Вантовые конструкции

Вантовые конструкции, назначение

Использование вантовых конструкций в архитектуре ознаменовало переход на новый этап, инженерная мысль позволила создавать легкие, отрытые и при этом безопасные конструкции и пространства. Далее рассмотрим назначение вантовых конструкций и их виды.

К вантовым конструкциям относятся конструкции, которые состоят из несущих элементов в виде стальных вант и опорных частей. Также в конструкцию могут входит оттяжки и распорки. Первый проволочный трос был изобретен 1834 году, что стало начальной точкой отсчета в истории вантовых конструкций. Первые проволочные тросы применялись в качестве несущих элементов для висячих мостов.

Вантовые конструкции сегодня используются в различных зданиях, мы можем привести примеры большепролетных сооружений, зданий со сложными объемно-пространственными решениями, промышленных (цеха, производственные помещения) и общественных зданий (цирки, рынки, торговые залы, кинотеатры, стадионы) различной конфигурации, мосты и инженерные сооружения различной сложности.

Выбор в пользу вантовых конструкций ведется исходя из их ключевых преимуществ:

• экономической эффективности, по сравнению с привычными железобетонными или металлическими конструкциями;
• низкой материалоемкости;
• при монтаже вантового покрытия не требуются подмости, что уменьшает трудоемкость;
• несущие конструкции имеют малую массу;
• повышается эстетическая выразительность сооружений и зданий;
• новые возможности, предоставляемые этим типом конструкций.

В большепролетных конструкциях архитектор всегда стремится создать единое пространство, избегая устройства промежуточных опор, которые значительно уменьшают гибкость. Вантовые конструкции позволяют решить эту проблему за счет грамотного распределения нагрузки. Таким образом внутренне пространство, лишенное каких бы то ни было ограничивающих его организацию элементов является максимально свободным для любой перепланировки в соответствии с потребностями производства или общественной жизни. Эта возможность открывает новые перспективы, стирая ограничения, накладываемые моральным износом на любые объемно-планировочные решения.

Не столь широкое применение и использование вантовых конструкций в типовом строительстве объясняется тем, что они требуют специфических расчетов. Современные достижения в области теории расчета конструкций, а также имеющийся опыт возведения подтверждает надежность и безопасность принимаемых решений. Также к недостатками вантовых конструкций относится повышенная деформируемость покрытия из-за способности вант изменять свою форму под действием различной нагрузки.

Виды вантовых конструкций

Одним из важных факторов при проектировании вантового покрытия является взаимоувязанность геометрии конструктивной формы опорного контура с принятой системой несущих конструкций и формой самого здания. Рассмотрим наиболее часто встречающуюся классификацию вантовых конструкций:

• однопоясные вантовые покрытия с параллельными вантами;
• однопоясные вантовые покрытия с радиальными вантами;
• двухпоясные вантовые покрытия с параллельными вантами;
• двухпоясные вантовые покрытия с радиальными вантами;
• покрытия с вантовыми сетями;
• струнные покрытия;
• покрытия с висячими фермами и балками;
• комбинированные системы покрытий;
• подвесные покрытия.

Рисунок 1. Вантовые конструкции, канатно-балочные покрытия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Прообразом вантовых покрытий считаются палатки и шатры, в которых мягкая внешняя оболочка выступает одновременно в двух функциях, ограждающей и несущей. В вантовых покрытиях две эти функции разделены, тросы принимают на себя всю нагрузку, а ограждающую функции выполняет заполнение кровли.

Первые здания с вантовыми конструкциями были спроектированы выдающимся русским ученым В,Г. Шуховым, который получил патент на свое изобретение. Он предложил вместо отдельных тяжелых и массивных ферм использовать линейные диагонально пересекающиеся элементы, которые были скреплены в местах соединения заклепками и болтами, тем самым образуя сетку с ромбовидными ячейками. Первым здание с висячим покрытием стад котельный завод Бари, возведенный в 1894 году. Преимуществом вантовых конструкций является существенное уменьшение веса, которое сказывается и на других элементах здания, в том числе и на фундаментах. Сетчатая поверхность при этом обладает высокой несущей способностью, работа элементов выполняется только на одноосное напряжение.