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 (рис. 13) 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. 13. Односторонне изогнутые висячие

конструкции:

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

Тросовые сетки двоякой кривизны (рис. 14) 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. Первым покрытием такого рода бы­ло покрытие арены в Ралей (рис. 14, б). Арена в Ралей была построена по проекту архит. Новицкого в 1948 г. и стала своего рода символом сетчатых кровельных покрытий. Несущие тросы висят между двумя наклонными арками, стабилизирующие тросы натянуты впоперечном направлении, придавая седлообразную форму покрытию. Сжатые наклонные арки, подвесные и натяжные тросы уравновешивают друг друга, образуя систему, которая не нуждается в опирании арок на наружные стойки или стены. Покрытия этого типа наиболее легкие.

Рис. 14. Тросовые сетки двоякой кривиз­ны:

а — на двух арках по торцам здания; б — на двух наклонных параболических арках; / — несу­щие тросы; 2 — стабилизирующие тросы; 3 — опор­ные арки; 4 — легкое стеновое ограждение

Рис. 15. 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; / — 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

Двухпоясными покрытиями (рис. 15) 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. Примером может служить схема покрытия спортзала «Юбилейный» в Ленинграде (1967 г., инж. Морозов А. П., Елисеев Ю. А., Курбатов О. А., ЛенЗНИИЭП)(15в). В 1980 г. в Ленинграде окончено строительство еще одного здания, являющегося следующим шагом коллектива ЛенЗНИИЭПа в совершенствовании висячих конструкций. Круглое _в плане помещение театрально-спортивного комплекса им. В. И. Ленина., диаметром 160 м перекрыто мем­бранным покрытием(15д). Несущей основой этого покрытия являются не тросы, а металлические листы, закрепленные в опорном кольце.

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 (рис. 16). 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. 16. Тентовые покрытия