РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ВИСЯЧИХ КОНСТРУКЦИЙ

УТВЕРЖДЕНЫ директором ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко 12 мая 1972 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пространственные конструкции висячего типа вследствие малого веса, экономного расхода материалов и высоких архитектурных качеств являются весьма эффективными для покрытий, применяемых в производственных и общественных зданиях.

Экономичность этих конструкций связана с рациональным использованием высокопрочных сталей, с совмещением несущих и ограждающих функций и с лучшим использованием в ряде случаев объемов сооружений для увеличения конструктивной высоты.

Перекрытие больших площадей с помощью висячих конструкций позволяет освободить помещение от промежуточных опор и тем самым дает возможность лучше использовать перекрываемые площади.

В Советском Союзе с помощью висячих конструкций перекрыты певческие эстрады в Таллине и Вильнюсе, киноконцертный зал в Харькове, дворец спорта Юбилейный в Ленинграде, цирки в Донецке, Уфе, Новосибирске и других городах, шламбассейны в Еманжелинске, гараж в Красноярске и др. Но в общем объеме покрытий, возводимых в СССР, висячие покрытия составляют доли процента. Относительно малый объем строительства висячих покрытий в Советском Союзе наряду с другими причинами связан также со значительными трудностями расчета и недостаточной проработкой способов конструирования и возведения.

За последние годы проведены крупные теоретические, а также экспериментальные исследования висячих покрытий. Данные этих работ в большинстве своем разбросаны в отдельных изданиях и, как правило, слишком сложны для непосредственного практического использования.

Настоящие Рекомендации являются документом, в котором сделана попытка собрать и систематизировать теоретические и проектные проработки и дать проектировщикам материал, позволяющий рационально спроектировать висячие покрытия для зданий различного назначения.

Рекомендации разработаны в лаборатории стальных конструкций отделения прочности и новых форм металлоконструкций ЦНИИСК им. Кучеренко (зав. отделением д-р техн. наук проф. В.А.Балдин, зав. лабораторией д-р техн. наук проф. С.А.Ильясевич) с участием лаборатории спецконструкций НИИЖБ (зав. лабораторией канд. техн. наук И.Г.Людковский).

Рекомендации составлены следующими авторами: канд. техн. наук Н.С.Москалевым (ЦНИИСК им. Кучеренко), разработавшим главы: "Общие указания"; "Основные расчетные положения"; "Расчет висячих покрытий", принимавшим участие в разработке главы "Материалы для висячих покрытий", раздела "Нити с изгибной жесткостью", канд. техн. наук Т.А.Усачевым, разработавшим главы "Особенности возведения висячих покрытий", "Опорные конструкции висячих покрытий", участвовавшим в разработке разделов "Рекомендации по конструированию элементов и узлов" и "Особенности возведения висячих покрытий", инж. М.А.Ивановым (НИИЖБ), разработавшим главу "Материалы висячих покрытий" и раздел "Расчет первоначально плоских круглых мембран на равномерную нагрузку".

В разработке отдельных вопросов принимали участие канд. техн. наук Ю.С.Мкрчанц (ЦНИИСК им. Кучеренко) в главе "Особенности возведения висячих покрытий", раздела "Нити с изгибной жесткостью" и в подготовке текста, инж. А.А.Филякин и М.А.Иванов (НИИЖБ), в разделе "Расчет многопролетной нити", инж. Крохинов А.А. (ЭКБ ЦНИИСК) и инж. В.М.Козарян (ХИСИ) в разделе "Нити с изгибной жесткостью". Приложение 2 "Анкеровка вант с помощью гильзоклиновых анкеров" составлено по работам канд. техн. наук Телегина В.Я. и Шифрина М.А. (ВНИИМонтажспецстрой); Приложения 3 и 4 "Анкеровка вант с заливкой во втулки" и "Данные по конструкции втулок" разработаны в ЦНИИПСК (докт. техн. наук Соколов A.Г., канд. техн. наук Селезнева Е.Н., инж. Попов Г.Д.). Приложение 5 "Расчет сжатой распорки" разработано В.Н.Лабутиным. Таблицы 6 и 7 приложения 1 составили инж. Кориткина Г.П. и инж. Кондратьев Б.Т. (ЦНИИСК им. Кучеренко). Оформление таблиц, рисунков и графиков выполнено техниками Кулаковой Г.И. (ЦНИИСК им. Кучеренко) и Юговой Р.В. (НИИЖБ).

