ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВАНТОВОГО ПОКРЫТИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ОБЩЕСТВЕННОГО ЗДАНИЯ Афанасьева Е.А.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого


Номер: 4-3
Год: 2017
Страницы: 29-34
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

вантовое покрытие, седловидная поверхность, стабилизация

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье исследуется возможность установления рационального с точки зрения расхода материала вант сети геометрических характеристик для композитной конструкции квадратного в плане седловидного вантового покрытия с жестким опорным контуром в виде вант для случая статического нагружения конструкции.

Текст научной статьи

Проектирование общественных зданий является сегодня одним из самых востребованных видов услуг в условиях развития рыночных отношений. В круг требований, предъявляемых к архитектуре наряду с функциональной целесообразностью входит экономичность. Сокращение затрат в архитектуре и строительстве осуществляется рациональным объемно-планировочным решением зданий, правильным выбором строительных и отделочных материалов. За последние годы одним из наиболее популярных типов гражданского здания является многофункциональный общественный центр (включая спортивные объекты). Основываясь на данные отечественной и зарубежной строительной практике, можно заключить, что здания и сооружения с седловидными вантовыми покрытиями - это рациональное использование конструктивных материалов, а также это возможность перекрывать большие пролеты. В связи с этим актуальным является вопрос разработки конструкции, позволяющей полностью использовать преимущества этих материалов. В качестве примеров использования седловидных вантовых покрытий в зарубежной строительной практике могут быть приведены покрытие арены в Северной Каролине(США), покрытие цирка в Донецке (Украина), покрытие летнего театра в Паланге (Литва), и т.д. [8]. Одним из наиболее существенных факторов, влияющих на выбор геометрических характеристик конструкции, является расход конструкционных материалов. Наиболее существенным недостатком седловидных вантовых покрытий в виде вант является повышенная деформативность. Представляется важным установить способы ее уменьшения. Среди всех типов седловидных вантовых покрытий наибольший интерес представляют квадратные в плане покрытия с кровлей из облегченных стальных настилов, крепящихся к предварительно напряженной ортогональной вантовой сети с жестким опорным контуром в виде вант. При попарном расположении вант в одной вертикальной плоскости можно получить жесткое, малодеформативное покрытие при легкой кровле. Для этого необходимо так сконструировать несущую систему покрытия, чтобы одни ванты оказались вогнутыми, а другие - выпуклыми. Независимо от взаимного расположения вогнутые ванты всегда являются несущими, выгнутые кверху - стабилизирующими. Вогнутые ванты воспринимают всю нагрузку от массы покрытия и дополнительно усилие от предварительного напряжения несущей системы покрытия. Выгнутые кверху ванты предназначены только для обеспечения предварительного напряжения покрытия. При увеличении нагрузки на покрытие усилие в них падает, поэтому стабилизирующие ванты натягивают с таким расчетом, чтобы при любых сочетаниях нагрузок в них всегда оставалось некоторое усилие растяжения. При параллельном опорном контуре возможно образование различных вариантов поверхностей с вантовыми сетями. На рис.1 приведен пример формообразования покрытий на квадратном плане. Расположенные по осям симметрии покрытия дополнительные ванты - тросы жесткости - улучшают поверхность вантового покрытия, воспринимают вертикальные и горизонтальные составляющие усилий от примыкающих вант. [21] Рис. 1. Вариант вантового покрытия с прямолинейным опорным контуром а - на квадратном плане; 1 - тросы жесткости; 2 - стабилизирующие ванты; 3 - несущие ванты Двухпоясные вантовые системы после их предварительного напряжения становятся жесткой несущей конструкцией, поэтому в качестве ограждающего элемента кровли применяют различные легкие настилы. Для устройства кровли используем панели из гнутых стальных профилей. Применение данного типа седловидного вантового покрытия позволяет решить основные вопросы [7], возникающие при проектировании седловидных вантовых покрытий (табл.1). Таблица 1 Пути решения вопросов, возникающих при проектировании седловидных покрытий № Проблема Путь решения 1 Стабилизация покрытия Предварительное напряжение вант сети 2 Облегчение опорного контура Использование жесткого опорного контура 3 Защита вант от коррозии Расположение защитного слоя кровли под вантовой сетью Поверхность