STRUCTURI SUSPENDATEGENERALITI Structurile suspendate pe cabluri se folosesc deseori pentru acoperirea unor construcii cu deschideri mari, mai ales datorit consumului foarte redus de oel. La deschideri peste 70 m consumul de oel la structurile suspendate pe cabluri este cel mai redus n comparaie cu alte sisteme. Structurile suspendate pe cabluri pot fi folosite la construcii avnd deschideri de pn la 400 m. Sistemul se folosete mai ales la cldiri cu caracter sportiv i cultural cum sunt slile de sport, teatrele sau slile polivalente. Cablurile nu au rigiditate la compresiune i la ncovoiere, de aceea structurile pe cabluri se realizeaz astfel ca n aceste elemente s apar doar eforturi de ntindere. STRUCTURILE DE ACOPERIURI PE CABLURI Structurile pe cabluri din oeluri cu rezistene mari s-au folosit n ultimii 30 de ani. Exist dou sisteme principale de folosire a cablurilor la acoperiuri. 1. Sisteme mixte Aceste sisteme se obin prin combinarea cablurilor flexibile cu elemente rigide (grinzi, cadre) ce constituie structura principal de rezisten. n acest caz structura principal este suspendat prin cablurile situate deasupra acoperiurilor; aceste cabluri transmit forele de traciune la ancoraje corespunztoare, fig.1.

Fig.1 Acoperiuri pe grinzi suspendate: a. la o cldire; b. la o tribun Exist multe exemple de rezolvare a structurii acoperiului cu aceste soluii mai ales la cldirile industriale i comerciale la care structura acoperiului este suspendat de cabluri. Cablurile sunt prinse de piloni puternici la niveluri situate deasupra planului acoperiului.1

Cablurile sunt ntinse iar grinzile acoperiului se calculeaz n mod obinuit fiind solicitate la momente ncovoietoare i fore tietoare. Chiar i n cazul suciunii vntului cablurile rmn solicitate la traciune datorit greutii proprii a acoperiului. O soluie mai complex a structurilor pentru acoperiurile suspendate este cea n care cablurile fac parte din structur i nu ndeplinesc doar rolul de a transmite forele de la structur la ancoraje. La aceste structuri cablurile preiau direct aciunile exterioare. Comportarea specific a cablurilor a influenat substanial formele structurale i a impus noi metode de execuie. Structurile tensionate pe cabluri se pot clasifica astfel, fig.2: a. Sisteme cu un singur rnd de cabluri, Fig. 2.a; b. Sisteme cu dou tipuri de cabluri pretensionate ce alctuiesc ferme pe cabluri, Fig. 2.b; c. Sisteme cu membrane tensionate, Fig.3.

Fig.2 Sisteme de cabluri cu un strat i cu dou straturi

2

Fig. 3 Membran pe reea de cabluri pretensionate Structurile tensionate se folosesc la acoperirea stadioanelor, bazinelor de not, cldiri pentru activiti recreative i alte cldiri la care se cer simultan suprafee libere mari i efecte estetice speciale. Structurile pe cabluri se caracterizeaz prin particulariti de alctuire, proiectare i comportare. O prim problem deriv din flexibilitatea cablului. Acesta se dispune dup o form compatibil cu sarcinile aplicate, dar cerinele arhitecturale i structurale impun of form definit ce trebuie pstrat pe durata de utilizare. Orice abatere de la forma fix (definit) trebuie meninut n limite minime. Pentru a satisface aceast condiie n structur trebuie introduse eforturi de pretensionare care s nu fie incompatibile cu forma dorit i care mpreun cu sarcinile aplicate s menin deformaiile n limite acceptabile. De aceea n procesul de proiectare poate fi introdus o etap de stabilire a formei (form finding) care se poate rezolva prin calcul automat folosind pachete de programe adecvate. A doua caracteristic esenial a structurilor pe cabluri este comportarea neliniar. Deformaiile nu permit aplicarea principiului suprapunerii efectelor. O alt particularitate important a cestor tipuri de structuri este sensibilitatea la forme de instabilitate aerodinamic, de exemplu flutter. Aceast sensibilitate impune cerine speciale de proiectare structural i de rezolvare a detaliilor, mai ales cnd se folosesc la nvelitori membrane uoare din esturi impregnate cu matrice polimerice. Rigiditatea la sarcini transversale Structurile cu un singur cablu se caracterizeaz printr-o mare flexibilitate, fig. 4. Pentru a preveni modificare formei structurale la variaia ncrcrilor i mai ales la suciunea vntului este necesar prevederea unui sistem adecvat de rigidizare, Fig.5. rafalele din vnt pot induce oscilaii dac structura nu are caracteristici de amortizare adecvate.