В Рекомендациях использованы результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в ЦНИИСК и НИИЖБ, конструктивные решения и проектные разработки Государственных проектных институтов ЦНИИПСК, Ленпромстройпроект, ЛенЗНИИЭП, Технические условия на проектирование висячих покрытий Воронежского инженерно-строительного института (канд. техн. наук Кирсанов Н.М.), а также труды д-ра техн. наук проф. Качурина В.К. и канд. техн. наук Мацелинского Р.Н.

В разделе "Нити с изгибной жесткостью" использованы работы инж. К.И.Илленко (Союзспортпроект) и инж. Телояна (МИСИ).

В главе "Опорные конструкции" - работы д-ра техн. наук Э.Н.Кузнецова (ЦНИИСК им. Кучеренко), канд. техн. наук Е.П.Харитоновой (НИИЖБ) и инж. Ф.А.Гохбаума (НИИЖБ).

     Дирекция ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации распространяются на проектирование зданий и сооружений с висячими покрытиями.

Кроме того, указания настоящих Рекомендаций могут быть распространены на случаи реконструкции и усиления существующих покрытий и строительство временных сооружений, а также инвентарных подмостей для сооружения сборных железобетонных оболочек.

1.2. При проектировании зданий с висячими покрытиями следует соблюдать требования глав СНиП II-А.6-62*; II-А.10-62; II-В.3-62; III-В.5-62; III-В.6-62 и настоящих Рекомендаций.

________________

* На территории Российской Федерации действуют СНиП 23-01-99. - Примечание изготовителя базы данных.

При проектировании висячих покрытий, находящихся в особых условиях эксплуатации (сооружения химической, нефтяной и других отраслей промышленности), где покрытия подвергаются интенсивным температурным или агрессивным воздействиям; покрытия уникальных зданий и сооружений; здания и сооружения в районах вечной мерзлоты, на просадочных грунтах и т.д.; кроме того, должны учитываться требования, отражающие особенности условий работы этих сооружений.

1.3. В настоящих Рекомендациях приняты следующие наименования:

Висячими называются покрытия, в которых пролетные конструкции, непосредственно несущие нагрузку, представляют собой растянутые стержни, нити или оболочки.

Нить - гибкий криволинейный растянутый элемент, несущий поперечную нагрузку.

Жесткая нить - криволинейный растянутый элемент, несущий поперечную нагрузку и обладающий изгибной жесткостью.

Ванта - прямолинейная растянутая нить.

Мембрана - тонкая гибкая оболочка, изгибающими моментами в которой можно пренебречь по сравнению с осевыми растягивающими усилиями.

Ванты-подборы: гибкие растянутые элементы опорных конструкций вантовых систем.

Вантовая ферма - преднапряженная система, состоящая из двух соединенных друг с другом гибких поясов.

Неотъемлемой частью висячего покрытия является опорная конструкция, воспринимающая все горизонтальные и вертикальные усилия, передаваемые на нее пролетной конструкцией (вантовой системой или мембраной).

В зависимости от назначения нити могут быть:

Несущими - воспринимающими внешнюю положительную нагрузку на покрытие (перекрытие) и усилия предварительного напряжения.

Напрягающими или стабилизирующими - позволяющими создать предварительное напряжение системы и воспринимающими отрицательную нагрузку на покрытие и усилия предварительного напряжения.

1.4. При проектировании здания с висячим покрытием должны быть комплексно решены следующие вопросы:

а) очертание сооружения в плане;

б) форма поверхности покрытия;

в) способ обеспечения жесткости пролетной конструкции;

г) способ восприятия распора;

д) способ обеспечения пространственной жесткости всего сооружения.

Выбор конструктивных решений должен производиться в увязке с принимаемыми методами изготовления и возведения конструкций, а также с учетом:

а) условий эксплуатации конструкций;

б) необходимости широкого применения сборных конструкций из элементов заводского изготовления;

в) соблюдения требований по экономному расходованию металла, леса и цемента и

г) максимального снижения трудоемкости изготовления и возведения конструкций.

1.5. Висячие покрытия могут перекрывать здания любого очертания в плане.

