Одной из задач, над которой бьется не первое поколение архитекторов, является создание легкого покрытия, которое позволило бы создавать большие пролеты, при этом не утяжеляя здания. Одним из решений, которое нашло свое применение в ряде зданий, являются тросовые конструкции.
Тросовые сети
При проектировании больших пространств, к примеру торговых залов, стадионов, спортивных сооружений одним из ограничений является максимальный пролет, который можно себе позволить в имеющихся условиях. Висячие покрытия относятся к легким, они позволяют уйти от промежуточных опор внутри помещения и создать любую планировку.
Впервые принцип работы висячих конструкций продемонстрировал инженер В. Г. Шухов на выставке 1896 году, которая проходила в Нижнем Новгороде в инженерно-строительном павильоне круглой формы. Принцип работы висячих конструкций сводится к тому, что они прекрасно справляются с распорными и растягивающими нагрузками и модно использовать весь их потенциал, передача распор от висячих конструкций на опорный контур.
Рисунок 1. Выставочный павильон, 1897 год, Нижний Новгород. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Такие конструкции имеют ряд преимуществ:
- позволяют перекрывать пролеты более 100 метров;
- имеют малый вес покрытия;
- гибко реагируют на эксплуатационную нагрузку;
- полностью используется несущая способность тросов и вант;
- обладают малыми габаритами, что удобно для транспортировки.
К ограничениям и недостаткам торосовых конструкций относится их деформируемость, то есть изменение первоначальной длины, которое влечет за собой нарушение герметичности кровли.
К основным элементам висячих покрытий относятся тросы, канаты, гибкие стержни, которые называют ванты. Вантовые конструкции состоят из несущих пролетных элементов в виде стальных тросов. Вантовые покрытия делят по способу стабилизации на утяжеленные или пригруженные (с пролетом 40-60 м), жесткие (висячие оболочки) и систему несущих стабилизирующих тросов. По очертанию в плане они могут быть круглые, прямоугольные и комбинированное, расположение вант может быть параллельным, радиальным или перекрестным.
Ванты – это гибкие прямолинейные элементы, которые применяются в сооружениях или частях конструкций, сооружениях. Они не обладают собственной устойчивостью, но при этому могут являться несущими элементами.
К известным зданиям с вантовыми конструкциями относятся здание хоккейного стадиона Ингаллс Ринк, гостиный двор в Москве, музей изобразительных искусств в Милуоки, крытый конькобежный центр в Крылатском.
Висячие покрытия делятся по виду опорного контура на покрытия с замкнутым контуром (не передает горизонтальные усилия на нижележащие конструкции) и на покрытия с разомкнутым опорным контуром (распор воспринимается нижележащими конструкциям). По типу конструкции делятся на вантовые, мембранные и тросовые фермы.
Рисунок 2. Конструкции Шухова в зданиях. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Тросовые фермы
Рассматривая частный пример висячего покрытия, стоит остановиться на устройстве и принципе работы тросовой фермы. В основном их применяют для прямоугольных покрытий, в которых они работают как независимые плоские системы.
Их основными особенностями являются:
- большая жесткость, которая является следствием геометрической неизменяемости конструкции;
- они легко справляются с неравномерными нагрузками;
- в качестве настила могут служить легкие кровельные щиты, а вода с кровли отводится по желобам.
- тросовые фермы по своему очертанию близки к двухпоясным системам, система решетки обычна принимается треугольной без дополнительных подвесок и стоек;
- величина предварительного напряжения фермы складывается из ряда параметров, среди них и углы наклона раскосов.
Расчет тросовых ферм ведется общепринятыми методами, как при расчете статически неопределимой стержневой системы.
Усилия во всех элементах фермы должны быть растягивающими, что определяется правильной геометрией фермы. Сравнивая сжимающие усилия в стержнях с усилиями от единичного натяжения высчитывают минимальное натяжение, которое может погасить сжимающие усилия, возникающие от внешней нагрузки во всех стержнях и составляют результирующие таблицы. Стоит учесть, что в некоторых стержнях усилия от внутренней нагрузки и предварительного напряжения будут суммироваться. При значительных неравномерных нагрузках некоторые раскосы могут быть исключены из работы, и система может превратиться в геометрически изменяемую, с соблюдением допустимого прогиба
