Висячие покрытия

Казанский (Приволжский) федеральный  университет

Институт филологии и искусств

Высшая школа искусств им. Салиха Сайдашева

Кафедра изобразительного искусства  и дизайна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

 

Висячие покрытия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                  Выполнила: Шайхутдинова Г. И.,

                                                                                                        Студентка 4 курса ИФИКФУ,

                                                                                                                Проверила: Мусина К.И.,

                                                                                                                           доцент ИФИКФУ

 

 

 

Казань, 2013

Содержание:

Введение………………………………………………………………………………

     1.  Общие сведения о вантовых покрытиях………………………………….3

     2.  Виды вантовых покрытий……………………………………………..…...4

     2.1. Прямоугольные в плане системы……………………………………….4

     2.2. Системы эллиптические или овальные………………………………....5

     2.3. Круглые в плане системы …………………………………………..…....6

     3. Монтаж вантовых покрытий ………………………………………..……..6

     4.   Мониторинг конструкций вантового покрытия…………………..…....7

     5.  Список литературы…………………………..………..………….……........9

Заключение…………………………………………………………………………..9

     6.   Приложение………………………………………………………………….10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общие сведения о вантовых покрытиях.

 

       В сооружениях, где надо перекрывать без промежуточных опор большие площади, весьма эффективны висячие покрытия. Такие покрытия могут применяться для производственных и гражданских зданий разнообразного назначения и различного сечения в плане (прямоугольное, круглое и овальное). Крытые стадионы, цирки, рынки, выставочные залы часто имеют такую конструкцию покрытия, так как висячие покрытия выгодны по расходу материалов на единицу перекрываемой площади и отличаются невысокой трудоемкостью при возведении. Работа Висячих конструкций на растяжение позволяет полностью использовать механические свойства высокопрочных материалов (стальной проволоки, капроновых нитей и др.), а незначительный вес их даёт возможность перекрывать сооружения с наибольшими пролётами. Висячие конструкции  сравнительно просты в монтаже, надёжны в эксплуатации, отличаются архитектурной выразительностью. Недостатками В. к. являются наличие распоров и большая деформативность под действием местной нагрузки. Для восприятия распоров устраиваются анкерные фундаменты или так называемые контурные конструкции (кольца, опоясывающие по периметру В. к.). Уменьшение деформативности В. к. достигается введением стабилизирующих элементов — оттяжек, раскосов, балок жёсткости, дополнительных поясов, а также приданием В. к. формы, допускающей предварительное напряжение. Геометрически неизменяемые В. к., выполненные из прямолинейных элементов (вантов), называются вантовыми.

         Висячие  конструкции могут быть плоскими  и пространственными. Простейший  вид плоской Висячей конструкции  — закрепленный на опорах трос с подвешенными к нему элементами, воспринимающими местную нагрузку. Современные плоские В. к. применяются главным образом в висячих мостах (См. Висячий мост), висячих покрытиях, канатных дорогах, подвесных переходах трубопроводов (рис. 1) и т.п.

         Пространственные Висячие покрытия  применяются в основном в покрытиях общественных и промышленных зданий больших пролётов. Впервые В. к. покрытий были предложены и осуществлены В. Г. Шуховым в 1896 при строительстве павильонов Нижегородской выставки, в том числе центрального здания инженерно-строительного павильона в виде круга в основании с наружным диаметром 68 м. За рубежом начало развития современных Висячих конструкций покрытий относится к 30-м гг. 20 в. Значительное распространение они получили после 2-й мировой войны. Пространственные В. к. покрытий весьма разнообразны; они различаются способами повышения их стабильности и жёсткости, а также особенностями конструктивного решения: однопоясные, двухпоясные, седловидные и др.

         Однопоясные  висячие покрытия — системы параллельных тросов, сетки или мембраны, образующие цилиндрические или параболоидные поверхности. Поперечная нагрузка на несущие элементы передаётся обычно через настил. Повышение жёсткости конструкций достигается увеличением веса настила либо его омоноличиванием, превращающим систему в висячую оболочку, а при лёгких настилах — введением вантовых оттяжек. Двухпоясные висячие покрытия представляют собой предварительно напряжённые системы, состоящие из криволинейных поясов, обращенных выпуклостью в противоположные стороны.

Висячие покрытия выполняют в виде преднапряженных оболочек из сборно-монолитного  железобетона, вант, вантовых ферм и  стальных мембран.

Висячей оболочкой называют монолитное или сборное с последующим  замоноличиванием железобетонное покрытие, опертое на систему висячих вант. В период возведения такой оболочки рабочими элементами ее пролетной конструкции служат стальные канаты. После замоноличивания в эксплуатационной стадии оболочка работает совместно с вантами.

