Файл: Бобров, Ф. В. Сейсмические нагрузки на оболочки и висячие покрытия.pdf

Предварительное натяжение верхних и нижних тросов производилось одновременно после крепления вертикаль­ ных подвесок к канатам с помощью 32 домкратов. Все рабо­ ты по монтажу и подъему покрытия заняли около 10 рабо­ чих дней. Масса 1 м2 покрытия без учета кольца 43,9 кг. Максимальный вертикальный прогиб в центре покрытия от временной снеговой нагрузки толщиной 0,914 м и составил

3,8 см.

В 1963 г. в Харькове построен концертный зал «Украи­ на» на 2000 мест размером в плане 45 X 48 м, перекрытый предварительно-напряженной оболочкой, состоящей из си­ стемы перекрестных тросов и армоцементного покрытия [6].

Ванты концами закреплены шарнирно в опорном поясе, состоящем из двух монолитных железобетонных двухшар­ нирных параболических арок сечением 3 X 0,5 м, наклонен­ ных в противоположные стороны под углом к горизонту 12 и 45°; общее основание арок 48 м, длина стрел подъема 31,275 и 20,365 м. Вдоль арочного опорного контура уста­ новлены сборные железобетонные стойки с шагом 4 м, на которые шарнирно опираются арки. Эти стойки необхо­ димы для бетонирования монолитных арок и устройства стенового заполнения. В качестве несущих вант применены пучки из параллельных высокопрочных проволок, натяну­ тые в продольном направлении. Предварительное напряже­ ние создавалось подтяжкой напрягающих вант, натяну­ тых в поперечном направлении. Покрытие выполнено из армоцементных панелей одного типоразмера (100 X 200 см). После установки панелей на ванты стыки были замоноличены.

В 1965 г. в США построены две висячие оболочки [65]. Первая оболочка (рис. 20) представляет собой вогнутый эллиптический параболоид размером в плане 121,9 X X 97,54 м.

Вторая оболочка (рис. 21) в плане диаметром 115,82 м перекрывает здание в г. Феникс; она решена в форме гипер­ болического параболоида кругового очертания. Обе оболоч­ ки выполнены из сборных железобетонных панелей (одно­ го основного размера и одинаковой формы), опирающихся на сетку тросов, которая закреплена в сжатом опорном коль­ це и натягивается на бетон оболочки после ее замоноличивания.

Строительство первой оболочки вели в такой последова­ тельности:

1) возводили сжатое опорное кольцо;

75

п - й

Рис. 20. План, разрезы и детали оболочки а г. Оклахома-Сити (США) (размеры в плане и на разрезах в м, а детален — в см)

Рис. 21. План, разрезы и детали оболочки в г. Фениксе (США) (размеры в плане и на разрезах в м, а деталей — в см)

76

2)устанавливали подмости для временного опирания сборных панелей;

3)над подмостями натягивали ортогональную сетку тро­

сов;

4)поверх тросов на подмостях укладывали в проектное положение сборные панели;

5) швы между панелями и в местах примыкания к кольцу замоноличивали раствором для обеспечения монолитно­ сти оболочки и сжатого кольца;

6)тросы напрягали в заранее определенной последова­ тельности до тех пор, пока масса панелей не была снята с подмостей и воспринята арматурой;

7)производили окончательное натяжение арматуры, в результате чего оболочка оказывалась обжатой, что обеспе­ чивало восприятие временной нагрузки.

При возведении второй оболочки операции 5 и 6 поме­

няли местами.

Интересным и особо важным является то, что оптималь­ ные формы оболочек, последовательность операций по натя­ жению тросов и величины напряжений определены вычисли­ тельной машиной.

В 1964 г. в Японии построены два спортивных зала с ви­ сячими покрытиями — большой и малый, которые входят

вкомплекс олимпийского стадиона в Токио [74].

Вбольшом спортивном зале на 15000 мест в продольном направлении имеются два главных несущих каната с про­ летом между основными опорами-пилонами 126 м и два

наружных участка длиной по 65 м в виде оттяжек (рис. 22). Провес-этих канатов в середине пролета составляет 9,653 м. На участках, где канаты служат оттяжками, они уложены параллельно один другому на расстоянии 2,58 м, а в пролете это расстояние постепенно увеличивается, достигая посере­ дине центрального пролета 16,8 м. Поперечные несущие висячие элементы — двутавровые стальные балки, установ­ ленные на расстоянии 4,5 м в осях. Эти балки связаны пред­ варительно-напряженными продольными канатами, которые расположены на расстоянии 1,5—3 м. Кровля из листовой стали толщиной 4,5 мм прикреплена к тонкостенным про­ гонам, установленным на подвесных балках на расстоянии около 1,5 м один от другого.

Малый спортивный зал круглого очертания в плане диаметром 65 м рассчитан на 4000 мест. Вертикальным несу­ щим элементом является единственный пилон — главная колонна. Поверхность покрытия образована рядом подвес-

77

иых решетчатых элементов, прикрепленных нижним кон­ дом к криволинейному контуру трибун п верхним концом к основной подвесной трубе. Кровля из листовой стали толщиной 3,2 мм приварена к прогонам. Значительная часть собственного веса покрытия воспринимается главной ко­ лонной.

Для выявления рациональной формы и экономичной конструктивной схемы проведены экспериментальные ис-

Рис, 22. Конструктивная схема большого спортивного зала

следования на моделях описанных выше покрытий. Модели были испытаны на действие характерных статических и ди­ намических нагрузок.

