Висячие конструкции

Вися́чие констру́кции, строительные конструкции, в которых основные элементы, несущие нагрузку (тросы, кабели, цепи, сетки, мембраны и др.), испытывают только растягивающие усилия. В расчётной схеме основные элементы висячей конструкции 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 г. 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 2 тыс. л назад в Китае сооружали мосты с довольно большими пролётами, подвешенными на цепях из кованогожелеза. 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 т. п. При больших диаметрах подвешенных труб в расчётной схеме приходится учитывать напряжения изгиба (т. н. 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 г. 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 различной формы поверхности, стабилизация которых достигается за счёт массы настила, предварительного обжатия и т. п. 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.