Байтовая система и висячая оболочка опираются на опорный контур, воспринимающий на себя горизонтальные и вертикальные реакции пролетной конструкции. Опорный контур висячего покрытия может быть замкнутым. Висячие растянутые элементы в этом случае крепят к жестким опорным конструкциям, которые могут быть выполнены в виде опорного замкнутого контура (кольцо, овал, прямоугольник), передающего усилия через колонны или через контурные наклонные рамы или арки на фундаменты. Распор (горизонтальные реакции) пролетной конструкции погашается внутри опорного контура и на нижележащую часть сооружения передаются только вертикальные нагрузки.

Если опорный контур не замкнут, то усилия распора передаются через  подкосы, контрфорсы, оттяжки с анкерами и т. д. на фундаменты. Эти элементы испытывают значительные усилия от распора вант и требуют соответственно большего расхода материалов. Системы с замкнутым контуром, поэтому являются более экономичными.

Вантовые висячие покрытия образуются системой гибких или жестких нитей, опорным контуром или системой опор и ограждением. Наиболее рационально устройство для висячих вантовых покрытий внешнебезраспорных замкнутых опорных контуров. В этом случае силы натяжения воспринимаются в уровне закрепления в контуре растянутых несущих вант. Возможны и другие способы передачи усилий от вант — на мощные железобетонные пилоны, на конструкции трибун или примыкающих объемов.

Висячие покрытия с гибкими вантами  требуют дополнительных мероприятий  по их стабилизации и повышению жесткости. Для их применения создают специальную форму покрытия, обычно седловидную, или пригружают покрытие, или вводят в него дополнительные достаточно жесткие конструкции. Седловидная форма покрытия достигается применением двух типов нитей - несущих и напрягающих, имеющих кривизны разных знаков. Напрягающие ванты создают дополнительные напряжения в несущих вантах, которые благодаря этому становятся менее чувствительными к неравномерным и ветровым нагрузкам.

Применение  вместо гибких тросов жестких вант из прокатных профилей, обладающих значительной изгибной жесткостью, позволяет не проводить специальных мероприятий по стабилизации покрытий. Ограждением покрытий могут служить утепленные плиты на металлическом или деревянном каркасе, тенты или железобетонные плиты, в последнем случае замоноличивание швов между плитами позволяет создать жесткие висячие железобетонные оболочки, хорошо сопротивляющиеся ветровым и неравномерным нагрузкам.

 

 

 

 

2. Виды вантовых покрытий

2.1. Прямоугольные в плане системы

В таких  зданиях применяют системы из параллельных вант или вантовых ферм; поверхность оболочки имеет цилиндрическую форму. Ванты или фермы опираются на продольные балки, которые передают усилия на опорные рамы с анкерами или на контрфорсы. Огромные растягивающие усилия для прямоугольных зданий обычно воспринимаются дополнительными вышосными анкерными опорами. Для исключения взаимного смещения, обеспечения пространственной жесткости в прямоугольном здании обычно применяют систему взаимно перпендикулярных вант, шарнирно соединенных в узлах. В качестве контрфорсов целесообразно использовать смонтированные в здании конструкции, как, например, поперечные стены боковых пристроек.

Предварительно  напряженные железобетонные висячие  оболочки сооружают в следующей  последовательности: выполняют замкнутый  опорный контур, к нему крепят ортогональную сетку из стальных канатов, по которым затем укладывают железобетонные плиты. Для исключения появления растягивающих напряжений в оболочке осуществляют дополнительное натяжение канатов с усилием, которое должно превышать на 25% суммарную нагрузку от собственной массы покрытия и полезной нагрузки. После замоноличивания швов между плитами и набора бетоном необходимой прочности оболочка начинает работать как пространственная система.

  Технологическую последовательность возведения предварительно напряженной вантовой оболочки рассмотрим на примере сооружения с пролетом 48 м. Висячие ванты образуют поверхность двоякой кривизны. Ванты закрепляют к опорному контуру и по ним укладывают сборные железобетонные плиты размером 2,4 * 2,4 м, швы между плитами замоноличивают. Байтовая система из спаренных канатов диаметром 52,5 мм образована пересекающимися под прямым углом канатами, соединенными в местах пересечения металлическими накладками на болтах. Для крепления к опорному контуру и возможности натяжения на концах канатов устанавливают гильзоклиновые зажимы.

