Вантовые висячие конструкции

Федеральное агентство по образованию

Институт моды, дизайна и технологий

очно - заочное отделение

факультет: дизайн

специальность: дизайн среды

 

 

 

 

Реферат

 

По дисциплине:

Конструирование в дизайне среды

На тему:

Вантовые висячие конструкции

 

 

 

 

 

                                 

 

                                                            Выполнила: Щербинина С. С.

                                  

                                                            Проверил:

 

 

 

Омск - 2013 г.

Содержание

 

 

Введение                                                                                                

 1. Висячие покрытия

2. Статика вантовых систем

3. Конструктивные формы вантовых покрытий

4. Опорные конструкции вантовых покрытий

5.   Конструктивные элементы и детали вантовых покрытий                                              

6. Конструктивные элементы и детали вантовых покрытий             

Заключение                                                                                            

Список литературы                                                                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В 1834 г. был изобретен проволочный трос - новый конструктивный элемент, нашедший очень широкое применение в строительстве, благодаря своим замечательным свойствам - высокой прочности, малой массе, гибкости, долговечности.

В строительстве проволочные тросы были впервые применены в качестве несущих конструкций висячих мостов, а затем уже получили распространение в большепролетных висячих покрытиях.

Развитие современных вантовых конструкций началось в конце XIX в. на строительстве нижегородской выставки 1896 г. русский инженер В.Г. Шухов впервые применил пространственно работающую металлическую конструкцию, где работа жестких элементов на изгиб была заменена работой гибких вант на растяжение. Пространственная сетка этих покрытий представляла собой поверхность гиперболоида и была выполнена из взаимно пересекающихся лент полосовой стали. Павильон круглой формы имел диаметр наружного кольца 68 м, павильон овальной формы был выполнен размером 98х51 м.

Долгое время в строительстве висячие покрытия не применяли. Опасения сводились к тому, что свойства таких покрытий недостаточно изучены, отсутствуют надежные методы расчета. В 1950 г. архитектор Новицкий впервые разработал покрытие в виде ортогональной вантовой сети.

Первое вогнутое радиальное покрытие появилось в 1956 г. Оно было применено по проекту архитектора Риоса в Монтевидео (Уругвай) для стадиона круглой формы в плане диаметром 94 м. Жесткость покрытия была обеспечена предварительным напряжением кровли путем временного пригруза железобетонных плит кирпичом.

В 1968 г. на Всемирной выставке в Брюсселе по проекту архитектора Стоуна павильон США был перекрыт двухпоясной радиальной, вантовой системой.

После первого применения висячих покрытий прошло около трех десятилетий. За это время они все шире и шире внедрялись в строительную практику. Стремление использовать свойства висячих покрытий, поиски архитектурного образа, решение различных проблем проектирования и возведения покрытий привели к быстрому развитию типов этих конструкций. В настоящее время различные системы покрытий позволили создать весьма выразительные и оригинальные произведения современной архитектуры.

Висячие покрытия

 

В литературе имеются разнообразные предложения по классификации покрытий, которые охватывают различные признаки: геометрию поверхности, форму сооружения в плане, конструктивную схему вант, материал покрытия, характер обеспечения жесткости и т. п.

Поскольку практически любое висячее покрытие состоит из пролетной части и опорного контура, то целесообразно делить покрытия в зависимости от конструктивных и статических особенностей на следующие основные схемы:

висячие оболочки,

винтовые покрытия,

висячие фермы и балки,

мембраны,

комбинированные системы,

подвесные конструкции.

Висячие оболочки образуются путем укладки на ванты железобетонных, армоцементных или керамзитобетонных плит с последующим замоноличиванием швов вместе с вантами для обеспечения жесткости покрытия. Висячие оболочки образуются также при укладке монолитного бетона по вантам. По конструктивному решению все висячие оболочки являются однопоясными системами и имеют плоский опорный контур. Ванты в таких покрытиях располагают параллельно или радиально, в отдельных случаях возможно применение пересекающихся вант в виде провисающей сети.

