ГлавнаяМожно отметить следующие рекомендации, которыми следует руководствоваться при проектировании большепролетных статически неопределимых систем, чтобы получить наибольший эффект:
1) для большепролетных конструкций надо искать новые конструктивные схемы, так как обычно применяемые мало эффективны;
2) применять комбинированные системы с передачей сжимающих воздействий на железобетонные элементы;
3) предварительное напряжение производить для всей системы в целом;
4) максимально использовать косвенные методы предварительного напряжения с передачей усилий на фундаменты и другие массивные элементы, а также регулирование усилий в процессе монтажа методами временных пригрузок и т. п.
На рис. 1 изображены различные схемы рам, предварительно напряженных затяжками.
При устройстве затяжки на уровне опорных шарниров (рис. 1,а) натяжение загяжки разгружает среднюю часть ригеля и облегчает фундаменты, но увеличивает усилия в опорном узле рамы и в стойках и в результате не может дать существенной экономии. Лишь при больших пролетах и невысоких стойках такая схема предварительного напряжения может оказаться рациональной.
При устройстве вертикальных затяжек, прикрепляемых к верху стоек (рис. 1,б), эпюра моментов от предварительного напряжения получается более благоприятной, и при соответствующих геометрических характеристиках рамы можно получить экономное решение.
Такая система особенно рациональна, если усилия в затяжке создаются не натяжением их с последующим закреплением к фундаментам, а передачей на них собственного веса наружных стен, расположенных в плоскости затяжек.
Соответствующим расположением затяжек можно получить эпюры изгибающих моментов от предварительного напряжения, одинаково благоприятные для ригеля и опор (рис. 1, в,г,д). Эпюры моментов от предварительного напряжения имеют знак, обратный эпюрам от вертикальной нагрузки. Удачным подбором геометрических характеристик рамы и величины усилия предварительного напряжения можно получить значительную экономию стали.
Следует учитывать, что в этих схемах требуются мощные затяжки, и осуществление предварительного напряжения является более сложным.
В отдельных случаях может оказаться целесообразным создавать предварительное напряжение лишь в ригеле рамы (рис. 1, е,ж).
В ФРГ разрабатывались схемы сплошных рам с затяжкой, расположенной на протяжении высоты стойки (рис. 2). В месте закрепления затяжки в стойках могут быть устроены шарниры, а концы стоек защемлены в фундаменты (рис. 2,a). Можно не устраивать шарнира в месте прикрепления затяжки (рис. 2,б), а сопряжение стойки с фундаментом устраивать жестким или шарнирным. В этом случае стойка также получает разгрузку от предварительного напряжения. Устройство затяжки ниже уровня ригеля уменьшает свободные габариты помещения, но в некоторых зданиях, как, например, плавательных бассейнах, выставочных павильонах, складских помещениях и т. п., оно возможно.
В рассмотренных выше схемах предварительное напряжение должно выполняться на монтаже. В рамных и арочных системах можно частично или полностью перенести создание предварительного напряжения в заводские условия, осуществляя его в каждом отправочном элементе рамы. В этом случае усложняются монтажные соединения отправочных элементов, но распределение предварительного напряжения может быть весьма благоприятным. Как показал опыт применения сплошной рамной конструкции с предварительным напряжением отдельных отправочных элементов ригеля, рама должна быть достаточно мощной, чтобы иметь необходимую жесткость при монтаже и в условиях эксплуатации.
Предварительное напряжение отдельных отправочных элементов может быть единственно возможным, если рама проектируется без затяжки. При наличии затяжки она может быть использована для вторичного предварительного напряжения на монтаже.
В арочных конструкциях предварительное напряжение создается, главным образом, затяжками по аналогии с фермами и рамами.
Некоторые новые идеи в создании предварительно напряженных большепролетных конструкций дают схемы, представленные на рис. 3.
А. А. Воеводиным предложена арка с гибким верхним поясом. Сечение арки треугольное (рис. 3,а). Натяжением затяжки в верхнем поясе создается растягивающее усилие, превышающее сжимающее усилие от нагрузки. Автор этой конструкции на небольших моделях получил подтверждение эффективности работы данной системы.
На рис. 3, б показана арка с гибкими нижним поясом и решеткой (предложение ГПИ Проектстальконструкция). Здесь предварительное напряжение создается или принудительным смещением опоры наружу, или соответствующим загружением арки постоянной нагрузкой.
На рис. 3, в показана арочная система, предложенная в КНР. При наличии нагрузки от горизонтального подвесного потолка верхний пояс ферм одновременно работает на растяжение, как затяжка арки, и на сжатие — в системе ферм покрытия. В нижнем поясе горизонтальных ферм можно создать предварительное напряжение затяжками. Применение такой системы пролетом 60 м дало 27,8% экономии стали по сравнению с рамной решетчатой системой. Ho экономия стали от предварительного напряжения составила лишь 6.7%, а остальное получено благодаря улучшению конструктивной схемы, применению железобетонных колонн и т. п.
В неразрезных рамах и арках возможно создание предварительного напряжения как с помощью затяжек, так и путем смещения опор, по аналогии с неразрезными балками.
При опирании арок и рам на массивные фундаменты или нижележащие конструкции (например, железобетонные трибуны) может оказаться целесообразным создавать предварительное напряжение не натяжением затяжки, а горизонтальным принудительным смещением опоры арки или рамы с передачей дополнительного распора на фундамент. В консольно-рамных системах возможно регулирование усилий путем закрепления консолей вертикальными тяжами (рис. 4). Используя пригрузку консолей в процессе монтажа, можно создать натяжение тяжей без силовых приспособлений.
Путем натяжения вертикальных элементов конструкции павильона СССР на Брюссельский выставке 1958 г. была достигнута необходимая жесткость всей системы.
Давно известны способы разгрузки ригеля рам путем смешения опор внутрь пролета (рис. 5).
Можно отметить одно общee положение, что чем сложнее конструктивная схема и больше ее статическая неопределимость, тем больше возможных способов предварительного напряжения.