бинированные конструкции не являются висячими. Интересные примеры при-. менения комбинированных арочно-вантовых конструкций в РФ приведены в.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

9

Расчет и проектирование строительных конструкций


ВАНТОВЫЕ СТРУКТУРЫ


С.Н. КРИВОШАПКО,
д.т.н., профессор,

Российский университет дружбы народов, Москва

117198, Москва, ул. Миклухо
-
Маклая, 6;
sn
_
krivoshapko
@
mail
.
ru



Вантовые конструкции просты в монтаже,
легкие по весу,
а-
ции, а в
о

многих
случа
ях

отличаются и архитектурной выразительностью. Предста
в-
лены наиболее знаковые конструкции и сооружения

всех типов, согласно предложенной
классификации
,

имевшие на момент строительства практическую значимость и н
о-
визну, отмеченные наградами профессионального сообщества или вошедшие в рейти
н-
ги научных журналов.


КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
:

висячие структуры,
вантовые структуры,
висяч

структур
а
,
подвесн
ое вантовое покрытие,
вант
а
,
пилон,
висячие мо
сты.


Введение


В
висячих конструкциях

внешнюю нагрузку воспринимают тросы (стал
ь-
н
ые

канат
ы
), кабели, цепи, прокатный металл и листовые мембраны, работа
ю-
щие только на растяжение. В
висячих

вантовых
системах

ванты (нити) или тр
о-
(балки, плиты, арки, рамы), работающие на изгиб, в проектном положении, а
уже на эти жесткие элементы укладывают ограждающие конструкции.
К
вант
о-
вым структ
урам
, помимо висячих вантовых систем,

будем
относить также ко
н-
струкции, в которых ванты являются стабилизирующими элементами или уч
а-
ствуют в создании геометрического образа сооружения.

Простейшей вантовой
структурой можно
было бы
считать
идеальную нить
,
а-
зывает сопротивления изгибу и кручению.

Однако архитекторы считают, что
оставаясь всегда прямолинейными, ванты не принадлежат к семейству гибких
нитей [1].


Висячие тросовые конструкции

(тросовые сети) отличаются от вантовых
систем тем, ограждающие элементы в них укладываются непосредственно на
тросы или тросовую сеть. Ванты иногда называют
открытыми тросами
.
В р
а-
боте [
2
] приводится классификация висячих
тросовых
конструкций.


Учитывая, что ванты


это открытые тросы, м
ожно предложить следующую
классификацию вантовых структур в зависимости от их конструк
тивных ос
о-
бенностей

и назначения:


-

висячие вантовые структуры, поддерживающие
в отдельных точках
тент
о-
вые
покрытия,




-

вантовые стабилизирующие растяжки для контурных опорных элементов



-

подвесные

(висячие)
вантовые покрытия с одной несущей стойкой

(пил
о-
ном)
,


-

подвесные вантов
о
-
стержневые

покрытия с несущими стойками в один
или нескол
ько рядов,


-

висячие
вантово
-
арочные (арочно
-
вантовые)

покрытия,


-

-
вантовые системы,


-

вантовые конструкции башенного типа

в форме однополостного гиперб
о-
лоида
,

с вантами, совпадающими с прямыми образующими однополостного г
и-
перболоида,


-

тросовые
оттяжки

высоких
мачт
,


-

висячие мосты.

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

10


Как видно из классификации висячие тросовые конструкции и покрытия
сооружений, в
рассматриваемую группу сооружений не включены, хотя вместе
с мембранными
покрытиями они
сост
авляют более широкий класс висячих ко
н-
струкций.
В.В. Ермолов [1]

привел

в табличной форме основные схемы уст
а-
новки стоек и расположения вант в подвесных вантово
-
стержневых и висячих
вантово
-
арочных покрытиях (рис. 1).


Тросовые и вантовые
конструкции позволяют перекрывать пролёты более
200 м, однако обычно диапазон перекрываемых пролётов составляет 50
-
150 м.

Ванты висячих конструкций, как правило,
-

это тросы одинарной или двойной
свивки, изготовленные из высокопрочной проволоки диаметром 4
-
6 мм. Пров
о-
лока меньших диаметров не рекомендуется, что обусловлено ее пониженной
коррозионной стойкостью [
3
]. В зависимости от касания между собой проволок
тросы делятся на тросы с точечным (ТК) и линейным (ЛК) касанием проволок.
Канаты

типа

ТК
более

жес
ткие
,
чем

типа

ЛК.


Рис. 1. Схемы установки стоек и расположения вант в подвесных вантово
-
стержневых и

висячих вантово
-
арочных покрытиях


Наклонные ванты расходятся лучами из верхних точек пилонов. Часто ва
н-
ты идут параллельно друг другу по схеме
«арфа». Углы наклона вант должны
быть не менее 30
0
, в исключительных случаях до 25
0
.


Считается, что ванты сохраняют прямолинейную форму, поэтому их можно
изготавливать из стержней, полос, профилей и т.д.

