В альбоме помещены материалы по наиболее перспективному с экономической точки зрения виду предварительно напряженных конструкций из стали и алюминиевых сплавов — сквозным конструкциям, напрягаемым с помощью высокопрочных стальных затяжек. Даны схемы сквозных предварительно напряженных ферм, арок и рамных конструкций, приведены краткие сведения о высокопрочных затяжках и их анкерных устройствах, помещены иллюстрации натяжного оборудования и натяжных устройств, представлены примеры проектов и построенных зданий и сооружений с применением сквозных предварительно напряженных конструкций из практики строительства СССР и за рубежом.

Альбом дополняет раздел «Предварительно напряженные металлические конструкции» учебника «Металлические конструкции. Специальный курс» коллектива авторов под общей редакцией чл.-корр. АН СССР д-ра техн. наук проф. Н.С. Стрелецкого.

Цель, поставленная при составлении альбома, — ознакомить студентов строительных специальностей вузов с особенностями компоновки и конструирования нового экономичного вида металлических конструкций — предварительно напряженных конструкций и оказать студентам помощь в курсовом и дипломном проектировании. Альбом может использоваться работниками проектных организаций при проектировании зданий и сооружений с металлическими предварительно напряженными несущими конструкциями.

Пояснительная записка
Раздел I. Схемы металлических предварительно напряженных сквозных конструкций
Раздел II. Конструкция затяжек и анкерных устройств
Раздел III. Примеры предварительно напряженных металлических конструкций из практики проектирования и строительства в СССР
Раздел IV. Примеры предварительно напряженных металлических сквозных конструкций из практики проектирования и строительства за рубежом
Лист 1. Схемы стальных предварительно напряженных ферм
Лист 2. Схемы металлических предварительно напряженных ферм с выносными затяжками
Лист 3. Схемы металлических предварительно напряженных сквозных рамных конструкций
Лист 4. Анкерные закрепления затяжек из пучков проволоки и из канатов
Лист 5. Оборудование для натяжения затяжек
Лист 6. Испытательный зал Уралпромстройниипроекта в г. Свердловске
Лист 7. Ангар в Алма-Ате
Лист 8. Проект ангара с предварительно напряженной стальной аркой пролетом 84 м
Лист 9, лист 10. Покрытие здания электростанции с пролетами 45 и 39 м
Лист 11, лист 12. Сборочный цех пролетом 60 м с верхнеподвесным транспортом
Лист 13, лист 14. Конвейерная эстакада с непрерывной шпренгельной затяжкой
Лист 15. Ангар в Мёльсброке (Бельгия). Проект здания аэропорта в Чикаго (США)
Лист 16. Усиление конвейерной галереи в Остраве (ЧССР). Фермы покрытия промышленного здания в Харлоу (Англия). Расширение автобусной станции в Нью-Йорке (США)
Лист 17. Павильон транспорта в Брюсселе. Спортзал в Карлсруэ (ФРГ)
Лист 18. Проект ангара (ФРГ). Проект теннисного корта (ФРГ)
Литература

Пояснительная записка

Предварительное напряжение применяют с целью снизить расход металла и стоимость металлических конструкций. В ряде случаев предварительное напряжение позволяет также регулировать деформации, повышать жесткость и устойчивость конструкций и сооружений. Предварительно напряженными называют такие металлические конструкции, в которых искусственным путем в процессе изготовления и монтажа (а при усилении существующих конструкций и во время эксплуатации) создаются собственные (начальные) напряжения, обычно противоположные по знаку напряжениям от внешней нагрузки.

Собственные напряжения в металлических конструкциях возможно создавать центральным и внецентренным сжатием, изгибом или растяжением.

Предварительное напряжение металлических конструкций осуществляют различными способами и приемами. Наиболее перспективным в настоящее время представляется устройство напрягающих элементов-затяжек из высокопрочной стали. Применение высокопрочных затяжек экономически выгодно, потому что прочностные показатели стали возрастают значительно быстрее, чем отпускная цена. Непосредственное введение в конструкцию высокопрочной стали без предварительного напряжения растянутых элементов затруднительно вследствие резкого увеличения деформаций при полном использовании прочности материала.

Металлические предварительно напряженные конструкции рассматриваемого типа состоят из двух частей: жесткой напрягаемой конструкции (балки, фермы, арки, рамы) и гибких высокопрочных затяжек. Затяжки в растянутом состоянии закрепляются на жесткой конструкции и обжимают ее, вызывая начальные напряжения в отдельных стержнях, конструкции в целом или ее части. Большая часть удлинения затяжек «выбирается» в самом процессе натяжения, удлинение от внешних нагрузок составляет сравнительно малую величину. Поэтому предварительное растяжение высокопрочных затяжек позволяет полностью использовать высокую прочность материала при допустимом увеличении деформаций, в особенности в сквозных конструкциях, обладающих обычно большим запасом жесткости.

Во время предварительного напряжения высокопрочные затяжки обычно вызывают в жесткой конструкции напряжения обратного знака. Внешняя нагрузка сначала уменьшает начальные напряжения до нуля, затем вызывает напряжения другого знака, которые могут безопасно возрастать до величины расчетного сопротивления материала. В результате этого расширяется область упругой работы материала жесткой конструкции, что позволяет или увеличить грузоподъемность конструкции при ее усилении, или уменьшить поперечные размеры профилей и тем самым снизить вес и стоимость конструкции. В предварительно напряженных конструкциях происходит как бы «перекачивание» усилий из жесткой части конструкции в затяжку. Желательно, чтобы эта дополнительная затрата стали была минимальной. Естественно, что эффект предварительного напряжения будет повышаться при увеличении прочности затяжек по сравнению с прочностью металла жесткой конструкции. Теоретические подсчеты и опытное проектирование показали, что для стальных конструкций следует применять затяжки с расчетным сопротивлением, не менее чем в 3—5 раз превосходящим расчетное сопротивление жесткой конструкции. Для предварительно напряженных конструкций из алюминиевых сплавов это отношение повышается до 5—8. Таким образом, снижение расхода металла и стоимости предварительно напряженных металлических конструкций с высокопрочными стальными затяжками достигается в результате полного использования прочности затяжек и является следствием искусственного регулирования усилий, расширяющего область упругой работы металла жесткой части конструкции.

Несомненные экономические преимущества сквозных металлических предварительно напряженных конструкций и достаточная их надежность, подтвержденные теоретическими и экспериментальными исследованиями, создали предпосылки практического применения предварительного напряжения в металлических конструкциях. С 1949 г. в Советском Союзе и за рубежом построены и строятся различные сооружения с предварительно напряженными металлическими конструкциями. Примеры зданий и сооружений со сквозными предварительно напряженными конструкциями представлены в настоящем альбоме.