седловидных вантовых покрытий задается основными геометрическими характеристиками - начальными выгибами и шагом в плане несущих и стабилизирующих вант. Выгибы несущих и стабилизирующих вант принимаются равными для обеспечения стабильности конструкции при воздействии отрицательной ветровой нагрузки. Седловидное вантовое покрытие с жестким опорным контуром виде вант является типом конструкции, в котором благодаря наличию растягивающих усилий во всех несущих элементах могут эффективно использоваться современные высокопрочные материалы(рис.2). В работе [7] указывается, что лучшим материалом для предварительно напряжённых вантовых сетей является сталь. Рис. 2 Схема вантовой сети квадратного в плане седловидного вантового покрытия с жестким и податливым опорным контуром в виде вант [7] а) -покрытие с жестким опорным контуром; b) -покрытие с податливым опорным контуром; 1 - опорный контур; 2 -несущие ванты; 3 - стабилизирующие ванты; (_) -ванты с малыми перемещениями опор; (------) -ванты с большими перемещениями опор. Поэтому в качестве вант рассматриваемой конструкции приняты плоскопрядные канаты ЛК-Р и ЛК-РО конструкции 6х19 по ГОСТ 1454-80 и ГОСТ 7669-80 с временным сопротивлением проволок каната разрыву 1,568•103 МПа [21]. Модуль упругости каната 1,3•105 МПа [21]. Выбор канатов данного типа обусловлен наибольшей полнотой сортамента (ø =8÷72мм), а также тем, что расчётные свойства этих канатов практически идентичны. В работах [21,22] в качестве материала предварительно напряжённых конструкций рекомендуется использовать углепластик, который используется в качестве материала вант [20,21,22] наряду со сталью [19]. В связи с этим композитные углепластиковые ванты с модулем упругости 1,36•105 МПа [2] рассматриваются в одном из вариантов конструкций наряду со стальными. Кроме того, использование в качестве материала вант такого высокопрочного материала как углепластик позволит уменьшить потери предварительного напряжения, связанные с ползучестью материала, так как ползучесть композитных углепластиковых вант значительно меньше ползучести стальных (табл.2). Таблица 2 Показатели ползучести при растяжении композитных стержней Материал стержня Кевлар Е-стекло Стандартная стальная проволока Стальная проволока с низкой релаксацией Углепластик Относительная деформация ползучести 10-3/дек 0,2 0,053 0,048 0,011 0,006 Приведённые в табл.2 результаты получены для образцов диаметром 5 мм при загружении усилием в 50% от разрушающего при температуре в 20С. Рассмотрен вариант конструкции, для которого совмещённая кровля состоит из трёх основных слоёв. Первый слов - листы металлического композита седловидной формы, кроме несущих и ограждающих функций, являющиеся несъёмной опалубкой для второго слоя - ISOVER Руф, являющейся утеплителем. Третий защитный слой представляет собой полимерную мембрана ПВХ. Основная функция третьего слоя - защита конструкции от воздействия окружающей среды. Следовательно, для дальнейшего исследования выбираем седловидное вантовое покрытие с жестким опорным контуром, назначаем основные геометрические характеристики, которые указанные на рис.3 Рис. 3. Геометрические характеристики седловидного вантового покрытия с жестким опорным контуром Информация о седловидных вантовых покрытиях с жестким опорным контуром в виде вант неоднозначна. В связи с этим целью данного исследования является: Установить рациональные с точки зрения расхода материала вант сети геометрические характеристики (начальные выгибы несущих, стабилизирующих, контурных вант, а также шаг в плане несущих и стабилизирующих вант) для композитной конструкции квадратного в плане седловидного вантового покрытия с жестким опорным контуром в виде вант для случая статического нагружения конструкции. При этом учесть варианты закрепления опорных точек покрытия, когда опорные точки имеют перемещения, ограниченные деформациями оттяжек, а также когда опорные точки полностью закрепляются от всех возможных перемещений. Для достижения данной цели предполагается решить следующие задачи: - Определить рациональные с точки зрения расхода материала вант сети начальные выгибы несущих, стабилизирующих, контурных вант, а также шаг в плане несущих и стабилизирующих вант для двух вышеупомянутых вариантов закрепления опорных точек конструкции с размером в плане от 10 до 70м. - Разработать и экспериментально проверить расчетную методику, которая позволит прогнозировать величины кривизны изгиба стальных композитов с седловидной поверхность. - Предложить варианты уменьшения максимальных вертикальных перемещений седловидного вантового покрытия с жестким опорным контуром в виде вант.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.