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

11


Ванты расположены снаружи на открытом
воздухе, поэтому они требуют
эффективной защиты от возможной коррозии. Прин
имаемые

меры по защите
вант от коррозии будут рассмотрены в дальнейшем на конкретных примерах

возведенных сооружени
й
.
Другим существенным фактором
, влияющим на эк
с-
плуатационные
свойства вантовых покрытий, являются принятые решения для
узлов прохода подвесок через кровлю
, которые достаточно сложны и требуют
высококачественного исполнения работ, гарантирующего отсутствие протечек
.


Рассмотрим примеры реальных вантовых сооруж
ений согласно предложе
н-
ной классификации
, построенные преимущественно в конце ХХ и начале ХХ
I

века. Очень интересные сведения о
висячих структурах,

реализованных в
прое
к-
тах или
натуре в
XIX

и
XX

веках
,

можно найти в книге [
4
]
.


Висячие вантовые структуры,
поддерживающие
в отдельных точках

тентовые
покрыт
ия


Для иллюстрации сооружений этого типа можно привести куполообразную
крышу Национального теннисного центра в Лондоне, Великобритания. Покр
ы-
тие перекрывает 11500 м
2

план
а
.

П
од
ним

расположены объемные структуры
различного назначения (6 кортов для игры в теннис, специализированная гимн
а-
зия, спортивная клиника, помещения для тренеров и т.д.). Одна из объемных
структур перекрыта тентовой конс
т-
рукцией, которая поддерживается си
с-
темой в
ант с двумя трубчатыми опор
а-
ми

(рис. 2)
.


Тентовую конструкцию летнего
кафе (рис.
3
), подвешенную с помощью
вант к центральному
столбу, также
можно включить в состав висячих ва
н-
товых структур, поддерживающих п
о-
крытия из тентов в отдельных точках.
Края тента закрепляются на алюмини
е-
вым профиле с помощью стальных скоб
или пластиковых ремешков. Использование вант позволило отказаться
от ма
с-
сивного каркаса с нагромождением металлических ферм и балок, которые зад
а-
вили бы воздушную легкость тентового полотна [Ф. Надежный,
http
://
www
.
teniradi
.
ru
].


Конструкции
рассмотренного

типа могут быть причислены как к тентовым
структурам, так
и к висячим вантовым структурам.

Дополнительные примеры
висячих тентово
-
вантовых структур приведены в работах [
5
,
6
]
.


К этой же группе висячих вантовых структур причисляются покрытия из
материала, не являющегося тентом, но работающим тоже только на растяжение.

Рис.
2
. The Lawn Tennis Association’s N
a-
tional Tennis Centre (Hopkins Architects),
Великобритания, Лондон, 2008


Рис.
3
. Тентово
-
вантовое
летнее

кафе


Рис. 4. Фрагмент покрытия Олимпи
й-
ского стадиона в Мюнхене, Германия

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

12

Ярким представителем этих структур является покрытие Олимпийского стади
о-
на в Мюнхене, Германия (рис.
4
).
С
т
адион был построен в 1972 году, архите
к-
торы Фрей Отто (
Frei

Otto
) и Гюнтер Бениш (
Gunter

Behnish
).

Вантовые
стабилизирующие
растяжки для контурных опорных элементов
тентовых покрытий


Данный вид вантовых
конструкций
являются комбинированной структурой,
которая включает в себя висячее тросовое
покрытие, и имеет в своем составе н
е-
сколько вант, которые являются стабил
и-
зи
рующими (рис. 5
). Конструкции такого
типа могут быть причислены
,

как к трос
о-
вым висячим ст
руктурам, так и к висячим
вантовым структурам.

При конструиров
а-
нии сооружений этого типа особо внимание необходимо уделить анкерам


ус
т-
ройствам, служащим для передачи усилий от основной конструкции на грунт
о-
вую основу.

Подвесные
(висячие)
вантовые
покрытия с одной несущей стойкой


(пилоном)


Крытый конькобежный центр «Крылатское»
(ледовый дворец в Крылатском)
-

крупнейшее в
Европе сооружение этого типа,

открыт в 2006
году. Здесь покрытие с помощью вант подвешено
к одной

-
образной опоре, установленной на оси
симметрии сооружения со смещением вдоль этой
же оси (рис.
6
). Две оттяжки опоры обеспечивают
равновесие всей вантовой системы.

В конце 2007
года в ледовом дворце возникла аварийная с
и-
туация из
-
за провисания крыши. Было устано
в-
лено, что причиной аварийной ситуации стал
брак, допущенный при изготовлении металлич
е-
ских конструкций.

Аналогичная схема подвески
стальной стержневой прямо
угольной плиты п
о-
крытия с помощью вант к единственной верт
и-
кальной стальной стойке применено к сооружению в Ля
-
Рашели, Франция (
R
é
Island

Toll

Gate
,
La

Rochelle
,
Poiton
-
Charente
). С учетом смещения опоры по о
т-
ношению к центру плиты покрытия два ближайших к

стойке угла плиты заанк
е-
рены в землю.

Подвесные вантово
-
стержневые покрытия с несущими стойками в один
или несколько рядов



Рис.
5
.
Тросово
-
вантовая

структура


Рис. 6. Вид на ледовый дворец
в Крылатском, Москва, со ст
о-
роны единственного пилона.


