ВАНТОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПОКРЫТИЯ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в качестве несущего каркаса для тентовых полимерных механически напряжённых мембран в покрытиях многопролётных зданий и сооружений, имеющих укрупнённую сетку колонн.
Известны двухпоясные вантовые фермы, предназначенные для покрытия зданий. Их преимущества: малый собственный вес, компактные размеры при транспортировке на стройплощадку, возможность перекрывать значительные пролеты. Однако, применение облегчённых ограждающих конструкций, например гибкой полимерной мембраны, укладываемой на верхние пояса Байтовых ферм, затруднено необходимостью ограничения расстояний между соседними фермами. Это приводит к увеличению материалоёмкости покрытия и опорных конструкций.
Известны решения [1, 2], состоящие из двухпоясных плоских систем, расположенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Недостатки решений [1, 2] - повышенная материалоёмкость и возможность локальных скоплений атмосферных осадков при применении облегчённых ограждающих конструкций из гибкой полимерной мембраны.
Известно решение [3], состоящее из двух опорных контуров, расположенных друг от друга на некотором расстоянии по высоте, предварительно напряжённых вант, расположенных в вертикальных плоскостях, в двух направлениях под углом друг к другу, а также гибких растяжек, соединяющих ванты разных направлений между собой. Ванты разделяются на два семейства (системы): несущие ванты имеют выпуклость вниз, закреплены за верхний опорный контур и расположены выше стабилизирующих вант, имеющих выпуклость вверх. Недостатки решения [3]: сложность удаления атмосферных осадков и образование снеговых мешков на поверхности покрытия, сложности для перемещения обслуживающего персонала по поверхности покрытия.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является вантовое покрытие [4], включающее два семейства предварительно напряженных лежащих в вертикальных плоскостях несущих и стабилизирующих вант. Ванты разных семейств соединены между собой распорками и объединены гибкими связями. Концы стабилизирующих вант, имеющих выпуклость вверх, закреплены за прямолинейные жёсткие элементы, установленные на неподвижные опоры. Концы несущих вант закреплены за верхние пояса опорных вантовых ферм, установленных на неподвижные опоры, расположенных вертикально и разделяющих вантовое покрытие на ряд секций. Нижние пояса опорных вантовых ферм снабжены натяжными приспособлениями и объединены с верхними поясами опорных вантовых ферм распорками.
Недостатки технического решения [4], следующие:
натяжение нижних поясов опорных вантовых ферм недостаточно эффективно передается на несущие и стабилизирующие ванты: верхние пояса опорных вантовых ферм воспринимают основную часть усилий от нижних поясов;
крепление несущих вант к криволинейным верхним поясам опорных вантовых ферм приводит к усложнению опорных конструкций, предназначенных для восприятия горизонтальных распоров.
Вместе с тем, основные преимущества технического решения [4] следующие:
возможность применения в зданиях с укрупнённой сеткой колонн;
возможность предварительного напряжения конструкции в целом путём натяжения её отдельных элементов;
возможность технического обслуживания покрытия;
компактные размеры при транспортировке и на стадии эксплуатации;
возможность унификации элементов конструкции.
Решение [4] принято за прототип.
Техническая задача полезной модели - снижение материалоёмкости вантовой конструкции покрытия, упрощение её конструктивного решения; снижение затрат на опорные конструкции, предназначенные для восприятия горизонтальных распоров, создаваемых предлагаемой вантовой конструкцией покрытия.
Технический результат полезной модели достигается применением вантовой конструкции покрытия, включающей два семейства предварительно напряжённых лежащих в вертикальных плоскостях несущих и стабилизирующих вант, объединённых гибкими связями и соединённых распорками. Семейство стабилизирующих вант, имеющих выпуклость вверх, расположено выше семейства несущих вант, имеющих выпуклость вниз. Концы стабилизирующих вант закреплены за жёсткие элементы, установленные на шарнирные опоры. Концы несущих вант закреплены за вертикальные стойки, установленные своими нижними концами на гибкие пояса, снабжённые натяжными приспособлениями, разделяющие предлагаемую конструкцию покрытия на ряд секций и закреплённые за шарнирные опоры. Вертикальные стойки объединены горизонтальными связями, не препятствующими их продольному перемещению.
С целью упрощения конструкций опор, воспринимающих горизонтальные распоры предлагаемой вантовой конструкции покрытия, концы несущих вант, закреплённые за вертикальные стойки, располагают в одной плоскости.
С целью упрощения и снижения материалоемкости предлагаемой вантовой конструкции покрытия, плоскость, в которой находятся концы несущих вант, располагают параллельно плоскости, проходящей через шарнирные опоры, между верхними и нижними узлами распорок, объединяющих несущие и стабилизирующие ванты.
