ВИСЯЧИЕ ПОКРЫТИЯ ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ Расчёт висячих покрытий

ВИСЯЧИЕ ПОКРЫТИЯ. ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ. Расчёт висячих покрытий с радиальным и ортогональным расположением вант.

Висячие покрытия (ВП): осн. элементы, область применения, геометрия ВП образуются из системы вант (гибких арматурных стержней или канатов), удерживаемых на жёсткой опорной конструкции (кольцах, рамах и т. п. ), и кровельного ограждения из сборных ж. б. плит из лёгкого бетона. Обл. прим. : спорт. -зрелищные, торговые и производственные сооружения любого очертания в плане; при l>100 м ВП экономичнее любых др. видов пространственных покрытий. Геометрия: ВП устраивают достаточно пологими со стрелой провисания f=1/15… 1/30 от основного размера плана. 2

Висячие покрытия на круглом плане без промежуточных опор с внутренней опорой 3

Висячие покрытия на прямоугольном плане а – в виде отдельных вант; б – в виде пространственной ортогональной сетки 4

Монтаж висячих (вантовых) покрытий Монтаж вантовых покрытий несложен: он выполняется без лесов и подмостей, в чём состоит их существенное преимущество перед др. видами пространственных покрытий. Однако, ВП присуща большая деформативность в поперечном направлении. Для достижения стабильности равновесной формы ВП следует подвергать преднапряжению одним из следующих способов: 5

Монтаж кровельных плит на ванты 6

Способ 1: ванты натягивают до замоноличивания швов кровельных плит с помощью монтажной пригрузки, размещаемой на подвесках к вантам. После замоноличивания швов и набора раствором проектной прочности пригрузку снимают. 7

Общий вид смонтированной оболочки (1959 г. ) 8

Конструкция сборных ж. б. ребристых плит Использованы сборные ж. б. ребристые плиты с толщиной полки 25 мм, высотой продольных и торцевых рёбер 80 мм. Плиты имеют трапециевидную форму в плане с максимальной длиной у внешнего опорного кольца (200 см) и минимальной (70 см) у примыкания оболочки к фонарному кольцу. 9

Кровельные плиты (вид снизу) 10

Способ 2 преднапряжения ВП: Ванты натягивают домкратами после замоноличивания швов кровельных плит. Ванты размещают в каналах, полости которых впоследствии (после натяжения) заполняют раствором. 11

Современный вид здания с висячим покрытием (зима 2006 г. ) 12

Узлы конструкции вогнутой ж. б. п. н. висячей оболочки: анкерное устройство вант 13

Описание элементов конструкции Ванты (30 шт. ): выполнены из арматуры периодического профиля диаметром 22 мм из стали марки 25 Г 2 С класса А 540 (АIIIв). На концах ванты имели нарезку для гаек для закрепления в наружном и внутреннем кольцах. 14

Крепление вант к внутреннему (растянутому) кольцу (вид изнутри) 15

Описание элементов конструкции Внутреннее (растянутое) кольцо: диаметр 88 см, выполнено из листовой стали марки Ст. 3; состоит из 2 -х круглых плоских колец, приваренных к вертикальному стальному цилиндру, имеющему 30 (по количеству вант) отверстий. Кольцо монтировалось на специальных подмостях отметка верха которых соответствовала положению кольца в конструкции. 16

Общий вид внутреннего кольца с закреплёнными в нём вантами 17

Деталь крепления вант к внутреннему кольцу (вид снаружи) 18

Центральная часть покрытия (элемент интерьера, вид снизу) 19

Конический стеклянный купол фонаря (вид с кровли) 20

Описание элементов конструкции Наружное (сжатое) кольцо: выполнено ж. б. сборным, состоящим из 15 элементов с опиранием на колонны; сечение – трапецеидальной формы с размерами (в среднем) bxh=42 x 26 см; заармировано вязаным каркасом с прод. рабочей арматурой 4Ø 22 А 400 (АIII). Стыки сборных элементов кольца – на сварке з. д. с последующим обетонированием. 21

Деталь анкеровки вант в наружном (сб. ж. б. ) кольце 22

Принципы расчёта Предпосылки: 1) нагрузки от покрытия воспринимаются одними вантами; 2) кровельное ограждение работает только на сжатие; 3) ванты работают лишь на растяжение. Если круглое в плане покрытие с расстоянием между вантами b (по периметру) нагружено равномерно распределённой (по проекции покрытия) нагрузкой q, то каждую ванту можно рассчитывать независимо от других в соответствии со схемой: 23

Расчёт покрытий с радиальным расположением вант 24

Последовательность расчёта Вертикальные составляющие опорных реакций: Из уравнения моментов сил в левой части ванты относительно т. О получаем: Ванты рассчитывают на восприятие усилия: Сжимающее усилие в кольце под действием погонного радиального давления 25

Более строгий подход к расчёту ВП Т. к. в системе есть ванты – гибкие арм. стержни, то необходимо учитывать геометрически нелинейные эффекты. ВП изначально геометрически изменяемо и может воспринять нагрузку, лишь существенно изменив исходную форму. Поэтому поиск равновесной формы нужен для каждого этапа нагружения и вида действующей нагрузки. Это осложняется необходимостью учёта п. н. вант, влияющего как на начальную форму конструкции, так и последующие её равновесные формы. 26

Возможности компьютерного моделирования Компьютерное моделирование процесса возведения и последующего нагружения законченного сооружения с помощью процессора МОНТАЖ, входящего в состав п/к «ЛИРА» (вер. 9. 6) включает следующие этапы (стадии): Стадия 1 – монтаж радиальной системы вант, закреплённых снаружи в ж. б. сжатом кольце, а в центре – в стальном растянутом, и плит, опёртых на ванты; Стадия 2 – предварительное натяжение вант с помощью пригузки из расчёта нагрузки на каждую ванту ~19, 71 к. Н; 27

Возможности компьютерного моделирования Стадия 3 – замоноличивание радиальных и кольцевых швов между сборными ж. б. плитами и освобождение вант от пригрузки (после набора бетоном швов замоноличивания проектной прочности на сжатие), в результате чего ванты были предварительно напряжены, а оболочка обжата в радиальном направлении; Стадия 4 – приложение к образованному на стадиях 1 -3 вогнутому ВП постоянной нагрузки от собственного веса кровли и конструкций конического купола фонаря; Стадия 5 – приложение к покрытию расчётной снеговой нагрузки с учётом возможности образования снеговых мешков по периметру конического купола фонаря. 28