Рис. 7. Павильон Великобритании на
ЭКСПО
-
70 в Осаке, Япония


Рис. 8. Технологический центр в

Принстоне, США [8]

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

13


Этот тип вантовых покрытий считается наиболее прост
ым

и распростране
н-
ным, часто эти

покрыти
я называют
вантово
-
балочн
ым
. Здесь

балка жесткости
поддерживается вантами в одной или нескольких точках.
Ванты закрепляются
на стойках
, которые расчалены в
поперечном и продольном направлении.


Павильон Великобритании на ЭКСПО
-
70 в Осаке представляет собой одн
о-
рядную систему
из 4
-
х
стальных рам

высотой 34 м
, к которым с помощью по
д-
весок подвешена несущая конструкция крыши и стеновое ограждение (рис.
7
).



Однорядная система из трех колонн, к которым в одном уровне прикрепл
е-
ны ванты, поддерживающие покрытие в двух направлениях описаны в статье [
7
]
на примере одного из вантовых сооружений в Риме (
Italtubi

warehouse
), Италия.


Необычное здание Технологического центра в Принстоне (
the

PA

Technol
o-
gy

Center

in

Princeton
,
NJ
,
North

America
) запроектировано архитектором Р.
Роджерсом (
Richard

Rogers
) в стиле «х
ай тэк» (
the

high

tech

architecture

mov
e-
ment
) в период его наибольшей популярности, который пришелся на 1960
-
1990
годы. Здание построено в 1982 году.

Архитектор отказался от традиционных
колонн и балок в пользу стальных конструкций, обычно применяемых в мо
ст
о-
строении и при проектировании подъемных кр
а-
нов (рис.
8
). Модули (блоки) сооружения предв
а-
рительно изготавливались на заводе, что знач
и-
тельно сокр
а
тили сроки строительства.


О
братим внимание на интересное направл
е-
ние в архитектуре вантовых подвесных покрытий


строительство «зеленых крыш». Например, в
Южной Франции в Леоне архитекторы
Jourda

и
Perraudin

создали подвесное покрытие площадью
8000 м
2

в форме зонтичной поверхности. На
крыше растут дикие цветы и трава (рис.
9
). Под
этой крышей находятся аудитории междунаро
д-
ной школы.

Еще большую площадь перекрывает
подвесное вантовое покр
ы-
тие с зеленой крышей в
Штутгарте, Германия (рис.
10
). В
настоящее время там
находится Общественная
транспортная к
о
мпания (
the

public

transportation

company
).


Часто п
одвесные вант
о-
в
о
-
балочные

покрытия
по
д-
Рис. 12. Покрытие железнодорожной ста
н-
ции,
Nanjing
,
Jiangsu

Province
, Китай

Рис. 11. Атлетический центр универс
и-
тета Чикаго, США

Рис.

9
.

Подвесная

крыша

в
Лионе (suspended greenroof in
Lyons
, photo by Haven Kiers
)


Рис.

10
.

Зеленая

крыша в Штутгарте (Green roof Se
r-
vice LLC, Stuttgart,
Germany
, photo by G. Breuning
)

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

14

разделяют на

тр
и

вид
а
: а) подвесное покрытие с поперечной вантовой системой
и двумя рядами несущих стоек (
рис.
11
)
; б) подвесное покрытие с поперечной
вантовой системой и центральным рядом несущих стоек (рис.
7,
12
); в
) подве
с-
ное покрытие с продольной вантовой системой
с одним или
несколькими ряд
а-
ми несущих стоек (
рис.
10
,
рис.
13
).


Первое подвесное покрытие с кровлей из прозрачной пластмассы было п
о-
строено над автобусной остановкой в Милане (Италия)

в 1949 году
.

Наклонное
покрытие системой вант подвешено к наклонным же несущим стойкам. Равн
о-
весие достигается специальными
оттяжками, прикрепленными к краям покр
ы-
тия.


Атлетический центр университета
Чикаго (
The

Gerald

Rather

Athletics

Center

of

the

University

of

Chicago
) уникален тем,
что здесь впервые применены несимме
т-
ричные композитные стойки для крепл
е-
ния вант (ри
с.
11
, рис.
14
). Инновацио
н-
ное решение позволило перекрыть бол
ь-
шую площадь, свыше 20000 фут
2
. Отказ
от применения железобетона, по мнению
авторов проекта (
Cesar

Pelli

&
Associates

teamed

with

OWP
/
P
), дал ряд преим
у-
ществ, в том числе, по стоимости соор
у-
жения. Стойки наклонены под углом 10
о

к
вертикали, как из эстетических соображений, так и из условий работы асимме
т-
ричной конструкции

[9
]
. Каждая стойка держит 3 искривлен
ные балки (рис. 14
).
К большой стойке крепятся

3 ванты, а к малой


одна ванта.



Подвесное покрытие над олимпи
й-
ским стадионом в
Скво
-
Вэлли

(США)
вмещает 8000 зрителей. Его размеры в
плане


94,82 × 70,80
м. Подвесное п
о-
крытие представляет собой восемь пар
наклонных коробчатых балок переме
н-
ного сечения, поддерживаемых вантами.
Ванты опираются на 2 ряда стоек, у
с
т
а-
новленных через 10,11 м. По б
алкам
уложены прогоны, а по ним коробчат
о-
го сечения плиты длиной 3,8 м.
Нес
у-
щие ванты


тросы имеют диаметр 57 мм [10]. Схема размещения стоек и вант
стадиона в г.
Скво
-
Вэлли

представлена на
рис. 1 (шестая строка, второй сто
л
бец).