Доставленные  на объект ванты объединяют попарно, к ним прикрепляют вертикальные подвески. Поднимают ванты при  синхронной работе двух кранов с применением  траверс специальной конструкции (рис. 1). Концевые участки объединенных вант с гильзоклиновыми зажимами заводят в отверстия железобетонного контура и после монтажа всех вант осуществляют их натяжение ступенями, в определенной последовательности, исключающей перегрузку контура. После натяжения и геодезической выверки канаты соединяют в местах пересечения и осуществляют натяжение вертикальных подвесок. Только после этого в квадратные ячейки, образованные вантами, монтируют железобетонные плиты, имеющие по два опорных элемента на каждой стороне. Для соединения канатов в узлах и укладки железобетонных плит для рабочих используют передвижные мостики и автовышки.

В швы между  плитами укладывают арматуру. Перед  замоноличиванием швов ванты вновь  натягивают гидравлическими домкратами, чем создают требуемое предварительное натяжение вантовой системы. После достижения бетоном проектной прочности вертикальные подвески снимают. Смонтированная система включается в самостоятельную работу, приходит время устраивать кровельное покрытие.

Системы могут  быть однопролетными или многопролетными. Последние более экономичны, так как опорные конструкции располагаются только по внешним опорным осям системы и их влияние на общий расход материалов системы уменьшается.

Промежуточные стойки целесообразно проектировать с шарнирным закреплением в фундаментах, качающимися, чтобы при неравномерной нагрузке в пролетах на стойку не передавались горизонтальные усилия.

 

 

 

2.2. Системы эллиптические или овальные

 

Для них  обычно применяют системы перекрестных вант или вантовых ферм. Они могут быть разнообразны по очертанию и кривизне поверхности и по конструкции опорных элементов.

После укладки  и закрепления сверху вант или  вантовых ферм элементов покрытия образуется единая висячая монолитная конструкция, работающая как единое целое только после проектного натяжения вантовой сети и замоноличивания швов между плитами и вантами.

Висячая оболочка подвергается значительному растяжению, поэтому в ней могут возникнуть трещины. Для уменьшения деформаций  покрытия  и  во  избежание  появления трещин оболочку обычно предварительно напрягают следующими способами:

• натяжением домкратами на затвердевший бетон оболочки; в этом случае ванты располагают в каналах или гибких трубках и после натяжения каналы заполняют раствором под давлением;
• натяжением пригрузкой с передачей усилий на опорную конструкцию;  груз укладывают на незамоноличенные плиты или подвешивают к покрытию снизу. Оболочка сжимается после достижения бетоном замоноличивания необходимой прочности.

Для оболочек и опорных конструкций  используют бетон класса В15...В35, для  плиты оболочки — не ниже В25. Для  вант применяют арматурные стержни  периодического профиля, упрочненные  вытяжкой, арматурные пучки и пряди  из высокопрочной проволоки, стальные канаты.

 

 

 

 

2.3. Круглые в плане системы

 

Для них используют радиально расположенные  в плане ванты или вантовые фермы. При равномерной, осесимметричной  нагрузке на покрытие они не вызывают изгиба в сжатом наружном кольце и  оказываются весьма эффективными по своим технико-экономическим показателям благодаря полному использованию специфики материалов — растянутые ванты и сжатое опорное кольцо. В круглых в плане зданиях идет взаимное погашение усилий в наружном опорном кольце, которое и рассчитано на сжимающие усилия. Для тех же целей в круглых зданиях применяют вантовые фермы, состоящие из несущих и стабилизирующих вант, соединенных в пространственную систему стойками с шарнирными узлами примыкания.

Круглые системы можно проектировать  однопролетными или многопролетными в виде двух и более концентрических окружностей в плане. Промежуточные опорные кольца работают на разность усилий, передаваемых вантами смежных кольцевых пролетов.

 

 

 

3. Монтаж вантовых покрытий

 

Как правило, ванты натягивают на замкнутое  железобетонное кольцо, опирающееся на колонны. Кольцо полностью воспринимает горизонтальные нагрузки и исключает возникновение изгибающих напряжений в колоннах.

Как упоминалось ранее помещения, перекрываемые вантовыми конструкциями, в плане могут быть прямоугольными, овальными или круглыми, а ванты — располагаться параллельно, радиально или перекрестно по главным направлениям поверхности оболочки. В качестве вант могут быть использованы стальные стержни, пряди или канаты, в том числе объединенные для удобства установки в фермы.

  Для уменьшения прогиба от  эксплуатационных нагрузок и  возможности появления трещин  висячая оболочка подвергается  предварительному напряжению путем  натяжения вант и подвешивания  дополнительных пригрузов. Для  отвода воды и удобства ведения  монтажных работ кроме несущего каната может дополнительно устанавливаться верхний — стабилизирующий канат.