Предлагаемое техническое решение описывается следующими графическими материалами.
На фиг. 1 приведена аксонометрическая схема одной секции предлагаемой вантовой конструкции покрытия (первый вариант).
На фиг. 2 приведена аксонометрическая схема одной секции предлагаемой вантовой конструкции покрытия (вариант, отличающийся опиранием несущих вант).
На фиг. 3 приведён вид сверху секции вантовой конструкции покрытия по фиг. 1.
На фиг. 4 приведён вид сверху секции вантовой конструкции покрытия по фиг. 2.
На фиг. 5 приведён разрез 1-1 по фиг. 3.
На фиг. 6 приведён разрез 2-2 по фиг. 4.
На фиг. 7 приведён разрез 3-3 по фиг. 3.
На фиг. 8 приведён разрез 4-4 по фиг. 4.
На фиг. 9 приведена кинематическая схема (фрагмент А по фиг.8).
Предлагаемое техническое решение включает два семейства предварительно напряжённых лежащих в вертикальных плоскостях несущих 1 и стабилизирующих 2 вант, объединённых гибкими связями (8, 9, 10) и соединённых распорками 6.
Семейство стабилизирующих вант 2, имеющих выпуклость вверх, объединено гибкими связями 8 и 9. Оно расположено выше семейства несущих вант 1, имеющих выпуклость вниз и объединённых гибкими связями 10. Связи 10, объединяющие несущие ванты 1 в направлении из их плоскостей, закреплены за жёсткие элементы 4. Связи 10 лежат в вертикальных плоскостях и имеют выпуклость вверх. Концы 3 стабилизирующих вант 2, закреплены за жёсткие элементы 4.
Жёсткие элементы 4 установлены на шарнирные опоры 5 и 5а. Опоры 5 - неподвижны (закреплены по трём взаимно перпендикулярным направлениям). Каждая опора 5а закреплена только по двум направлениям (вдоль вертикальной оси и в горизонтальном направлении, перпендикулярном соответствующему жёсткому элементу 4).
Концы 11 несущих вант 1 закреплены за вертикальные стойки 17, установленные своими нижними концами на гибкие пояса 15, снабжённые натяжными приспособлениями 16, разделяющие предлагаемую конструкцию покрытия на ряд секций 25 и закреплённые за шарнирные опоры 5 и 5а. Конструкция натяжных приспособлений 16 известна и не является предметом предлагаемого технического решения.
Вертикальные стойки 17 объединены горизонтальными связями 12 при помощи узлов 7, не препятствующих продольному перемещению стоек 17.
Конструкция связей 12 и узлов 7 известна и не является предметом данного технического решения. Связи 12 изготавливают, например, из гибких стальных тросов, снабжённых натяжными приспособлениями 23. Узлы 7, например, представляют собой вертикальные втулки, закреплённые на связях 12 обычными способами.
Для восприятия горизонтальных распоров от несущих вант 1 и связей 8, секции 25 снабжают горизонтальными опорами 14, конструкция которых известна. При последовательной установке ряда секций 25 горизонтальные распоры воспринимаются соседними секциями, а опоры 14 размещают только на крайних секциях.
С целью упрощения конструкций опор, воспринимающих горизонтальные распоры предлагаемой вантовой конструкции покрытия, концы 11 несущих вант 1, закреплённые за вертикальные стойки 17, располагают в одной плоскости 19. При этом горизонтальные опоры 14, необходимые для восприятия распоров секций 25 вантовой конструкции покрытия, размещают в плоскости 19. Это позволяет выполнить опоры 14 в виде плоского диска, например связевой фермы известной конструкции.
С целью упрощения и снижения материалоёмкости предлагаемой вантовой конструкции покрытия, плоскость 19, в которой находятся концы 11 несущих вант 1, располагают параллельно плоскости 20, проходящей через шарнирные опоры 5 и 5а, между верхними 22 и нижними 13 узлами распорок 6, объединяющих несущие 1 и стабилизирующие 2 ванты.
При этом гибкие связи 10 не требуются, так как устойчивость несущих вант 1 обеспечена. Возможное искривление несущей ванты 1 из вертикальной плоскости 21 вызовет её поворот относительно узлов 11 по дуге окружности 28, а также поворот соответствующей распорки 6, соединённой с вантой 1, относительно узла 22 по дуге окружности 29. При этом ванта 1 вытянется на величину 26, что приведёт к возникновению в ней усилий, стремящихся вернуть ванту 1 в равновесное состояние в плоскости 21.
Предварительное напряжение секции 25 Байтового покрытия, необходимое для восприятия внешних нагрузок, производят натяжными приспособлениями 16, установленными на гибких поясах 15. При необходимости, производят натяжение связей 9 приспособлениями 23.