Схема трехшарнирн
ой вантовой системы
покрытия над катком в г. Брауншвейге (ФРГ)
представлена на рис. 1 в шестой строке, в
третьем столбце.


Классическое решение

подвесного п
о-
крытия с поперечной вантовой системой и
двумя рядами несущих вертикальных стоек
воплощено в
покрытии цветочного рынка
«
Pescia

flower

market
», Италия [
7
].


В качестве примера подвесного покрытия с поперечной вантовой системой
и центральным рядом несущих стоек можно взять вантовое покрытие железн
о-
дорожной станции в г.
Nanjing

(
Jiangsu

Province
, Китай), рис.
12
.


Рис. 14. Схема установки стоек атлетич
е-
ского центра университета Чикаго

Рис. 13. Подвесное покрытие с продол
ь-
ной вантовой системой, Милан, Италия


Рис. 15. Проект Ч. Макинтоша для
Зеленого театра, 1853 г.

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

15


В 1853 г. Чарльз Макинтош (
Charles

MacIntosh
) в своей работе «Книга с
а-
да» (“
Book

of

the

Garden

) впервые предложил конструкцию подвесного покр
ы-
тия с продольной вантовой системой для Зеленого театра (
Green

House
).
Здесь
каждая балка жесткости поддерживается четырьмя вантами, которые пред
у-
сматривалось крепить к вертикальным стойкам (рис.
15
). Однако для стоек
(мачт) не предусматривались оттяжки с анкерами
,

и поэтому проект не был ре
а-
лизован [
4
].


Висячее покрытие над зданием бумажной фабрики в г. Мантуе, Италия,
построено в 1963 г. Оно содержит шесть продольных балок
жесткости пролетом
163 м с симметричными консолями по 43 м. Покрытие подвешено при помощи
четырех вант к двум железобетонным пилонам высотой 45 м. Со стороны зд
а-
ние напоминает висячий мост [10].


Наличие так
ого

вантов
ого сооружения
, как покрытие
фабрики (
Fleetguard

factory

Quimper
) во Франции (рис.
16
) и
предложенная модель устойчивой ва
н-
товой структуры (рис. 17)

[1
1
]

дает возможность ввести еще один вид

(четве
р-
тый)

вантовых покрытий в рассматриваемом классе


подвесное покрытие с п
о-
перечно
-
продол
ьной вантовой системой.

Покрытие фабрики во Франции (арх.
Richard

Roger
, инж.
Ove

Arup
, рис. 16
)

состоит из 25 модулей площадью 18 м
2
.
Каждый модуль покрытия содержит балки жесткости в двух направлениях и за
углы подвешивается с помощью вант к стойкам.

Висячие вантово
-
арочные (арочно
-
вантовые) покрытия


Совершенно новые возможности висячих вантовых структур открыли зн
а-
менитые архитекторы Норман Фостер (рис. 1
8
)

и

Сантьяго Калатрава (рис. 1
9
).


Их сооружения представляют собой отдельную группу висячих покрытий


п
и-
лонные

арочно
-
вантовые
покрытия
. Т
ак называют висячую систему, которая
поддерживается вантами, подвешенными к системе пилонов



арок. При этом

Рис. 18.
Стадион «Уэмбли», в
исячее

вантовое покрытие,

год постройки


2006г., Лондон


Рис. 19.
Стадион «Спирос Луис»,

в
исячее вантовое покрытие,

год постройки


2004 г., Афины


Рис.
16
. Fleetguard fa
ctory Quimper
,
Франция

Рис.
17
.
Модель устойчивой
вантовой структуры

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

16

как пилоны, так и ванты, поддерживающие покрытие, расположены выше него,
т. е. на ванты не укладываются ограждающие элементы покрытия.


Стадион «Уэмбли» (
Wembley

Stadium
)


самая длинная однопролетная
арочно
-
вантовая структура в мире. Арка держит край северной секции крыши
стадиона. Стадио
н можно полностью открыть за 15 мин, убирая подвижные п
а-
нели в южную неподвижную секцию крыши.


Визитной карточкой г. Дурбан (Южная А
ф-
рика) стал стадион
Durban

s

Moses

Mabhida

Stad
i-
um
, построенный к чемпионату мира по футболу
2010 года
(рис. 20)
. Вед
ущий архитектор


Ге
р-
хард Ле Ру (
Gerhard

le

Roux
). Тентовое укрытие
для зрителей подвешивается к единственной арке


пилону при помощи вант, организованных в
сетчатую структуру

[1
2
]
.




Очень важна проблема защиты вант от ко
р-
розии. В качестве защитных

средств применяют
цинкование, окраску, покрытие пластмассой.

Консольно
-
вантовые системы


Консольно
-
вантовые системы представляют
собой балки жесткости, поддерживаемые
за один конец
вантами
, а другим ко
н-
цом опирающиеся непосредственно на
сооружение
. Простейшим примером т
а
кой
одноконсольной
систем
ы является
вант
о-
вый
консольный козырек (рис.
21
)
, кот
о-
рый крепится к несущей стене с помощью
специальных растяжек


вант

(тяги, ра
с-
тяжки)
.

