Здания с висячими системами конструкций.

Идея использования в строительстве гибких материалов в виде тросов возникала давно. Но лишь в начале XX в. она получила реальное воплощение в строительстве мостов висячей конструкции.

В покрытии зданий применять тросы стали недавно. Название «висячее покрытие » не совсем точно отражает характер работы таких покрытий, так как главным в таких конструкциях является не провисание, а натяжение перекрещивающихся тросов, образование из них изогнутых поверхностей и создание конструкции, обладающей пространственной жесткостью.

Особенностью висячих конструкций является то, что металлические тросы в ней работают только на растяжение, наиболее благоприятный вид нагрузки для металла. Поэтому висячими конструкциями можно перекрыть громадные площади длиной более 200 м при наименьшем расходе металла. При увеличении пролета экономичность висячих конструкций возрастает.

Распор от висячих конструкций передается либо на опорный контур, либо в грунт через стойки и оттяжки, заанкеренные в землю или в массивные части здания. Круглый или овальный в плане опорный контур наиболее экономичен, так как, работая на сжатие, он гасит распор и передает на опоры только вертикальные нагрузки.

Висячие конструкции можно разделить на пять групп:

- односторонне изогнутые покрытия;

- тросовые сетки двоякой кривизны;

- двухпоясные покрытия;

- комбинированные конструкции из стержней и тросов;

- тентовые покрытия.

Односторонне изогнутые висячие конструкции представляют собой ряд параллельно подвешенных тросов. Для обеспечения совместной работы тросов по ним укладывают поперечные балки, концы закрепляют в боковых стенах для предупреждения от поперечного раскачивания. По балками укладывают плиты покрытия. Такие покрытия могут быть из монолитного железобетона, и тогда их называют висячими оболочками. Висячие оболочки устраивают и на тросах, подвешенных радиально к круглому опорному контуру.

Рис. Односторонние изогнутые висячие

конструкции:

а —на вертикальных стойках с оттяжками; 6 — на жестких наклонных стенках

Тросовые сетки двоякой кривизны состоят из двух систем тросов: несущих, воспринимающих всю вертикальную нагрузку и всегда изогнутых книзу, и стабилизирующих, которые оттягивают несущие тросы книзу, стабилизируя их положение, воспринимают ветровые усилия и передают их на опорный контур или на стойки с оттяжками.

Тросовые сетки двоякой кривизны состоят из двух систем тросов: несущих, воспринимающих всю вертикальную нагрузку и всегда изогнутых книзу, и стабилизирующих, которые оттягивают несущие тросы книзу, стабилизируя их положение, воспринимают ветровые усилия и передают их на опорный контур или на стойки с оттяжками.

Двухпоясными покрытиями называют висячие конструкции, в которых несущие и стабилизирующие тросы расположены в разных криволинейных поверхностях. При этом поверхность несущих тросов выгнута книзу, а стабилизирующих — кверху. Двухпоясные конструкции обычно применяют для перекрытия круглых или овальных в плане помещений с радиальным расположением тросов.

По внешней стороне тросы заделывают в опорный контур в виде кольца. Это кольцо сжимается усилиями от тросов и гасит весь распор от них. Само оно покоится на

вертикальных стойках, передавая им лишь вертикальную нагрузку от массы конструкции. В центре тросы заделывают в цилиндрический барабан, испытывающий растягивающие усилия и висящий на несущих тросах. Несущие и стабилизирующие тросы располагают попарно в одной вертикальной плоскости и соединяют растяжками, если несущий трос находится над стабилизирующим, или распорками, если несущий трос находится под стабилизирующими.

Рис. Двухпоясные покрытия: а — несущие тросы расположены над стабилизи­рующими; б — то же. пересекаются со стабилизирующими; в — то же, находятся под стабилизи­рующими; г — план

тросов; д —покрытие мемб­ранного типа в здании СКК в Ленинграде; 1— несущие тросы; 2 — подвески; 3 — кольцевой опор­ный контур; 4 — стойки-опоры; 5 — стабилизиру­ющие тросы; 6 — центральное растянутое кольцо; 7 — кровля; 8 — распорки; 9 — несущие стальные листы (мембрана); 10 - пригружающая площад­ка, используемая под технические нужды; 11 — стабилизирующие тросовые фермы

Составные или комбинированные висячие покрытия создаются из различных сочетаний элементов висячих конструкций с введением и сжатых элементов, выполняемых в виде арок, вертикальных или наклонных опор и т. д. Примером такой конструкции может служить олимпийский велотрек в Москве.

Тентовые покрытия, или палатки, известны давно, но лишь недавно их стали применять при строительстве крупных зданий. Тентовые покрытия состоят из равномерно натянутой ткани. Поверхность полотнища в натянутом состоянии должна иметь двоякую кривизну, подчиняясь тем же законам, что и тросовые сетки.

Coбственно ткань можно рассматривав как сетку с очень маленькими ячеками. Натянутая ткань должна поддерживаться жесткими мачтами арками или ребрами. Ткань тентовых покрытий является одновременно и несущей и ограждающей конструкцией. В этих сооружениях форма полностью совпадает с конструкцией. Нетектоничные формы у палаток невозможны, так как такие палатки будут колеблющимися и неустойчивыми.

Рис. Тентовые покрытия

Пневматические покрытая

Различают три основных вида пневматических покрытий:

- воздухоопорные оболочки,

- пневматические каркасы

- пневматические линзы

Воздухоопорные оболочки представляют собой баллон из ткани или пленки, внутри которого поддерживается небольшое избыточное давление воздуха, неощущаемое находящимися внутри людьми. В баллоне предусматриваются окна (с герметизацией швов) и вращающиеся двери со шлюзами. Вентилятор, расположенный рядом со зданием, постоянно подкачивает воздух в помещение, компенсируя утечку воздуха через неплотности швов и соединений и через шлюзы. Необходимость постоянной работы вентилятора является главным недостатком этих сооружений.

Рис. Пневматические покрытия: а — воздухоопорная оболочка; б — пневматиче­ский каркас в виде сплошного покрытия; в -*•• то же, в виде отдельных опор, на которые натяги­вается ткань покрытия; г — пневматическая лин­за; 1— воздухоопорная оболочка; 2 — окно с гер­метичными швами; 3 — анкера крепления к грун­ту; 4 — входной шлюз; 5 — подача воздуха; 6 — растяжки для придания продольной жесткости и поддержки ткани покрытия; 7 — опорное контурное кольцо

Пневматические каркасы представляют собой длинные баллоны (обычно в виде арок) с большим избыточным давлением (до 100 кПа). Пневматические арки в виде гофрированной пневмопанели могут образовать непрерывный свод. Расставленные раздельно с шагом 3...4 м, они могут служить своеобразным каркасом, на который натягивают водонепроницаемую ткань. Для зданий с пневмокаркасом не требуется постоянной подкачки воздуха в баллоны, не нужны шлюзы, так как в самом помещении давление воздуха соответствует атмосферному, а баллоны не имеют отверстий, открываемых при эксплуатации здания. Такие помещения можно использовать под выставочные залы, кинотеатры, склады и др.

Если баллон в виде большой линзы подвесить краями к жесткой каркасной конструкции, то он будет хорошо защищать пространство под ним от дождя и солнечных лучей. Такие покрытия можно применять для летних кинотеатров, танцплощадок и др. Пневматическими конструкциями можно перекрывать пролеты 20...30 м.