Висячие конструкции

ВИСЯЧИЕ КОНСТРУКЦИИ, строительные конструкции, в которых основные элементы, несущие нагрузку (тросы, кабели, цепи, сетки, мембраны и др.), испытывают только растягивающие усилия. В расчётной схеме основные элементы висячих конструкций рассматриваются как гибкие нити (гибкие элементы, обладающие пренебрежимо малой жёсткостью на изгиб и способные работать только на растяжение), шарнирно-стержневые многоугольники или мембраны (гибкие оболочки). Работа висячих конструкций на растяжение позволяет полностью использовать механические свойства высокопрочных материалов (стальной проволоки, капроновых нитей и др.) и получать лёгкие конструкции. Висячими конструкциями перекрыты наибольшие пролёты различных сооружений.

Недостатками висячих конструкций являются наличие распора и чувствительность конструкции к действию местных и динамических нагрузок. Штормовые порывы бокового ветра могут приводить к катастрофам, как это было в 1940 году при крушении висячего Такомского моста (США). Уменьшение деформативности достигается введением стабилизирующих элементов, балок жёсткости, раскосов, дополнительных поясов, а также предварительного натяжения. Для восприятия распора устраивают анкерные фундаменты или контурные конструктивные кольца, опоясывающие по периметру конструкцию.

Висячие конструкции характеризуются большим разнообразием форм и архитектурной выразительностью. Геометрически неизменяемые висячие конструкции, выполненные из прямолинейных элементов (вантов), называются вантовыми конструкциями. В соответствии с конструктивной схемой висячие конструкции могут быть плоскими и пространственными.

Плоские висячие конструкции применяют главным образом в висячих и вантовых мостах, канатных дорогах и др. Это древнейший тип строительных конструкций. Ещё 2000 лет назад в Китае сооружали мосты с довольно большими пролётами, подвешенными на цепях из кованого железа. Так, мост в провинции Сычуань имеет длину 101 м. К плоским висячим конструкциям относятся и самонесущие изогнутые трубы (в частности, трубы газопроводов), подвешенные к устоям при переходе трубопровода через реку, ущелье и тому подобное. При больших диаметрах подвешенных труб в расчётной схеме приходится учитывать напряжения изгиба (так называемая жёсткая нить).

Пространственные висячие конструкции применяют в основном в покрытиях общественных и промышленных зданий больших пролётов (висячие покрытия, мембраны, висячие оболочки). Впервые висячие конструкции покрытий были предложены и осуществлены В. Г. Шуховым в 1896 году при строительстве павильонов Нижегородской выставки. Пространственные висячие конструкции покрытий различаются способами повышения их стабильности и жёсткости, а также конструктивными решениями; они бывают однопоясные, двухпоясные, седловидные. В однопоясных висячих покрытиях в качестве несущих элементов используются жёсткие нити и фермы, образующие различные формы поверхности, стабилизация которых достигается за счёт массы настила, предварительного обжатия и тому подобное. Повышение жёсткости таких конструкций достигается увеличением монтажных нагрузок либо введением вантовых оттяжек, изменяющих форму равновесия. Двухпоясные висячие покрытия представляют собой предварительно напряжённые системы, состоящие из криволинейных поясов, обращённых выпуклостью в противоположные стороны. Седловидные висячие покрытия обычно состоят из систем пересекающихся тросов (вогнутых и выпуклых), образующих сетку, либо представляют собой оболочку в форме гиперболического параболоида. Большинство таких конструкций выполняется с предварительным напряжением.

В комбинированных висячих конструкциях висячие системы могут быть частью жёстких ферм, арок, рам, плит, оболочек.

А. П. Малиновский.