Тяги могут быть выполнены из
прутков, труб или тросов. Козырьки ко
н-
сольно
-
вантового типа по желанию арх
и-
тектора могут

иметь большую зону п
о-
крытия, так как второй конец конструкции
поддерживается вантами, через которую
нагрузка от козырька передается опять же
на основное сооружение.



Прогибы концов консоли
ко
н-
сольно
-
вантовых структур
могут до
с-
тигать больших
величин порядка н
е-
скольких десятков сантиметров, п
о-
этому их вылеты обычно принимают
не более 40
-
50 м.


Ярким представителем двухко
н-
сольного подвесного покрытия явл
я-
ется ангар в аэропорту Франкфурта
-
на
-
Майне с вылетом одной консоли 55,65 м

(рис.
22
)
.

Покрытие состоит из 16 оболочек с каждой стороны. Ширина одной
железобетонной монолитной оболочки


10,7 м, толщина


8 см. По периметру
оболочек расположены бортовые элементы сечением 22
×30
см. Одна сторона
оболочки шарнирно оперта на каркас центрального
здания, а ее консольная
часть поддерживается шестью канатами, каждый из которых состоит из 40 пр
о-
волок овального сечения. Проволоки находятся в стальной трубке толщиной
0,35 мм. Для защиты вант от коррозии трубка наполнена цементным раствором.
Допустимый п
рогиб конца консоли


90 см.


Рис. 22. Ангар в аэропорту

Франкфурта
-
на
-
Майне

Рис. 21. Козырек консольно
-
вантового типа
длиной 6,5 м (стекло закаленное, нерж
а-
веющая сталь, ТМ
-
Ресурс:
Архитектурные
конструкции, Екатеринбург
)

Рис. 20. Стадион в г. Дурбан
(
Южная Африка, построенный
к чемпионату мира по футболу
2010 года
)

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

17


Хорошо известно консольно
-
вантовое покрытие здания гал
е-
реи для приема пассажиров в а
э-
ропорту Шереметьево (рис.
23
).
Покрытие галереи, круглое в пл
а-
не, состоит из стальных балок,
каждая из которых поддержив
а-
ется четырьмя вантами диаме
т-
ром 59 мм. Ванты крепятся к м
е-
таллическому кольцу централ
ь-
ной зоны здания.



Висячее вантовое покрытие футбольного
клуба «Ренн» (
football

club

Rennais
”), построе
н-
ное в 2004 году в г. Ренн, Франция, также можно
причислить к консольно
-
вантовым системам

(рис.
24
)
. Здесь имеется опорная структура (тр
и-
буны), жесткие консоли в виде ломаных балок,
которые за один конец поддерживаются вантами,
а другими концами опирается на трибуну или
зафиксированы к земле при помощи

оттяжек и
анкеров. Расчет конструкций выполнен компан
и-
ей
Egis
.


Покрытие газовой ст
анции в Милане, Италия
(
Gas

station

in

Milano
) также выполнено в виде
консоли, поддерживаемой за один конец вантами,
а другим концом, опирающимся на высокие
стойки, расчаленными оттяжками [
7
] в попере
ч-
ном направлении.

Вантовые конструкции башенного типа в
форме однополостного гиперб
о-
лоида, с вантами, совпадающими с прямыми образующими однополостного
гиперболоида


Есть еще одна разновидность вантовых структур, где гибкие ванты воспр
и-
нимают только растягивающие усилия. Но эти структуры выделены в

отдел
ь-
ную группу, т.к. здесь ванты в отличие от висячих структур обеспечивают у
с-
тойчивость сооружению, а главной несущей конструкцией является централ
ь-
ный пилон (столб).


Рис. 25. Сиднейская телебашня

(Австралия),
2005
,
http
://
www
.
enci
.
ru
/

Рис. 26.
Гиперболоидная

башня в порту
Кобе



Рис. 23. Галерея для приема пассажиров

в аэропорту Шереметьево

Рис. 24. Висячее вантовое

покрытие ФК «Ренн»,

г. Ренн, Франция

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

18


Рис. 27. Тросовая башня
градирни с центральным
пилоном (Германия)

Рис.
28. Диагональная схема

установки тросов в тросовой
градирне



Иногда уникальным сооружениям башенного типа форма однополостного
гиперболоида вращения придается с помощью вант или тросов. Сооружение
состоит из центрального цилиндрического пилон
а, на котором установлены
кольцевые площадки, внешний контур которых совпадает с параллелями одн
о-
полостного гиперболоида, а тросы располагаются в направлении прямолине
й-
ных образующих гиперболоида. К таким сооружениям можно отнести Сидне
й-
скую телебашню (Авс
тралия, рис.
25
) и 108
-
метровую башню в порту
Кобе

(
Япония
, рис.
26
), построенную по п
роекту компании
Nikken

Sekkei

в
1963

г
о-
ду. Сравнивая эти две башни, при формообразовании которых
использовалась
одна и та же форма однополостного гиперболоида вращения, можно заметить,
что они совершенно не похожи друг на друга. В обоих случаях чувствуется р
а-
бота талантливого архитектора.


