Управление вантовой конструкцией светопрозрачного навеса на примере международного аэропорта Красноярск — Емельяново

В статье рассмотрена вантовая светопрозрачная конструкция, выполнен ее расчет и выяснено ее поведение при ветровых нагрузках.

Ключевые слова: ванты, НДС, ветровые нагрузки.

В современном строительстве на протяжении нескольких последних десятилетий отражается отчетливый тренд к увеличению площадей остекления, как контура здания, имеется в виду речь об устройстве остекления фасадов, так и внутри него, здесь, разумеется, говорится об отделочных работах. Сопутно с ростом применения стекла расширяется применение светопрозрачных конструкций (СПК) на основе алюминия, доля которых на рынке растет с каждым годом. Применение стекла на входных группах отразилось и на конструкциях, удерживающих их, которые в свою очередь не должны портить внешний вид и быть эффективными. Такими конструкциями в последнее время становятся ванты. Особенность их применения связано с большими возникающими в них растягивающих усилий, которые неизбежно пояляются в связи с большой протяженностью и массивностью удерживаемых ими конструкций. Также следует сказать, что ванты, как одни из самых привлекательных конструкций в связи с их экономической эффективностью, низкой материалоемкостью и архитектурной выразительностью.

Но как сделать и без того эффективную работу вант еще эффективнее? На этот вопрос отвечает понятие «управление». Идея управления напряженно-деформируемым состоянием (НДС) вантовых структур нашла свое применение при строительстве мостов автомобильного, пешеходного, железнодорожного путей, а также в работах: Н. П. Абовского [1], [2], [3], С. Н. Кривошапко, В. Н. Голосова, Д. Харриса, Л. Клойбера, Д.Мейера.

Управление состоянием конструкций позволит достичь следующих немаловажных качеств:

1. Повысить стабильность и надежность конструкции за счет постоянного анализа НДС системы;
2. Уменьшить материалоемкость, повысить эффективность работы конструкций за счет вовлечения в работу управляемых систем;
3. Избежать аварийных ситуаций, повлекших за собой полную недееспособность функциональных задач конструкций, а также предотрватить их разрушение.

Целью нашей работы стало создание оптимальной, металлоемкой и эффективной вантовой конструкции светопрозрачного навеса с использованием элементов управления.

Объектом исследования послужил ныне и запроектированный и эксплуатирующийся навес в аэропорту Емельяново. На (рис. 1) изображен архитектурный вид вантового козырька.

Рис. 1. Архитектурный облик навеса

Рис. 2. Конструктивное решение: а) Вид в плане; б) Разрез

Были произведены статические и динамические расчеты конструкции. На рис. 3 изображена диаграмма, отражающая внутренние продольные усилия в системы фрагмента консртукции длинной 6 метров, при воздействии статической нагрузки.

Рис. 3. Диаграмма внутренних продольных усилий N, кН, при статическом нагружении

В частности, нас интересовал расчет на ветровую нагрузку, которая способна была вызвать, как рястягивающие усилия, так и сжимающие. По полученным эпюрам внутренних усилий был произведен конструктивный расчет конструкций, а также проведен анализ работы констуркции с разработанным уже решением.

Первым делом для обеспечения упраляемости конструкции был сделан анализ способов закрепления поперечных балок к остеклению. Было выяснено, что использование шарнирного закрепления многостойного стекла к балкам наиболее эффективно. В таблице 1 отображены усредненные результаты, проведенных расчетов.

Таблица 1

*Шарнирное закрепление в таблице 1 было принято с допущением, что уплотнительные рузиновые элементы не будут ограничивать моментные составляющие. За статическое нагружение принимается собсвенный вес конструкции, а также вес снегового покрова, согласно III снеговому району, ветровое нагружение принималось в виде трапецивидной распеделенной нагрузки соответствующей III ветровому району (с учетом действия пульсационной ветровой составлящей), за расчетное сочетание принималось дейсвтие наиболее неблагоприятного сочетания нагрузок, а именно: собственный вес принимался с коэффициентом равным 1 (единице), ветровая нагрузка с коэффициентом равным 0,9, снеговая нагрузка с коэффициентом 0,7.

Также было проанализировано перемещение улов вант при действии знакопеременной ветровой нагрузки. В таблице 2 отображены значения перемещений крайних консольных узлов крепления вант.

Таблица 2

Перемещение крайних узлов δ, мм, в местах крепления вант при действии расчетных нагрузок

Был сделан вывод, что в конструкции вант придействии знакопеременной ветровой нагрузки возникают сжимающие усилия. Конструктивное решение предполагало только возникновение растягивающих усилий, в связи с этим следует сказать, что использование вант в виде тяги из троссов неприемлемо при действии сжимающих усилий. Они не работают. Поэтому перед нами встал вопрос, как избежать возникновения таких усилий. Исходя из этой проблемы нами была выдвинута гипотеза, которая утверждает, что для избежания аварийных ситуаций, которые могут быть вызваны посредством динамической нагрузки предусматриваются элементы правления, которые будут фиксировать величину сжимающих усилий и восприпятствовать их дальнейшему росту согласно [5].

Таким образом, проведенные исследования показали, что мы можем судить о возникновении сжимающих усилий в вантовой конструкции, а всвязи с тем, что со стороны со стороны эффективности использования вант в виде упругой связи, т.е троссового типа возникается необходимость устройства элементов управления.

Литература:

1. Абовский, Н. П. Активное управление конструкциями при статических и динамических воздейсвиях / Н. П. Абовский, О. М. Максимова, В. И. Палагушкин. Белорусский конгресс «Механика — 99», Минск, 1999.
2. Абовский Н. П. Современное состояние и перспективы развития систем автоматического управления напряженно-деформируемым состоянием конструкций / Н. П. Абовский, Ю. А. Воловик, В. И. Палагушкин // Пространственные конструкции в Красноярском крае: межвуз. темат. сб. науч. Тр. / КИСИ — Красноярск, 1992, — С. 16–52.
3. Абовский Н. П. Упраляемые конструкции: учеб. пособие / Н. П. Абовский. Красноярск: КрасГАСА, 1998–433с.
4. Кривошапко С. Н. Висячие троссовые конструкции и покрытия сооружений // Строительство уникальных зданий и сооружений. — 2015. № 7 (34). — С. 51–70.
5. Платонова И. Д. Управление параметрами висячих и вантовых вонструкций / И. Д. Платонова, Н. А. Бузало — Ростов-на-Дону, 2005. — 112 с.