Последовательность выполнения работ  при перекрытии пролета вантовыми  канатами:

- вантовый канат, намотанный  на барабан, подают краном к  месту установки, один конец каната закрепляют анкером в опорном контуре.

- канат раскатывают, оснащают  контрольными грузами, поднимают  в проектное положение, натягивают  электролебедкой и закрепляют  в опорном контуре с противоположной  стороны;

- после установки всех продольных канатов производят геодезическую проверку положения точек вантовой сети;

- устанавливают поперечные ванты,  закрепляют их пересечения с  рабочими вантами;

- укладывают плиты покрытия  в направлении от нижней к  верхней;

- производят натяжение загруженной  вантовой сети, бетонирование стыков и контурных участков.

  Монтаж висячего покрытия  с использованием вантовых ферм  включает в себя следующие  технологические операции:

1. установка с помощью стрелового крана временной центральной монтажной опоры и монтаж на ее верхней части постоянной цилиндрической опоры в виде двух колец, соединенных стальными стойками;

2. изготовление, подъем и установка попарно вантовых полуферм и наружных связей — сначала по двум перпендикулярным осям, затем подряд с двух диаметрально противоположных сторон;

3. первоначальное натяжение установленных полуферм;

4. раскружаливание и демонтаж временной монтажной опоры;

5. монтаж сборных элементов покрытия с заделкой стыков;

6. напряжение всей вантовой системы в несколько этапов — по две фермы, расположенные перпендикулярно друг другу;

7. установка внутренних связей по фермам и кровле;

8. замоноличивание покрытия и контурных участков.

 

 

 

 

 

4.  Мониторинг конструкций вантового покрытия

 

Наиболее ответственными элементами вантового покрытия являются несущие и стабилизирующие ванты, а также центральные металлические кольца, за которыми необходимо системное инструментальное наблюдение. От усилий в несущих вантах зависит прочность всего вантового покрытия, в стабилизирующих вантах – устойчивость системы и состояние кровли.

 

Повышенные требования к надежности большепролетного сооружения определяют необходимость контроля технического состояния как на стадии строительства  объекта, так и в процессе его  эксплуатации с использованием современных  методов и средств неразрушающего контроля.

Технический мониторинг состояния  конструкций вантового покрытия включает:

• методы неразрушающего контроля для получения надежной и достоверной информации об объекте;
• расчет вантового покрытия на фактические нагрузки по этапам их создания в процессе строительства и при эксплуатации сооружения, анализ соответствия результатов мониторинга расчетным данным;
• определение нагрузок и воздействий, являющихся причинами возникновения и развития дефектов или повреждений в элементах конструкции;
• оценку видов дефектов, их расположения и характера развития;
• различные способы решения задач по обнаружению и слежению за ростом дефектов и их регистрации;
• разработку критериев оценки технического состояния вантового покрытия и рекомендаций по безопасной эксплуатации сооружения.

 

Для осуществления технического мониторинга  используются следующие методы:

1. Инструментальный геодезический  контроль перемещений центральных  металлических колец для получения  интегральной характеристики работы  вантового покрытия. Для этого установлены марки на нижнем металлическом кольце и неподвижные реперы на железобетонных опорах.

 

2. Инструментальный контроль усилий  в несущих и стабилизирующих  вантах с использованием датчиков  усилий. Датчики устанавливались  в процессе монтажа вантовых ферм на одной из прядей, как на несущих, так и на стабилизирующих вантах, внутри регулируемых анкеров на центральных металлических кольцах. Каждый из датчиков имеет сертификат калибровки. В герметических корпусах размещены преобразователи питания датчиков и модули-преобразователи сигналов, которые обеспечивают надежную передачу числовой информации при большой удаленности от компьютера. Вблизи датчиков усилий расположен щит электропитания напряжением 220 вольт и частотой 50 герц с батареей резервного питания. В случае отключения питания сети на контролирующий компьютер будет передаваться предупреждающий сигнал.

 

3. Инструментальный контроль деформаций  и напряжений в элементах центрального  нижнего металлического кольца  с использованием струнных датчиков.

Для автоматического инструментального  мониторинга, необходимого для непрерывной  оценки напряженно-деформированного состояния  наиболее ответственных элементов  вантового покрытия (несущих и  стабилизирующих вант и центрального нижнего металлического кольца), разработаны измерительные схемы и программное обеспечение.

Измерительные системы представляют собой комплекты элементов, осуществляющие дистанционное измерение при  оптимальных условиях передачи данных.

Аналого-цифровые модули преобразовывают  исходящие от датчиков аналоговые сигналы в цифровые и передают на удаленный компьютер без искажений.