В 1967 г. в Ленинграде построено интересное сооруже­ ние — дворец спорта «Юбилейный» с двухпоясным висячим покрытием на 10000 зрителей (рис. 23) [20]. Здание в плане круглое, диаметром 93 м, высотой 20 м. Вантовое покрытие представляет собой предварительно-напряженную систему из 48 радиальных тросовых ферм с вертикальными распор­ ками, прикрепленных наружными концами к 48 монолитным железобетонным колоннам с металлическим сердечником в виде двутавра, внутренними концами — к двум растянутым металлическим кольцам диаметром 12 м. Крепление несу­ щего и стабилизирующего тросов к колоннам в разных уров­ нях дало возможность резко уменьшить строительную вы­ соту покрытий, не изменяя сечения тросов, что является преимуществом этого покрытия по сравнению с ранее извест­ ными конструкциями покрытий подобного типа.

78

Для создания пространственной жесткости покрытия вы­ полнены вертикальные стальные связи по двум концентри­ ческим окружностям с радиусом 21,3 и 36,2 м. Распоры через колонны передаются на сжатое сборно-монолитное железо­ бетонное опорное кольцо. В качестве ограждающего эле­ мента покрытия применены легкие стальные панели трапе­ цеидальной формы с ребрами жесткости, которые опираются на специальные столики, шарнирно закрепленные на стой­ ках фермы. Поверх панелей уложена многослойная кров­ ля с эффективным утеплителем.

По проекту ЛенЗНИИЭП аналогичное здание диаметром 63 м построено в 1970 г. в г. Зуле (ГДР) и начато строитель­ ство спортивного зала, овального в плане, размером 84 X X 72 м в Берлине (ГДР). В настоящее время проектируется спортивный комплекс в Баку и Ереване.

В Ленинграде построен крупнейший в СССР универ­ сальный спортивный зал с висячим покрытием на 25 000 зрителей (рис. 24). Здание в плане круглое, диаметр его 160 м, высота 36,8 м. Покрытие представляет собой предва­ рительно-напряженную сферическую мембрану из листовой стали радиусом 404 м, толщиной 6 мм. Мембрана по кон­ туру выступами в 112 точках шарнирно прикреплена к сбор­ но-монолитному железобетонному опорному контуру, кото­ рый опирается на колонны.

Жесткость покрытия на действие ветровых и неравно­ мерных нагрузок обеспечивается стабилизирующей систе­ мой конструкций, которая в периферийной зоне состоит из 56 предварительно-напряженных во время монтажа тросов, прикрепленных одним концом к периметральным стойкам, другим — к промежуточному стальному кольцу диаметром 72 м, свободно подвешенному к мембране. Для связи напря­ гающего троса с мембраной используется диагональная ре­ шетка.

Всредней части покрытие стабилизируется подвеской

кмембране на пружинных амортизаторах плоской шайбы, предназначенной для размещения на покрытии различного технологического оборудования. Поверх мембраны уложе­

на многослойная кровля.

Институтами ЛенЗНИИЭП и КиевЗНИИЭП разработа­ ны и исследованы новые типы многих предварительно-на­ пряженных висячих покрытий. Из-за ограниченного объема настоящей книги выше были рассмотрены только некоторые из наиболее крупных и интересных сооружений с висячими покрытиями.

80

§ 2. Классификация висячих покрытий

На основании сделанного в § 1 настоящей главы обзора конструкций висячих покрытий, применяемых как в оте­ чественной, так и зарубежной практике строительства, их можно классифицировать по конструкциям на висячие оболочки, вантовые системы и тонколистовые оболочки-мем­ браны, а по типу начальной формы на покрытия:

нулевой кривизны (цилиндр, конус и т. п.); положительной гауссовой кривизны (поверхность эл­

липтического параболоида); отрицательной гауссовой кривизны (поверхность гипер­

болического параболоида).

Висячие оболочки. Они в законченном состоянии пред­ ставляют собой предварительно-напряженную жесткую пространственную конструкцию, в которой несущие тросы выполняют функцию арматуры оболочки, на всех стадиях эксплуатации оболочки работают только на растяжение, а бетон — на сжатие, как в обычных железобетонных кон­ струкциях.

Геометрическая неизменяемость и жесткость обеспечи­ ваются предварительно-напряженным железобетоном.

По способу выполнения висячие оболочки подразделя­ ются на монолитные и сборные.

При возведении оболочки монолитным способом тросы натягиваются нагрузкой, эквивалентной вероятным времен­ ным и постоянным нагрузкам. Затем бетонируется покрытие. После того как бетон набирает требуемую прочность, с по­ крытия снимается часть нагрузки (временная нагрузка) и бетон оболочки сжимается вследствие дополнительных усилий, сообщенных металлическим тросом. Этим способом возведены покрытия Шварцвальдского зала в г. Карлсруэ (1953 г.), Конгресс-холла в Берлине (1957 г.), плавательного бассейна в г. Вуппертале (1957 г.) и др. Опыт строитель­ ства висячих оболочек монолитным способом показывает, что из-за устройства дорогостоящих висячих опалубок этот способ нецелесообразен.

Висячие оболочки экономичны при их выполнении сбор­ ным способом, когда отказываются от сплошных опалубок, имеющих место при монолитном возведении.

На ванты укладываются железобетонные плиты, кото­ рые дополнительно нагружаются, и швы между плитами заполняются бетоном. После затвердения бетона в швах при-

82