром 104 м, а внутренняя — 92 м. Парные колонны связаны решеткой опорного кольца. Тросы наружными концами закреплены в опорном кольце, а внутренними — в барабане диаметром 20 м и высотой 8,5 м.

70

Верхние и нижние тросы предварительно напряжены и име­ ют одинаковый уклон (около 1 : 8). По верхним тросам через 3 м по концентрическим окружностям расположены допол­ нительные тросы, на которые уложены волнистые листы полупрозрачного нейлона. К верхнему кольцу барабана

в том числе расход металла на тросы 6 кг. При полной верти­ кальной нагрузке 1500 Н/м2 этот расход следует считать от­ носительно большим. Достаточно сравнить приведенный расход металла с расходом металла на покрытие постоянной Всесоюзной строительной выставки. В железобетонном пред­ варительно-напряженном висячем покрытии диаметром 190 м при полезной нагрузке 3500 Н/м2, превышающей в 2,3 раза нагрузку на покрытие павильона США, расход стали на тро­ сы составил 7 кг.

Перерасход стали в чисто вантовых системах со спарен­ ными тросами объясняется в основном особенностью кон­ структивной схемы двухпоясной вантовой системы, без которой они не могут быть предварительно-напряженными, а также достаточно жесткими.

Преимущество двухпоясной вантовой системы заключает­ ся в том, что благодаря различному натяжению верхних и

Иногда наличие центральной стойки здания диктуется технологией. При этом вся вертикальная нагрузка воспри­ нимается центральной стойкой и передается в грунт. При­ мером этого может служить покрытие над щламбассейном, разработанное в 1958 г. специальным конструкторским отделом ГПИ Ленинградского Промстройпроекта с участи­ ем НИИЖБ [44]. Здание в плане круглого очертания диамет­ ром 40 м. Радиально расположенные тросы наружными концами закреплены в наружном сжатом железобетонном кольце, опирающемся на круглую кирпичную стену, а вну­ тренними — в растянутом металлическом кольце, установ­ ленном на центральной колонне. Разница в отметках растя­ нутого и сжатого колец 4,6 м. По вантам уложены трапеце­ идальные в плане сборные железобетонные плиты. Для соз­ дания предварительного обжатия покрытие загрузилось временной нагрузкой до замоноличивания швов между пли­ тами.

71

Поскольку тросы подходят к наружному опорному коль­ цу почти горизонтально, от покрытия на наружную стену не передается нагрузка, и наружное кольцо от радиально действующих усилий, передаваемых тросами, работает толь­ ко на центральное сжатие. Наружное кольцо прямоугольно­ го сечения размером 115 X 24 см.

Для выявления экономичности этого покрытия Ленин­ градский Промстройпроект сравнил полученные показате­

вантовым покрытием, которое имеет две сильно наклоненные в противоположные стороны арки коробчатого сечения. Арки опираются в двух точках и передают распор на два контрфорса. Пролет арок 85,5 м, расстояние между верши­ нами 67 м. Арки соединены тросами. Для создания предва­ рительного напряжения в несущих вантах и восприятия отсоса ветра натянуты стягивающие тросы в перпендику­ лярном направлении к несущим тросам. Поверхность, полу­ ченная тросами, натянутыми во взаимно перпендикуляр­ ных направлениях, перекрывается монолитным бетонным слоем толщиной 6,25 см, и это в значительной мере сни­ жает эффективность висячего покрытия.

В 1957 г. в Карлсруэ (ФРГ) был построен Шварцвальдский зал, предназначенный для различных представлений, со­ стязаний и собраний [28, 58, 66]. Висячее покрытие этого зала в плане овального очертания размером по осям 73,5 X

72

X 48,6 м. Покрытие, опирающееся на железобетонные стой­ ки, до бетонирования представляло собой систему тросов, натянутых в двух взаимно перпендикулярных направле­ ниях и закрепленных на опорном кольце, имеющем в плане форму овала. Несущие тросы расположены в направлении большого пролета, а стягивающие — в направлении малого пролета. Поверхность двоякой кривизны в виде гиперболи­ ческого параболоида была заполнена бетоном толщиной 6 см, после чего покрытие превратилось в предварительно­ напряженную оболочку.

В некоторых случаях применение висячих покрытий пря­ моугольного очертания в плане, которые иногда экономи­ чески не оправдываются, диктуется назначением зданий. К таким покрытиям можно отнести, например, плаватель­ ный бассейн в г. Вуппертале и промышленное здание, по­ строенное в ФРГ в 1957 г. [19, 66].

Плавательный бассейн размером в плане 65,5 X 40 м перекрыт предварительно-напряженной железобетонной ци­ линдрической висячей оболочкой толщиной 6 см. В этом здании для восприятия распора от висячего покрытия не требуются специальные конструктивные элементы в виде подкосов, оттяжек или контрфорсов, которые снижают эф­ фективность зданий. Наличие трибун дает возможность воспринимать распор без всяких дополнительных рас­ ходов.

Промышленное здание пролетом 60 м тоже перекрыто предварительно-напряженной железобетонной цилиндри­ ческой оболочкой толщиной 6,5 см. В этом здании распор воспринимается оттяжками, закрепленными в грунте. По­ этому здесь неполно использовались преимущества висячих покрытий — минимальный расход материалов и простота производства работ.

Павильон штата Нью-Йорк на Международной выстав­ ке в 1964— 1965 гг. решен в виде двухпоясного висячего покрытия (рис. 19) [73]. Это здание эллиптической формы в плане, большая ось составляет 109,73 м, малая— 79,25 м, высота 30,48 м. Покрытие состоит из радиальных вант, рас­ положенных по две в одной вертикальной плоскости и за­ крепленных концами в наружном сжатом и внутреннем рас­ тянутом металлических кольцах. Ванты связаны между собой вертикальными подвесками. Покрытие монтировали на земле, после чего домкратами его подняли на проектную от­ метку и установили на металлические консоли из 16 же­ лезобетонных колонн диаметром 3,05 м.

73

Предварительное натяжение верхних и нижних тросов производилось одновременно после крепления вертикаль­ ных подвесок к канатам с помощью 32 домкратов. Все рабо­ ты по монтажу и подъему покрытия заняли около 10 рабо­ чих дней. Масса 1 м2 покрытия без учета кольца 43,9 кг. Максимальный вертикальный прогиб в центре покрытия от временной снеговой нагрузки толщиной 0,914 м и составил

3,8 см.

В 1963 г. в Харькове построен концертный зал «Украи­ на» на 2000 мест размером в плане 45 X 48 м, перекрытый предварительно-напряженной оболочкой, состоящей из си­ стемы перекрестных тросов и армоцементного покрытия [6].

Ванты концами закреплены шарнирно в опорном поясе, состоящем из двух монолитных железобетонных двухшар­ нирных параболических арок сечением 3 X 0,5 м, наклонен­ ных в противоположные стороны под углом к горизонту 12 и 45°; общее основание арок 48 м, длина стрел подъема 31,275 и 20,365 м. Вдоль арочного опорного контура уста­ новлены сборные железобетонные стойки с шагом 4 м, на которые шарнирно опираются арки. Эти стойки необхо­ димы для бетонирования монолитных арок и устройства стенового заполнения. В качестве несущих вант применены пучки из параллельных высокопрочных проволок, натяну­ тые в продольном направлении. Предварительное напряже­ ние создавалось подтяжкой напрягающих вант, натяну­ тых в поперечном направлении. Покрытие выполнено из армоцементных панелей одного типоразмера (100 X 200 см). После установки панелей на ванты стыки были замоноличены.

В 1965 г. в США построены две висячие оболочки [65]. Первая оболочка (рис. 20) представляет собой вогнутый эллиптический параболоид размером в плане 121,9 X X 97,54 м.

Вторая оболочка (рис. 21) в плане диаметром 115,82 м перекрывает здание в г. Феникс; она решена в форме гипер­ болического параболоида кругового очертания. Обе оболоч­ ки выполнены из сборных железобетонных панелей (одно­ го основного размера и одинаковой формы), опирающихся на сетку тросов, которая закреплена в сжатом опорном коль­ це и натягивается на бетон оболочки после ее замоноличивания.

Строительство первой оболочки вели в такой последова­ тельности:

1) возводили сжатое опорное кольцо;

75

п - й

Рис. 20. План, разрезы и детали оболочки а г. Оклахома-Сити (США) (размеры в плане и на разрезах в м, а детален — в см)

Рис. 21. План, разрезы и детали оболочки в г. Фениксе (США) (размеры в плане и на разрезах в м, а деталей — в см)

76

2)устанавливали подмости для временного опирания сборных панелей;

3)над подмостями натягивали ортогональную сетку тро­

сов;

4)поверх тросов на подмостях укладывали в проектное положение сборные панели;

5) швы между панелями и в местах примыкания к кольцу замоноличивали раствором для обеспечения монолитно­ сти оболочки и сжатого кольца;

6)тросы напрягали в заранее определенной последова­ тельности до тех пор, пока масса панелей не была снята с подмостей и воспринята арматурой;

7)производили окончательное натяжение арматуры, в результате чего оболочка оказывалась обжатой, что обеспе­ чивало восприятие временной нагрузки.

При возведении второй оболочки операции 5 и 6 поме­

няли местами.

Интересным и особо важным является то, что оптималь­ ные формы оболочек, последовательность операций по натя­ жению тросов и величины напряжений определены вычисли­ тельной машиной.

В 1964 г. в Японии построены два спортивных зала с ви­ сячими покрытиями — большой и малый, которые входят

вкомплекс олимпийского стадиона в Токио [74].

Вбольшом спортивном зале на 15000 мест в продольном направлении имеются два главных несущих каната с про­ летом между основными опорами-пилонами 126 м и два

наружных участка длиной по 65 м в виде оттяжек (рис. 22). Провес-этих канатов в середине пролета составляет 9,653 м. На участках, где канаты служат оттяжками, они уложены параллельно один другому на расстоянии 2,58 м, а в пролете это расстояние постепенно увеличивается, достигая посере­ дине центрального пролета 16,8 м. Поперечные несущие висячие элементы — двутавровые стальные балки, установ­ ленные на расстоянии 4,5 м в осях. Эти балки связаны пред­ варительно-напряженными продольными канатами, которые расположены на расстоянии 1,5—3 м. Кровля из листовой стали толщиной 4,5 мм прикреплена к тонкостенным про­ гонам, установленным на подвесных балках на расстоянии около 1,5 м один от другого.

Малый спортивный зал круглого очертания в плане диаметром 65 м рассчитан на 4000 мест. Вертикальным несу­ щим элементом является единственный пилон — главная колонна. Поверхность покрытия образована рядом подвес-

77

иых решетчатых элементов, прикрепленных нижним кон­ дом к криволинейному контуру трибун п верхним концом к основной подвесной трубе. Кровля из листовой стали толщиной 3,2 мм приварена к прогонам. Значительная часть собственного веса покрытия воспринимается главной ко­ лонной.

Для выявления рациональной формы и экономичной конструктивной схемы проведены экспериментальные ис-

Рис, 22. Конструктивная схема большого спортивного зала

следования на моделях описанных выше покрытий. Модели были испытаны на действие характерных статических и ди­ намических нагрузок.

В 1967 г. в Ленинграде построено интересное сооруже­ ние — дворец спорта «Юбилейный» с двухпоясным висячим покрытием на 10000 зрителей (рис. 23) [20]. Здание в плане круглое, диаметром 93 м, высотой 20 м. Вантовое покрытие представляет собой предварительно-напряженную систему из 48 радиальных тросовых ферм с вертикальными распор­ ками, прикрепленных наружными концами к 48 монолитным железобетонным колоннам с металлическим сердечником в виде двутавра, внутренними концами — к двум растянутым металлическим кольцам диаметром 12 м. Крепление несу­ щего и стабилизирующего тросов к колоннам в разных уров­ нях дало возможность резко уменьшить строительную вы­ соту покрытий, не изменяя сечения тросов, что является преимуществом этого покрытия по сравнению с ранее извест­ ными конструкциями покрытий подобного типа.

78