Кроме инструментального контроля во время эксплуатации здания необходимо периодически осматривать основные узлы и элементы вантового покрытия, как правило, два раза в год – весной и осенью, а также после стихийных бедствий (ураганных ветров, больших ливней или снегопадов). При этом устанавливается их физическое состояние, обнаруживаются дефекты или повреждения, появившиеся в результате ошибок при проектировании, нарушений при изготовлении конструкций, их транспортировании, хранении и монтаже, при эксплуатации сооружения.

При проведении осмотров следует обращать внимание на состояние закладных  деталей для крепления вантовых ферм в железобетонных перекрытиях, наличие или развитие трещин в бетоне в местах присоединения металлических проушин и на нижней поверхности верхнего железобетонного кольцевого перекрытия.

Во время осмотра вантовых ферм необходимо выявлять разрушения узловых  соединений (чугунных хомутов и болтов крепления металлических стоек), антикоррозионных покрытий металлических стоек и полиэтиленовых защитных чехлов прядей вант, а также смещений от проектного положения металлических плит покрытия. Визуальным осмотром центральных металлических колец должны устанавливаться дефекты или повреждения сварных швов (особенно горизонтальных монтажных, соединяющих изготовленные на заводе 4 отправочные марки в единое кольцо) и антикоррозионного покрытия. Следует также обращать внимание на состояние кольцевых связевых ферм, выявляя разрушения болтовых соединений, разрывы или погнутости стержневых элементов.

В случае обнаружения недопустимых дефектов или повреждений служба эксплуатации обязана информировать  генерального проектировщика и привлечь специализированную организацию для определения причин их возникновения и разработки рекомендаций по усилению конструкций.

 

Список использованной литературы

 

 

1. Соботка З., Висячие покрытия, пер. с чешского, М., 1964;

2. Косенко И. С., Висячие конструкции  покрытий, М., 1966;

3.Дмитриев Л. Г., Касилов А. В., Вантовые покрытия, К., 1968;

4.  Качурин В. К., Статический  расчет вантовых систем, М. —  Л., 1969.

5.   Н. С. Москалёв.

6. www.bibliotekar.ru/spravochnik-125-tehnologia/82.htm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висячими называются покрытия, в  которых основные элементы несущей  конструкции работают на растяжение. В большинстве висячих покрытий в качестве основного несущего элемента применяют стальной канат — трос свитый из высокопрочной проволоки с временным сопротивлением разрыву 1200—1800 МПа и более. В случае использования канатов-тросов или арматурных стержней систему называют висячей с гибкими вантами. Если ванта выполнена из жестких стержней, например гнутых двутавров или ферм, то такую систему называют висячей с жесткими вантами или изгибно-жесткими элементами.

Висячие конструкции могут быть плоскими и пространственными. Простейший вид плоской Висячей конструкции  — закрепленный на опорах трос с  подвешенными к нему элементами, воспринимающими местную нагрузку. Современные плоские В. к. применяются главным образом в висячих мостах (См. Висячий мост), висячих покрытиях, канатных дорогах, подвесных переходах трубопроводов (рис. 1) и т.п.

         Пространственные  Висячие покрытия  применяются в основном в покрытиях общественных и промышленных зданий больших пролётов.

Висячие покрытия могут быть также  в виде металлической или железобетонной предварительно напряженной оболочки. Металлические оболочки из листовой стали и алюминия называются мембранными конструкциями.

Идея применения гибкой нити для  покрытий зданий впервые была предложена В. Г. Шуховым, которым в 1896 г. были запроектированы  и построены четыре павильона  на Всемирной выставке в Нижнем Новгороде  рекордных по тому времени размеров — 30X70; 50Х 100 м и диаметром 68 м . Второе рождение висячие конструкции получили в 1953 г. после возведения в.США Рэлей-арены — седловидного сетчатого покрытия из тросов размером 92x97 м. С этого времени началось широкое применение висячих конструкций в зданиях и сооружениях различного назначения: спортивных и выставочных сооружениях, крытых рынках и универсальных залах, крупных гаражах, ангарах и эллингах, а также в универсальных зданиях промышленного назначения.

Достоинства висячих конструкций: наиболее полное использование несущей способности высокопрочных сталей, совмещение в одной конструкции несущих и ограждающих функций, благодаря которому дополнительно снижается масса покрытия, сейсмостойкость.

Конструкции с весьма малой   массой способны перекрывать пролеты 40—300 м, а в мостовых конструкциях до 1000 м и более. С увеличением пролета эффективность висячих конструкций увеличивается.