Наиболее распространенными формами поверхностей висячих покрытий являются следующие:

а) цилиндрические (рис.1а);

б) вогнутого типа (поверхности вращения, переноса и др.) - положительной Гауссовой кривизны (рис.1, б, в, г);

в) седловидные, шатровые и др. - отрицательной Гауссовой кривизны (рис.1, д, е);

г) комбинированные (складчатые, ребристые и т.п., образованные из пересекающихся поверхностей (рис.1, ж, з).

Рис.1. Формы поверхностей висячих покрытий

1.6. Пролетная конструкция висячего покрытия может быть выполнена в виде:

а) вантовых сеток (ортогональных, косоугольных, радиальных и т.д. (рис.1, в, г, д, б, е);

б) плоских или пространственных вантовых систем (рис.2, а, б, в, г) или вантовых ферм (геометрически неизменяемых систем) (рис.2, д);

в) ванто-балочных систем (рис.3, а);

г) железобетонных висячих оболочек;

д) тонколистовых оболочек-мембран;

е) тканевых оболочек - тентов;

ж) комбинированных систем (рис.3, б).

Рис.2. Двухпоясные вантовые системы

Рис.3. Системы висячих покрытий

а) ванто-балочные, б) комбинированные

1.7. Висячие покрытия должны проектироваться, как правило, предварительно напряженными. Предварительное напряжение создается с целью уменьшения деформативности покрытия и уменьшения или предотвращения появления трещин в железобетонных висячих оболочках. Для уменьшения кинематических перемещений очертание пролетной предварительно напряженной конструкции следует назначать соответствующим кривой давления при расчетном сочетании нагрузок.

Возможны следующие пути создания предварительного напряжения висячих покрытий:

а) натяжением непосредственно вант или мембраны (рис.4, а);

б) напряжением оттяжек, раскосов, распорок и т.п. (рис.4, б);

в) специальной монтажной пригрузкой системы с передачей усилий предварительного натяжения на напрягающие ванты и ограждающую конструкцию оболочки;

г) деформированием опорного контура.

Рис.4. Способы создания преднапряжения висячих покрытий

а) напряжение непосредственно вант или мембран, б) напряжение оттяжек раскосов, распорок и т.д.

Висячие железобетонные оболочки II и III категорий трещиностойкости допускается выполнять без предварительного напряжения при обеспечении защиты вант от коррозии.

Висячие железобетонные оболочки III категории трещиностойкости допускается выполнять без предварительного напряжения при ограничении ширины раскрытия трещин.

1.8. Вертикальные сжимающие усилия, передаваемые покрытием, воспринимаются несущими конструктивными элементами здания - стенами, стойками, колоннами - обычным способом.

Для восприятия горизонтальных усилий (распора) висячего покрытия следует назначить те элементы здания, которые в данном случае более рационально вытекают из его конструктивного решения. Это могут быть: опорные контуры, заанкеренные оттяжки, связи, использование несущих стен, перекрытий, поясов в стенах, стен лестничных клеток или рамных конструкций пристроек: пилонов, ног трибун и т.д. Возможна передача усилия на грунт. Элементы, назначаемые для восприятия распора, должны проверяться на местную устойчивость и, кроме того, в совокупности с другими элементами, связями, поперечными стенами и т.д., а если их нет, то сами должны обеспечивать общую устойчивость всего здания от действия горизонтальных и вертикальных сил.

Вертикальные растягивающие усилия покрытия должны восприниматься оттяжками, колоннами, стойками, передающими усилия на анкерные фундаменты или конструкции стены, перекрытия, способные воспринимать растяжение за счет собственного веса.

Частным случаем опорной конструкции является замкнутый опорный контур, который может быть плоским (рис.5, а), пространственным (рис.5, в, г) и комбинированным (рис.5, е, ж, з, и, к, л). Характерной чертой опорного контура является его самоуравновешенность в горизонтальной плоскости. Обычно опорный контур имеет вид замкнутой рамы, состоящей из прямолинейных или криволинейных элементов, но возможен контур в виде радиально сходящихся перекрестных стержней (рис.5, и). Наиболее экономичным опорный контур оказывается в том случае, когда при основных видах нагрузки его элементы находятся в состоянии, близком к центральному сжатию.