3

Fig. 4 Relaii ncrcare-form la cablu

Fig. 5 Asigurarea stabilitii cablurilor la sistemele plane

Principalele ci de asigurare a cablurilor n sistemele plane sunt:4

a. Suplimentarea ncrcrii permanente pentru a neutraliza suciunea din vnt, fig.5.a.

Aceast soluie anuleaz o caracteristic favorabil a acestui sistem constructiv i anume greutatea proprie redus;b. Elemente rigide de tip grind, la care ncrcrile permanente s-ar putea s nu

contrabalanseze suciunea vntului, dar rigiditatea la ncovoiere a elementelor de acoperi este suficient pentru rezolvarea acestei probleme. Cablurile preiau efectele ncrcrilor gravitaionale, fig.5.b. c. Prevederea unor nvelitori rigide care se comport ca arce sau cupole rigide inverse. Forele de suciune sunt compensate prin rigiditatea la compresiune a structurii (plac curb, bolt), fig. 5c. d. Utilizarea unor cabluri secundare care pretensioneaz cablurile principale astfel c acestea din urm rmn ntinse sub orice combinaie de ncrcri. Pretensionarea se poate realiza pe mai multe ci:-

Un sistem de cabluri suplimentare ce tensioneaz cablul principal, fig. 5.d; O configuraie plan de cabluri de rezisten i de stabilizare care au curburi de sens opus, fig. 5c. Aceast structur se comport elastic la orice schimbare de form cauzat de sarcinile exterioare. Aceast cale (fig.5c) se poate extrapola si la fermele spaiale. O configuraie ortogonal sau diagonal de cabluri purttoare i cabluri de stabilizare o reprezint fig. 5f.

n fig.6 se detaliaz comportarea structural a fermelor din cabluri pretensionate. Un sistem de cabluri cu zbrele este alctuit din elemente structurale triunghiulare ce sporesc rigiditatea sistemului mai ales sub ncrcri nesimetrice.

5

Fig. 6 Ferme din cabluri Sistemul de cabluri utilizat n fig.7 aplicat la suprafee conice mrete rigiditatea la sarcini nesimetrice. Datorit dificultii de ancorare a cablurilor n acelai punct, vrful suprafeei conice se teete, fig.7d.

Fig. 7 Stabilitatea cablurilor la membrana conic6

Utilizarea reelelor de cabluri este si mai eficient cnd se folosesc arce de rezemare a reelei, fig.8.

Fig. 8 Arce de contur cu baz comun Dac se folosete arcul interior modul de lucru al sistemului structural devine i mai avantajos, Fig.9.

Fig. 9 Rezemare pe arce marginale i arc central Folosirea fermelor conice poate fi extins la sistemele de tip cort multiplu cu dubl curbur, Fig.10.

Fig.10 Sistemul cort multiplu

7

Fig.11 Sala polivalent Bucureti Acoperiurile suspendate pe cabluri pot fi dreptunghiulare, fig. 12 sau circulare fig.13. Structura sub form de roat de biciclet are un inel central de care se leag cablurile, un cablul este purttor i un cablu este ntinztor. Cablurile se dispun radial ca spiele roii la biciclet.

Fig. 12 Acoperi suspendat pe contur dreptunghiular

8

Fig. 13 Acoperiuri suspendate pe contur circular: a. stri de efort sub aciuni gravitaionale; b. stri de efort sub aciuni ascensionale

Arena Raleigh (N.C.-USA) asigur stabilizarea acoperiului printr-o reea de cabluri dispuse ortogonal, suspendate de dou arce parabolice din beton armat care se intersecteaz deasupra solului, Fig.14. Arcele sunt ncastrate n fundaii i rezemate pe stlpii de faad. Forma geometric n a a acoperiului i asigur stabilitatea la ncrcri gravitaionale asimetrice i la aciunea vntului. O construcie realizat dup acelai principiu este Bazinul acoperit din Bacu, Fig.15.

Fig. 14 Arena Raleigh: 1. Arc de contur din beton armat; 2. Cablu portant; 3. Cablu stabilizator; 4. Stlpi pe contur; 5. Tirani pentru stabilizare suplimentar9

Fig. 15 Bazinul acoperit din Bacu: 1. Cablu portant; 2. Cablu stabilizator; 3. Arc de contur din beton armat; 4. Fundaie contrafort; 5. Tirant n pardoseal; 6. Stlp al peretelui Sistemul Zetlin, fig.16 are cablurile portante si cele ntinztoare legate prin bare verticale i supuse la eforturi axiale cu valori diferite; avnd frecvene proprii difereniate, ceea ce favorizeaz amortizarea vibraiilor. Cablurile sunt ancorate ntr-un inel central din oel i pe stlpii de contur.