Еще одной областью применения вантов являются вантовы
е градирни. В
ФРГ разработаны проекты вантовых конструкций вытяжных башен градирен
(рис.
27
), обладающих более высокими технико
-

экономическими показателями,
чем традицион
ные железобетонные конструкции.


Основными конструктивными элементами вантовой градирни являются
преднапряженные ванты из стальных канатов, размещенные в диагональном
направлени
и

(рис.
28
). Вантовая градирня высотой 146 м с алю
миниевой о
б-
шивкой построена в г. Шмехаузен
(ФРГ) и имеет
очертание образующей по г
и
перболе. Для прид
а-
ния башне этой традиционной формы потребов
а-
лась боль
шая точность разметки вант и напре
с-
совка на них специальных крепежных д
е
талей, но
даже в этом случае из
-
за неравномерной вытяжки
вант возможны о
т
клонения от про
ектной формы,
а, следовательно, и неравномерные усилия в ва
н-
тах.

Строго говоря, вытяжные башни градирен
этого типа следует называть тросовыми башнями,
т.к. здесь не используются открытые тросы.


Не менее интересна вантовая башня, подв
е-
шенная на центральном пилоне, возведенная в
2000 г. в парке Штутгарта (
Killesberg

tower
,
Killesbergpark
) высотой 40 м (рис.
29
). Башня в
форме однополостного гиперболоида вращения
запроектирована Ю. Шлайхом (
J
ö
rg

Schlaich
). На
вершину башни можно
подняться по винтообра
з-
ной лестнице одинакового ската, прикрепленной к

Рис. 29. Вантовая башня в

парке г. Штутгарта,

Германия

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

19

промежуточным площадкам, которые, в свою оч
е
редь, прикреплены к це
н-
тральному пилону
.

Тросовые
оттяжки

высоких
мачт


Все материалы для
оттяжек

выполняются из особо прочной стали, опорные
части конструкции, как правило, из железа и бетона.
Здесь ярким примером м
о-
жет быть мачтовый переизлучатель во Владимирской области (рис.
30
). Высота
всей мачты


330 м, вантовые растяжки крепятся к мачте через каждые 70 м.



Высокие мачты с тросовыми оттяжками могут устанавливаться не

только
на земле, но и на покрытия сооружений (рис.

31
).

Висячие

мосты


Висячие
мосты
разделяются на две основные группы (рис.
3
2
). В мостах
первой группы элемент
АВС

изготавливается из отдельных звеньев, объедине
н-
ных в цепь (рис.
3
2
,
а
). Цепь
АВС

вместе с оттяжками
АД

и
ЕС

и пилонами
Аа,
Сс

воспринимает всю нагрузку.
В настоящее время элемент
АВС

делают из тр
о-
сов, но название мостов этой группы


«
цепной мост
»


оставили прежним

(рис.
33
)
.
Цепные мосты строили в Индии и Китае уже в
I

веке.
Мосты второй группы
(рис.
3
2
,
б
) называют
вантовыми мостами
. Здесь нагрузку
воспринимают ра
с-
косы и пояса. Вантовые висячие мосты разделяются на 3 группы: статически
определимые вантовые фермы, статически неопределимые предварительно н
а-
А

В

С

Е

Д

а


с

а

А

а

С


с

балка жесткости

б

Рис. 32

Рис. 30. Мачта переизлучат
е-
ля с вантовыми растяжками,

http://vk.com/wall
-
13502584_2023


Рис. 31. Мачта с
вантовыми

оттяжками на покрытии

здания

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

20

прягаемые фермы без балок
жесткости и
статически нео
п-
ределимые вантовые фермы с
балками жесткости

(рис.
3
2
,
б
).
Более подробную информацию
о кла
с
сификации висячих мо
с-
тов, их конструктивных ос
о-
бенностях и методах расчета
можно получить из книг [
1
3
,
1
4
], а в данном разделе
только
укажем на сущес
т
вование т
а-
ких вантовых структур, как
«
висячи
е

мост
ы»
.



Сегодня самым высоким в
мире
подвесным мостом является мост, с
о-
ед
и
няющий г. Владивосток с островом
Русский: вершина его главных опор
-

327 метров. Здесь и самый длинный
центральный пролет
-

1104 метра. А
общая пр
о
тяженность натяжных тросов
-

вант составила почти 55 к
м

(рис.
3
4
).

Заключение


Висячие вантовые покрытия вдо
х-
новляют инженеров на протяжении
многих лет. Однако вантовые системы
все еще довольно новый тип констру
к-
ций покрытий. Сегодня вантовые конструкции признают инновационными ко
н-
структивными решениями, с помощью
которых можно создавать впечатляющие
геометрические формы и вместе с тем эффективно перекрывать большие прол
е-
ты сооружений. Интерес к вантовым покрытиям особенно усилился в связи с
решением
ФИФА
о проведении в Российской Федерации чемпионата мира по
футбол
у в 2018 году


ведь современные покрытия спортивных арен возводятся
в основном с применением
висячих
вантовых
и тросовых
конструкций.

Кроме
того, в помощь архитекторам создано несколько компьютерных программ, о
б-
легчающих проектирование вантовых структур [
1
5
].