Байтовыми считают такие покрытия, в которых жесткость обеспечивается путем использования системы несущих и стабилизирующих вант, образующих двухпоясную конструкцию или сеть. Вантовая сеть всегда имеет поверхность отрицательной гауссовой кривизны. Вантовое покрытие может быть выполнено из нитей, натянутых как струны. После укладки элементов кровли вантовая система, как правило, продолжает работать без обеспечения совместной работы ограждающих элементов между собой и с опорным контуром. В висячей оболочке вантовую схему используют как промежуточную стадию при строительстве.

Висячие фермы и балки представляют собой жесткие ванты. Их используют для стабилизации покрытий с легкой кровлей.

Мембраны являются висячими оболочками, и которых несущая конструкция выполнена из тонколистового металла (стали или алюминиевого сплава).

Комбинированные системы состоят из гибких вант и жестких элементу. Жесткие элементы применяют для стабилизации формы покрытия и распределения сосредоточенных и неравномерных нагрузок на несколько несущих вант.

Подвесные конструкции образуют комбинацией внешних тросов и жестких балок или ферм.

Материалом для вант в висячих покрытиях служит сталь, которую применяют в виде канатов, арматурных стержней и пучков из высокопрочной проволоки.

Для сравнительно небольших пролетов используют ванты из арматурной стали периодического профиля классов A-III и A-IV. Максимальный диаметр стержневой арматуры для вант ограничен 40 мм.Весьма широкое применение для вант получили канаты.

Для висячих покрытий в основном используют канаты одинарной и двойной свивки. В канатах с точечным касанием проволок (ТК) угол наклона свивки по слоям постоянный, поэтому шаг свивок по слоям разный и проволоки в них касаются одна другой в отдельных точках. В канатах с линейным касанием проволок (ЛК) шаг свивки во всех слоях пряди одинаковый. Эта особенность отражается на жесткости канатов: канаты типа ЛК являются более гибкими по сравнению с канатами типа ТК.

Для вант из пучков используют высокопрочную проволоку, гладкую или периодического профиля диаметром 4-6 мм. Проволока меньших диаметров интенсивнее подвергается коррозии, проволока больших диаметров, труднее поддается обработке и имеет меньшие значения расчетного сопротивления.

 

 

 

 

 

 

Статика вантовых систем

 

Предварительное натяжение или пригрузка, как и стабилизация отдельных тросов, - характерный признак вантовых конструкций. Чем больше предварительное натяжение, тем меньше при той же нагрузке деформация троса. Благодаря этому можно ограничить деформации вантовых систем, что они не превысят соответствующих величин для обычных (жестких) конструкций. Предварительное натяжение значительно улучшает работу вантовых конструкций при динамических воздействиях.

Различными способами стабилизации отдельных тросов можно создать вантовые системы различных типов. Для однопоясных систем необходимо устройство достаточно тяжелой конструкции покрытия; для двупоясных и перекрестных систем можно применять легкие покрытия. Форма поверхности покрытия определяется принятым типом вантовой системы. При параллельном расположении отдельных тросов или тросовых ферм образуется поверхность одинарной кривизны; при радиальном их расположении либо при использовании перекрестной системы тросов - поверхность двоякой кривизны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструктивные формы вантовых покрытий

 

Вантовые покрытия можно применять для покрытий зданий практически любого очертания в плане. Вантовые покрытия могут различаться по конструкции заполнения покрытия (легкие или тяжелые покрытия) и по геометрической форме поверхности (цилиндр, конус, эллипсоид, гиперболический параболоид, складки и т.п.). В качестве определяющих признаков различных конструктивных форм приняты кривизна поверхности покрытия и тип тросовой системы.

Система из одиночных тросов. Несущая конструкция покрытия состоит из параллельно расположенных растянутых элементов (тросов), образующих вогнутую поверхность. Для системы этого типа необходима тяжелая конструкция заполнения покрытия. Заполнения выполняют преимущественно из кессонированных сборных железобетонных плит. При малых пролетах покрытия бетонное заполнение может быть без предварительного напряжения. При больших пролетах необходимо предварительное напряжение бетона для ограничения трещинообразования, одновременно ограничивается деформативность конструкции.

Вантовые покрытия с параллельными одиночными тросами применяют для прямоугольных в плане зданий.