Fig. 16 Ferm din cabluri sistem Zetlin Sistem n form de reea de cabluri pretensionate, fig.17. acoperiul grii din Varovia are o suprafa trapezoidal n plan; structura acoperiului este realizat pe o reea de cabluri dispuse dup diagonalele cldirii. Echilibrarea eforturilor din cabluri se realizeaz prin ancorarea n 4 puncte situate n vrfurile trapezului. Reeaua fiind suspendat pe arce nu se transmit fore orizontale mari la stlpi.10

Fig. 17 Acoperi suspendat pe reele de cabluri (Gara din Varovia) Acoperi suspendat pe membran metalic, Fig.18 Membranele metalice permit acoperirea unor spaii mari. Sala polivalent din Leningrad are form circular n plan, iar acoperiul este realizat dintr-o membran concav din tabl de oel, sudat n uzin i transportat n rulouri la antier. n centru acoperiului este un luminator susinut de un inel de oel.

Fig. 18 Acoperi suspendat pe membran metalic 1. Membran; 2. Inel perimetral din beton armat; 3. Stlp; 4. Ferm stabilizatoare; 5. Cablu stabilizator; 6. Ancoraj; 7. Lanternou; 8. Inel central; 9. Inel intermediar

11

Detalii constructive Ancoraje Ancorajele se prevd la capetele cablurilor pentru a transmite eforturile din cabluri la structura de rezemare. Ancorajele cu ochiuri, Fig. 19 se obin prin ndoirea captului peste o teac din tabl i fixarea acestuia pe ramura principal cu bride (Fig. 19) sau cu un manon presat sau prin matisare.

Fig. 19. Ochi de cablu pentru ancorare Ancoraje cu pahar, Fig. 20 se realizeaz prin despletirea firelor i nglobarea capetelor acestora ntr-o mas metalic cu temperatur sczut de topire ntr-o pies sub form de pahar.

Fig. 20 Ancorarea capetelor cablurilor: a. cu pahar; b. cu pene; 1. Corpul paharului; 2. Conul interior; 3. Compoziia Ancorarea n structura de contur, fig.21 se proiecteaz n raport cu materialul din care este alctuit elementul de contur (metal sau beton armat) i cu posibiliti de pretensionare.12

Fig. 21 Ancorarea pe contur a., c. n elemente de beton armat; b. n stlpi metalici Noduri Alctuirea nodurilor la structurile suspendate pe cabluri este determinat de tipul acoperiului, de elemente componente, de configuraia sa geometric etc. Prinderea cablurilor ntre ele se realizeaz cu dispozitive simple, bride sau cleme, strnse cu uruburi, fig.22.

Fig. 22. Detalii de montaj la reele de cabluri La fermele din cabluri cu montani rigizi Fig. 23 a, b i la cele cu tirani flexibili, Fig.23, se folosesc piese speciale: brri, cleme, bride, platbande plane sau cu anuri cilindrice i se strng cu uruburi de nalt rezisten pretensionate. Frecrile puternice de pe cablu nu permit deplasrile nodurilor.

13

Fig. 23. Noduri la ferme din cabluri: 1. Cablu; 2. Montant; 3. Diagonal flexibil; 4. Platband cu an; 5. Pies de ghidaj Avantajele structurilor suspendate pentru acoperiuri: a. au consumul de material cel mai redus pentru deschideri ce depesc 70 metri; b. asigur acoperirea unor deschideri mari si foarte mari fr a necesita reazeme intermediare; c. proprietile materialelor structurale se folosesc foarte eficient; d. execuia este uoar i rapid; e. greutate proprie redus a elementelor portante asigur economii importante nsemnate la manipulare, transport i montaj; f. siguran mai bun la incendiu;g. comportarea favorabil la tasri difereniate ale terenului datorit capacitii de adaptare

a structurii la noile condiii de echilibru; h. avnd greutate proprie redus aceste tipuri de structuri se comport mai bine la aciuni seismice; i. aspect estetic remarcabil; Dezavantaje deformabilitate accentuat sub aciuni din vnt i aglomerri din zpad; la unele tipuri de structuri evacuarea apelor meteorice se realizeaz cu dificultate; elementele de ancorare sunt scumpe i uneori complic funcionarea normal a obiectivului construit.14