Естественно, не все вантовые структуры, созданные архитекторами и инж
е-
нерами, можно причислить к тому или иному типу вантовых структур,

пре
д-

Рис. 35. Модель покрытия стадиона
Chunu
/
Jeonju

Stadium
,
Южная Корея

[http://www.lusas.com]


Рис. 34. Вантовый висячий мост, соед
и-
няющий г. Владивосток и о. Русский


Рис. 33. Цепной мост
Siduhe

River

Bridge
, 2009 год.
Длина главного пролета


900 м, высота перекр
ы-
ваемого пространства
-

496 м до дна ущелья.

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

21

ставленных в предложенной классификации. Например,

покрытие над железн
о-
дорожными платформами в г. Тилбурге, Нидерланды, описанное в работе [10], с
размером в плане 46,2
×147
м состоит из 12 гипаров, часть углов которых оп
и-
раются на железобетонные опоры, а д
ругая часть углов поддерживается вант
а-
ми.
Или взять, например, покрытие стадиона (
Chunu
/
Jeonju

Stadium
) в Южной
Корее размером 260
×160
м.
Стадион был построен к чемпионату мира по фу
т-
болу 2002 года.
Покрытие подвешено к четырем мачтам

высотой 63 м
, устано
в-
ленным в углах (рис. 35) стадиона. Причем 4 ванты поддерживают свободный
край длинной секции
стадиона, а 3


свободный край короткой секции. Еще 4
ванты являются стабилизирующими для каждой мачты.
Использовались ванты
диаметром 65 и 95 мм.
С определенными

оговорками эту
структуру можно о
т-
нести к консольно
-
вантовым системам

или ввести еще один
,

десятый
,

тип ва
н-
товой структуры «Подвесные вантовые покрытия с четырьмя стойками, расп
о-
ложенными в углах прямоугольного плана». Тогда к этому же типу можно отн
е-
сти вантовую систему над трибунами стадиона, предложенную В.В. Ханджи и
И.В. Лисицыным (рис. 36) [1].


Укажем также на существ
о-
вание арочно
-
вантовых комб
и-
нированных ко
н
струкций, к
от
о-
рые практически не рассматр
и-
вались в настоящей статье и не
включены в предложенную кла
с-
сификацию. Часть из них пре
д-
ставлены на рис. 1, см.
пред
п
о-
след
нюю

строк
у
. В отличие от
висячих вантово
-
арочных

п
о-
кр
ы
тий, арочно
-
вантовые ко
м-
бинированные конструкции н
е являются висячими
. Интересные примеры пр
и-
менения комбинированных арочно
-
вантовых конс
т
рукций в РФ приведены в
статье Д.Б. Киселева
[
16
]
.



Как показывают приведенные примеры, есть хорошие перспективы у
всех
типов
вантовых

конструкций
, включенных в
приведенную классификацию
.

Л

и

т

е

р

ат

у

р

а

1.
Голосов В.Н., Ермолов В.В., Лебедева Н.В
. и др. Инженерные конструкции: Уч.
для вузов по спец. «Архитектура».


М.: «Высшая школа», 1991.


408 с.

2.
Кривошапко С.Н
. Висячие тросовые конструкции и покрытия сооружений//
Строительство уникальных зданий и сооружений.


2015.



7

(34).


С.
51
-
70.


3
.

Федулов В.К., Суладзе М.Д., Артемова Л.Ю
. Вантовые покрытия: Учебное пос
о-
бие.


М.: МАДИ, 2014.


48 с.

4
.
Harris

James B., Pui
-
K Li Kevin
.
Masted Structures in Architecture.


Taylor & Fra
n-
cis, 1996.



160
p.

5
.
Скопенко В.А.

Тентовая архитектура: вчера, сегодня, завтра// Академический
вестник УралНИИПроект РААСН.


2010.
-

№ 1.


С. 30
-
36.

6
.
Кривошапко С.Н
. Тентова
я архитектура// Строительство и реконструкция.


2015.


№ 3(59).


С. 100
-
109.

7.
Zordan Luigi, Morganti Renato
. Large roofs, large spaces. Suspended cable roofing in
Italy 1948
-
1970// Proc. of the First Int. Congress on Construction History, Madrid, 20
th
-
24
th

January 2003, pp. 2139
-
2148.

8. Vintage British high tech// CMU Architecture.


2013.


Jule 09.
[https://cmuarch2013.wordpress.com/2009/07/09/vintage
-
british
-
high
-
tech/].

9.
Kloiber L.A., Eckmann D.E., Meyer Th.R., Hautzinger St.J.

Design considerat
ions in
cable
-
stayed roof structures// North American Steel Construction: Conference: Modern Steel
Construction.


March 2004.


7 p.


Рис. 36. Вантовая система с 4
-
мя пилонами над
трибунами стадиона

Строительная механика инженерных конструкций и
сооружений, 2016, № 1

22

10
.
Косенко И
.С. Висячие конструкции покрытий.


М.: Стройиздат, 1966.


88 с.

11.
Changhua Wei and Yi Sun.

Philosophy of structure: How Tensile Structure Works:
http://www.arch.mcgill.ca/prof/sijpkes/arch374/winter2002/psyisun/howtensileworks.htm

12.
Hennig Wanda
. The man who built Durban’s Moses Mabhida Stadium, 2012,
http://www.wandahennig.com/2012/10/the
-
m
an
-
who
-
built
-
durbans
-
moses
-
mabhida
-
stadium/

13
.
Качурин В.К., Брагин А.В., Ерунов Б.Г
. Проектирование висячих и вантовых
мостов.