Двухпоясные вантовые системы. Несущие элементы таких систем состоят из несущего и стабилизирующего тросов, имеющих кривизну разног знака. Двупоясные системы выполняют обычно в виде тросовых ферм, в которых несущий и стабилизирующий тросы связывают между собой стержнями круглого сечения или тросовыми растяжками. Преимущества двухпоясных вантовых систем в том, что загруженной собственным весом покрытия тросовой ферме предварительным напряжением можно придавать очертания, соответствующее веревочной кривой для преобладающей временной нагрузки, при этом существенно ограничивается деформативность конструкции. Тросовые фермы отличаются высоким значением декремента затухания колебаний и, следовательно, достаточной надежностью при динамических воздействиях.

Системы из одиночных тросов. Покрытия этого типа могут быть в плане различного очертания, чаще всего их выполняют с круговым планом. Растянутые элементы (тросы) располагают радиально, реже - по хордам. Круговое покрытие в форме вогнутой поверхности вращения ограничиваются по контуру сжатым опорным кольцом. Радиальные тросы, усилия в которых одинаковы при равномерной нагрузке, прикрепляются в середине к растянутому центральному кольцу. Устанавливая в центре опору, получают шатровое вантовое покрытие.

Вантовые покрытия из одиночных тросов часто применяют и для перекрытия эллиптических планов. Недостаток этого типа покрытий состоит в том, что усилия в тросах при равномерной нагрузке оказываются неодинаковыми, вследствие чего в наружном кольце возникают и сжимающие усилия, и изгибающие моменты. В еще большей степени проявляется этот недостаток в покрытиях с прямоугольным планом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Опорные конструкции вантовых покрытий

 

Эти конструкции представляют собой плоские либо пространственные рамы (стальные или железобетонные) со стойками постоянной или переменной высоты. Элементами опорной конструкции являются ригели, стойки, подкосы, тросовые оттяжки и фундаменты.

Опорные конструкции должны обеспечивать размещение анкерных креплений тросов (вант), передачу реакций от усилий в тросах на основании сооружения и создание жесткого опорного контура покрытия для ограничения деформаций вантовой системы.Характер действующих на опорную конструкцию нагрузок от усилий в тросах зависит от очертания покрытия в плане.

В покрытиях с прямоугольным или квадратным планом тросы (или тросовые фермы) обычно расположены параллельно друг другу. При этом горизонтальные усилия распора оказываются приложенными в верхних точках опорной конструкции.

В круговых покрытиях тросы или тросовые фермы располагаются радиально. При действии на покрытие равномерно распределенной нагрузки усилия во всех тросах одинаковы, а наружное опорное кольцо равномерно сжато. В этом случае отпадает необходимость в устройстве анкерных фундаментов. При неравномерной нагрузке в опорном кольце могут возникать изгибающие моменты, которые необходимо учитывать и не допускать избыточных моментов.

Для круговых покрытий применяют три основных варианта опорных конструкций:

с передачей распора на горизонтальное наружное опорное кольцо;

с передачей усилий в тросах на наклонное наружное кольцо;

с передачей распора на наклонные контурные арки, опирающиеся на ряд стоек, которые воспринимают вертикальные усилия от покрытия.

Для восприятия усилий в арках их пяты опирают на массивные фундаменты, либо связывают затяжками.

 

 

 

Конструктивные элементы и детали вантовых покрытий

 

Проволочные тросы (канаты).

Основной конструктивный материал вантовых покрытий - изготавливаются из стальной холоднотянутой проволоки диаметром 0,5 … 6 мм, с пределом прочности до 220 кг/мм». Различают несколько типов тросов:

спиральные тросы, состоящие из центральной проволоки, на которую спирально навиты последовательно в левом и правом направлении несколько рядов круглых проволок;

многопрядевые тросы, состоящие из сердечника (пенькового каната или проволочной пряди), на который навиты односторонней или перекрестной круткой проволочные пряди (пряди могут иметь спиральную свивку) в этом случае трос будет называться спиральнопрядевым;

закрытые или полузакрытые тросы, состоящие из сердечника (например, в виде спирального троса), вокруг которого навиты ряды проволок фигурного сечения, обеспечивающие их плотное прилегание (при полузакрытом решении трос имеет один ряд навивки из круглых и фигурных проволок);