Ограждающие конструкции по верхним поясам предлагаемого Байтового покрытия известны и не являются предметом данного технического решения. Одним из предпочтительных известных решений, например, является устройство тентовой полимерной мембраны 18. В непосредственной близости к жестким элементам 4, тентовая мембрана 18 должна быть усилена дополнительным слоем (слоями) 24 полимерного материала.
Пространственная устойчивость и геометрическая неизменяемость предлагаемой вантовой конструкции покрытия обеспечена (при отсутствии тентовой мембраны 18 на её верхних поясах):
натяжением гибких поясов 15, которые, посредством вертикальных стоек 17, раскреплённых горизонтальными связями 12, поднимают несущие ванты 1, которые, в свою очередь, упираются посредством распорок 6 в неподвижно закреплённые узлами 3 стабилизирующие ванты 2;
постановкой связей 14, воспринимающих горизонтальные распоры;
постановкой и преднапряжением гибких связей 8-9, раскрепляющих стабилизирующие ванты 2;
постановкой и преднапряжением гибких связей 10, раскрепляющих несущие ванты 1, либо расположением плоскости 19, в которой находятся концы 11 несущих вант 1, параллельно плоскости 20, проходящей через шарнирные опоры 5 и 5а, между верхними 22 и нижними 13 узлами распорок 6.
Наличие тентовой мембраны 18 на верхних поясах предлагаемой вантовой конструкции покрытия повышает надежность его эксплуатации, придавая покрытию дополнительную жёсткость.
Работоспособное состояние тентовой мембраны 18 обеспечено отрицательной Гауссовой кривизной её поверхности, а также известными конструктивными мероприятиями, например дополнительными напрягающими вантами 27.
На строительную площадку предлагаемую вантовую конструкцию покрытия поставляют в виде набора подготовленных к установке вант 1 и 2, а также гибких поясов 15, связей 8-10, распорок 6 и стоек 17.
Монтаж предлагаемой вантовой конструкции покрытия производят следующим образом:
на опоры 5 и 5а, например оголовки колонн здания, устанавливают жёсткие элементы 4, навешивают гибкие пояса 15, устанавливают и напрягают известными способами связи 12 с закреплёнными узлами 7;
к гибким поясам 15 прикладывают временный равномерный пригруз (на фиг. не показан), обеспечивающий неизменность формы поясов 15 в процессе монтажа;
устанавливают вертикальные стойки 17 и закрепляют их в горизонтальном направлении связями 14;
собирают на нулевой отметке каркасы секций 25, состоящие из несущих 1 и стабилизирующих 2 вант, распорок 6 и гибких связей 8-10 (каркасы секций 25 на этом этапе монтажа не напряжены);
поднимают собранные каркасы секций 25 известными способами до проектной отметки (например лебедками) и закрепляют концы 3 стабилизирующих вант 2 за жёсткие элементы 4, а концы 11 несущих вант 1 - за вертикальные стойки 17;
закрепляют связи 9 и 10 за жёсткие элементы 4;
убирают временный пригруз, приложенный к поясам 15 (на фиг. не показан), производят натяжение поясов 15 приспособлениями 16.
К преимуществам предлагаемого технического решения относится следующее:
снижение материалоёмкости, так как усилия от напрягаемых приспособлениями 16 гибких поясов 15 используются более эффективно для натяжения несущих 1 и стабилизирующих 2 вант предлагаемой конструкции, не перераспределяясь на верхние пояса опорных вантовых ферм, предусмотренные прототипом;
упрощение конструктивных решений, так как предлагаемая вантовая конструкция покрытия требует меньшего количества связей, по сравнению с прототипом (для варианта предлагаемого технического решения, соответствующего п.3 формулы полезной модели);
упрощение опорных конструкций, необходимых для восприятия горизонтальных распоров предлагаемой вантовой конструкции покрытия: в качестве опор могут быть использованы плоские фермы известных решений (для вариантов предлагаемого технического решения, соответствующего пп.2 и 3 формулы полезной модели);
возможность применения предлагаемой вантовой конструкции покрытия в зданиях с укрупнённой сеткой колонн;
возможность создания предварительных напряжений во всем покрытии натяжением гибких поясов 15 приспособлениями 16;
компактные размеры предлагаемой вантовой конструкции покрытия, подготовленной для транспортировки на строительную площадку.
ИСТОЧНИКИ
1. Авт.св. СССР № 747958, Е04В 7/14, 14.04.1978.
2. Авт.св. СССР № 894114, Е04В 7/14, 24.10.1979.
3. Авт.св. СССР № 844714, Е04В 7/14, 20.03.1978.
4. Патент РФ № 2567588, Е04В 7/14, 24.09.2014. (Прототип).