Изд
-
во «Транспорт», 1971.


280 с.


1
4
.
Качурин В.К.

Теория висячих систем. Статический расчет.


Л.: Госстройиздат,
1962.


224 с.

1
5
.

Сыч

С
.
Проектирование

вантовых

конструкций

в

Autodesk

Robot

Structural

Analysis

Professional
//
Cadmaster
.


2012.


№ 6.


С
. 84
-
86.

16.
Киселев Д.Б
. Арочно
-
вантовые комбинированные конструкции. Численные и
экспериментальные исследования//
Современное промышленное и гражданское стро
и-
тельство.


2006.


Том. 2.
-

№ 1.


С. 17
-
27.

References

1.
Golosov
,
V
.
N
.,
Ermolov
,
V
.
V
.,
Lebedeva
,
N
.
V
.
et

al

(1991).
Injenernie

Konstruktzii
:
Uch
.
dlya

vuzov

po

spetz
.

Arhitektura”, Moscow: “Vysshaya Shkola
”, 408 p.

2
.

Krivoshapko, S.N.

(2015).
Suspension cable structures and roofs of erections,
Construction of
Unique Buildings and Structures
,

7

(34), p.

51
-
70.



3.
Fedulov, V.K., Suladze. M.D., Artemova, L.Yu
. (2014).
Vantovie Pokrytiya: Uch. Posobie
,
Mo
s-
cow: MADI, 48 p.

4.
Harris J
.
B., Pui
-
K Li Kevin

(1996).

Masted Structures in Architecture
,
Taylor & Francis
, 160 p
.

5.
Skopenko, V.A
. (2010).
Tent architecture: yesterday, today, tomorrow, Akademicheskiy Vestnik
UralNIIProekt RAASN,
№ 1
, p
. 30
-
36.

6.
Krivoshapko, S.N.

(2015). Tent architecture,
Stroitel’stvo i Rekonstruktziya
,
№ 3(59)
, p
.100
-
109.

7.
Zordan Luigi, Morganti Renato
. Large roofs, large spaces. Suspended cable roofing in Italy 1948
-
1970
,
Proc. of the First Int. Congress on Construction Hist
ory
, Madrid, 20
th
-
24
th

January 2003, pp. 2139
-
2148.

8. Vintage British high tech// CMU Architecture.


2013.


Jule 09.
[https://cmuarch2013.wordpress.com/2009/07/09/vintage
-
british
-
high
-
tech/].

9.
Kloiber
,

L.A., Eckmann
,

D.E., Meyer
,

Th.R., Hautzinger
,

St.J.

(2004).
Design considerations in
cable
-
stayed roof structures
,
North American Steel Construction: Conference: Modern Steel Constru
c-
tion
,

March 2004
,
7 p.

10.

Kosenko, I.S
. (
1966
).
Visyachie Konstruktzii Pokrytiy
,
М
oscow
:
Stroyizdat,
88
p
.

11.
Changhua Wei and Yi Sun.

Philosophy of structure: How Tensile Structure Works:
http://www.arch.mcgill.ca/prof/sijpkes/arch374/winter2002/psyisun/howtensileworks.htm

12.
Hennig Wanda
. The man who built Durban’s Moses Mabhida Stadium, 2012,
http://www.wanda
hennig.com/2012/10/the
-
man
-
who
-
built
-
durbans
-
moses
-
mabhida
-
stadium/

13.
Kachurin, V.K., Bragin, A.V., Erunov, B.G
. (1971).
Proektirovanie Visyachih i Vantovyh Mostov
,
Izd
-
vo “Transport”,
280
p
.

14.
Kachurin
,
V
.
K
.
(
1962
).

Teoriya Visyachih System,
Staticheskiy Raschot
, L.: Gosstroyizdat,
224
p
.

15.

Sych, S.
(
2012
).

Design of cable
-
stayed structures in
Autodesk

Robot

Structural Analysis Profe
s-
sional
,
Cadmaster
,
№ 6
, p
. 84
-
86.

16.
Kiselev, D.B
. (2006). Combined (hybrid) arch
-
cable structures.

Numeric and experimental r
e-
searches,
Modern Industrial and Civil Construction
, Vol. 2, No 1, p. 17
-
27.


CABLE
-
STAYED STRUCTURES

S.N. Krivoshapko

Peoples’ Friendship University of Russia, Moscow


Cable
-
stayed structures are simple in assembling, light in weight, safe in maintenance,
and sometimes possess the architectural expressiveness. The well
-
known structures and buil
d-
ings of all types which had practical importance and novelty, were ma
rked by the rewards of
professional association or were passed into the top lists of journals are presented in the paper.
The author

offered his own classification of cable
-
stayed structures containing nine types of
considered structures.


KEY WORDS:

suspended structures, cable
-
stayed structure, suspension

cable
-
stayed
structure,
s
uspended cable roofing
, stay, pylon,
suspended bridge.


Приложенные файлы

  • pdf 11075906
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий