4.4. Примеры ферменных конструкций

Одной из первых крупных предварительно напряженных конструкций был ангар в Мельсброке (Бельгия), построенный по проекту профессора Г. Маньеля (рис. 4.9), Главная двухпролетная предварительно напряженная ферма с пролетами по 76,5 м поддерживает однопролётные с консолями фермы размером пролета 49 м и консолью 17 м. Главная ферма предварительно напряжена четырьмя наклонными затяжками, соединяющими узлы в пролетах фермы со средней опорой. Каждая затяжка состоит из двух пучков высокопрочной проволоки диаметром 7 мм по 64 проволоки в пучке. Экономия металла составила 12 % и стоимости 6 %.

Двухпролетный ангар в Алма-Ате (проектстальконструкция) перекрыт полигональными фермами с пролётами по 84 м и шагом 12 м (рис. 4.10). Нижний пояс ферм, скомпонованный из двух швеллеров № 22, предварительно напрягался затяжкой из четырех пучков высокопрочной проволоки диаметром 5 мм по 24 проволоки в пучке. Применение предварительного напряжения снизило массу фермы на 14 %.

Рис. 4.9. Ангар для самолётов в Мельсброке

П од руководством проф. Б. А. Сперанского спроектировано и построено несколько покрытий с предварительно напряженными фермами типа «арка с затяжкой», в том числе конструкции покрытия здания Рефтинской ГРЭС и двухпролетного гаража – стоянки строительных машин.

Рис. 4.10. Ангар в Алма-Ате

Машинное и котельное отделения Рефтинской ГРЭС перекрыты фермами арочного типа, предварительно напряженными затяжками из двух стальных канатов диаметром 55 мм (рис. 4.11). Анкерное закрепление затяжек стаканного типа с заливкой сплавом из цинка, алюминия и меди (ЦАМ 10-5). Две фермы на укрупнительном стенде внизу собирались посредством связей в пространственный блок, после чего производилось натяжение затяжек (рис. 4.12). Пространственный блок с предварительно напряженными фермами подавался на место монтажа и краном устанавливался на колонны. Получена экономия металла 18 %.

Рис. 4.11. Покрытие здания Рефтинской ГРЭС

1 – затяжка из двух стальных канатов диаметром 55 мм; 2 – стаканный анкер; 3 – нижний пояс фермы

В покрытии двухпролетного здания гаража-стоянки в Свердловске размером в плане 100х75 м применены предварительно напряженные двускатные пространственные фермы пролетом 50 м из стальных труб с затяжками из высокопрочных стальных оцинкованных канатов (рис. 4.13). Трехгранные двускатные фермы с параллельными поясами и постоянной высотой 3,3 м установлены с шагом 12 м. На фермы с шагом 3 м укладывались прогоны из швеллеров № 27, а по ним трехслойные плиты типа «сендвич» с двумя обшивками из стальных оцинкованных профилированных листов с утеплителем из пенополиуретана. Натяжением затяжки (усилие в 550 кН) в большинстве стержней фермы расчётные усилия от поперечных нагрузок уменьшаются примерно в 2 раза, а в верхнем поясе снижаются на 25 – 40 %. Верхний пояс спроектирован из двух труб, а нижний из одной диаметром 219 мм со стенкой толщиной 8 мм. Масса одной фермы 12 т. По сравнению с первым проектом покрытия из структурной плиты в осуществлённом проекте сэкономлено 310 т стали.

Рис. 4.12. Установка для укрупнительной сборки блока спаренных ферм и натяжения затяжки

а – вид сбоку; б – вид сверху; 1 – ферма; 2 – затяжка; 3 – гидродомкрат; 4 – насосная станция

Примером комплексного применения предварительного натяжения для нескольких элементов покрытия являются конструкции покрытия производственного здания пролётом 48 м с подвесным многопролетным краном грузоподъемностью 5 т в Минске (рис. 4.14). Фермы типа арка с затяжкой пролетом 48 м имеют шаг 6 м. Четыре подкрановые балки из прокатных профилей, расположенные через 12 м, прикрепляются к узлам ферм на уровне затяжки. Затяжки петлевидного типа из арматурной стали закрепляются в опорных узлах ферм и далее переходят с одной стороны фермы на другую, образуя восьмерку и закрепляясь на верхних поясах под. крановых балок.

Рис. 4.13. Покрытие гаража-стоянки в Свердловске

а – разрез; б – план; 1 – трёхпоясные фермы; 2 – затяжка; 3 – вертикальные связи; 4 - колонна

Рис. 4.14. Предварительное напряжение ферм и подвесных подкрановых балок петлевидными затяжками, натягиваемыми оттяжкой их из плоскости фермы

а – разрез; б – план; в – деталь; 1 – затяжка; 2 – подвеска; 3 – натяжной болт; 4 - подкрановая балка

Натяжение затяжек производилось наверху после монтажа покрытия оттяжкой их болтами на упоры, прикрепленные к верхним поясам подкрановых балок. Оттяжка выполнялась закручиванием вручную гаек болтов. Натянутые и закрепленные затяжки вызывают предварительное напряжение в стержнях фермы и в подкрановых балках. Верхние пояса ферм получают растяжение, нижние – сжатие, а в подкрановых балках растягиваются верхние полки и сжимаются нижние.

Рис. 4.15. Перекрытие спортивного зала в Карлсруэ

1 – трёхпролётная ферма; 2 – затяжка; 3 – трубчатые раскосы; 4 – нижний пояс из швеллера; 5 – ж/б плита; 6 – легкобетонная плита; 7 – верхний пояс из одного уголка

Рис. 4.16. Ферма покрытия павильона в Гамбурге

А – схема; б – сечение; в – промежуточное крепление натяжного устройства; г – концевое крепление натяжного устройства

Рис. 4.17. Проект покрытия ангара в Чикагском аэропорту

В г. Карлсруэ (ФРГ) построен спортивный зал пролетом 40 м, перекрытий предварительно напряженными стальными фермами треугольного сечения (рис. 4.15). Нижние пояса ферм из швеллеров обжаты затяжками из двух стержней диаметром 26 мм. Посередине пролета ферм затяжки имеют нахлестку. Затяжки изготовлены из стали с пределом текучести 800 МПа.

Другим примером покрытия с трехпоясными предварительно напряженными фермами является проект рыночного павильона в Гамбурге (ФРГ) (рис. 4.16). Трёхпоясные фермы из труб пролетом 35 м поставлены с шагом 22,6 м. Нижний пояс напрягается затяжками, размещенными внахлестку. Железобетонная плита, уложенная по верхним поясам ферм, включается в их работу.

Для аэропорта в Чикаго (США) спроектирован ангар размером в плане 127,7x60,3м с консольными предварительно напряженными фермами, с вылетом консоли на 42 м (рис. 4.17). Ферма напряжена шестью затяжками, поставленными по верхнему поясу. Шаг ферм 12,2 м. Все шесть затяжек проходят только над опорами ферм, а далее по мере уменьшения изгибающего момента к краю консоли затяжки попарно обрываются. Затяжки выполнены из стержней диаметром 28,4 мм из стали с пределом текучести 914 МПа и временным сопротивлением 1019,5 кН/см². В результате предварительного напряжения масса ферм снижена на 12 %.