Седловидные покрытия

История седловидных покрытий

Одним из самых распространенных видов вантового покрытия являются седловидные покрытия. Их поверхность, которая называется поверхностью гиперболического параболоида, обладает отрицательной Гауссовой кривизной. За счет своей формы покрытие не деформируется при неравноразмерных нагрузках. Такая форма крыши априори обладает архитектурной выразительностью, а в сочетании с другими элементами можно добиться нужного облика.

К самыми известным зданиям с седловидной кровлей относятся:

• здание спортивного зала Рэлей-арена в США. В нем использованы две железобетонные арки параболической формы, между ними протянуты канаты, имеющие диаметр от 18 до 34 мм. В здании применена сетка двоякой кривизны, образованная выгнутыми вниз тросами и стабилизирующими выгнутыми вверх тросами. В результате ячейка, образованная двумя тросами имеет размер примерно 1,8 на 1,8 метра. По такой ячейке выполнено легкое металлическое покрытие из щитов с утеплением;
• здание олимпийского велотрека в Москве, построенное во времена СССР. В нем впервые в советское время было применено седловидное покрытие. В плане зал имеет форму эллипсоида, которая образована двумя гиперболическими параболоидам. Внутренние арки велотрека защемлены жёстко в фундаменте, то время как наружные арки занимают почти горизонтальное положение и опираются на ряд колонн. Мембрана, между двумя арками имеет гиперболическую поверхность, она работает на растяжение;
• здание выставочного павильона в Швейцарии, сооруженное для берлинской выставке 1952 года. В нем также использовалась конструкция с седловидным покрытием. Само здание было сборно-разборным, а его опорное кольцо собиралось из клееных элементов. Это был один из первых примеров седловидного покрытия в зданиях;
• здание Олимпийского стадиона, возведенное в Мюнхене по проекту архитектора Гюнтера Бениша. В нем также была применена система из тросов, а седловидная поверхность крыши опиралась на гибкий опорный контур.

Рисунок 1. Одно из первых зданий с покрытием седловидной формы -Рэлей-арена в США, 1953 год. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Конструкция седловидных покрытий

При проектировании седловидного покрытия важно учитывать функционал здания. Для временных и постоянных зданий компоновка покрытий будет отличаться. В капитальных объектах строительства, испытывающих значительные нагрузки, для сетки применяется форма гипара. Гипар имеет уравнение поверхности, при котором применятся ортогональное расположение тросов, идущих параллельно главным осям.

Основные схемы седловидных сеток:

• сетки на замкнутом контуре из двух арок;
• сетки на сложном криволинейном контуре;
• сетки с наклонными арками и тросами-подборами;
• сетки с вертикальной аркой;
• сетки с аркой, балкой и тросами;
• сетки на квадратном плане с прямоугольным опорным контуром.

С точки зрения строительства и монтажа удобнее системы с самообразующейся поверхностью, в которых тросы соединяют две точки по кратчайшему расстоянию. Провесы тросов в этом случае не параллельны, не вертикальны друг к другу и к главным осям.

Тросы располагают так, чтобы расстояние между ними было одинаковым, как правило оно зависит от конструкции покрытия и не превышает 1 м при пленочных покрытиях и 3 метров при щитовых покрытиях.

При расчете седловидного покрытия, первоначально определяют усилия в тросах от заданного напряжения и контактную нагрузку. Выполняют расчет сетки от действия внешней нагрузки, исходя из полного загружения покрытия, как постоянной, так и временной нагрузкой,

Самым важным в конструировании является узел примыкания троса к опорной конструкции. Обычно применяют коробчатую опорную конструкцию и шарнирное примыкание идущих под разными углами тросов.

Рисунок 2. Опорная арка, несущие и стабилизирующие нити. Рэлей-арена. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Седловидные покрытия идеально подходят для значимых общественных зданий. С одной стороны они позволяют уменьшить вес кровли и расходы на ее возведение, а с другой работают на формирование неповторимого образа. Вантовые и висячие конструкции достаточно редко используются в проектировании из-за сложившихся стереотипов и кажущейся ненадежности этих решений. Но учитывая их металлоёмкость и возможности существуют все предпосылки для того, чтобы эта ситуация изменилась к лучшему.