Главная|Контакты
ПОСЛЕДНИЕ ЗАПИСИ
Памятники культуры могут разрешить передавать между учебными заведениями

Памятники культуры могут разрешить передавать между учебными заведениями

Учебные заведения, находящиеся в признанных культурным наследием зданиях, возможно смогут...

06.09.16  В Королеве в октябре будет открыта пешеходная зона в технологическом стиле

31.08.16  Корпорация Технониколь открыла новый завод по производству минваты в Хабаровске

31.08.16  Отреставрированный корпус РЭУ им. Плеханова открыт

29.08.16  На строительство нового терминала аэропорта на Камчатке претендуют 4 инвестора

29.08.16  ЦАГИ включен в список объектов культурного наследия

28.08.16  На Северном Кавказе к 2017 году будет введен в экусплуатацию индустриальный комплекс

26.08.16  Жилой комплекс со спортивной инфраструктурой будет построен в Казани

26.08.16  В усадьбе "Константиново" откроется детский хоспис

25.08.16  Перинатальный центр на северо-западе Москвы в скоро времени будет построен

24.08.16  В ходе реставрации метро "Сокол" будут восстановлены исторические элементы

ТОП СТАТЕЙ
СЛУЧАЙНАЯ
Опубликовано : 08.02.15 | Категория: Пневматические строительные конструкции
Идея строительства надувных куполов, принадлежащая Ланчестеру, высказана 40 лет назад, и, по всей вероятности, ей предшествовали еще более ранние, но неизвестные проекты в этой области. Эта идея для строителей старой школы была буквально немыслимой, так как исходила из совершенно непривычных для них концепций. Насущий канат вызывал недоверие своей гибкостью. Только после почти столетних исследований он постепенно был внедрен в строительство. Мысль о применении воздуха в качестве несущего элемента и в настоящее время многими рассматривается как утопия.
Пневматическая конструкция испытывает растягивающие напряжения и поэтому находится в близком родстве со всеми висячими конструкциями, но обладает в то же время и существенными отличиями. Все строительные конструкции можно разбить на три большие группы (балочно-стоечные, арочные, висячие), но все эти конструкции значительно тяжелее пневматических.
Выражение «здания, поддерживаемые воздухом» (Luftgetragene Bauten) для большинства пневматических конструкций совершенно правильно. Для пояснения представим себе оболочку в виде плоского купола, находящуюся под внутренним избыточным давлением. При отсутствии ветровых и снеговых нагрузок внутреннее давление создает в мембране растягивающее напряжение (рис. 4.1). При приложении равномерно распределенной снеговой нагрузки мембранные напряжения снижаются и становятся теоретически равными нулю, если внешняя нагрузка равняется внутреннему давлению и если не учитывать, что снеговая нагрузка действует вертикально, а внутреннее избыточное давление — по нормали к ограничивающей поверхности. В данном случае мы сталкиваемся с конструкцией, которая при положительной нагрузке не напряжена. Нагрузка воспринимается воздушным давлением.
Хотя на практике снеговая нагрузка распределена на плоских поверхностях приблизительно равномерно, ветровое давление переменно по величине.
В случае неравномерных динамических нагрузок мембранных напряжений в пневматических оболочках избежать нельзя, и этот случай — наиболее важный для конструирования и назначения размеров сооружений (рис. 4.5).
Здания с внутренним избыточным давлением

Если идею пневматических конструкций с растянуто напряженной оболочкой распространить не только на такие случаи, когда внутренний объем находится под избыточным давлением, но, в частности, и на такие оболочки, которые приспособлены к восприятию отрицательного давления или воздушного давления с внешней стороны, то можно яснее представить и проиллюстрировать принцип действия пневматической конструкции на плоской ненапряженной мембране. Если мембрана (рис. 4.2) имеет, например, собственный вес 1 кг/м2, то при отсутствии внешней нагрузки достаточно внутреннего давления 1 кг/ж2 = 1 мм вод. ст. = 0,0001 атм для того, чтобы поддерживать мембрану в равновесии.
При равномерно распределенной снеговой нагрузке, равной 75 кг/м2, внутреннее давление должно равняться 76 мм вод. ст., чтобы воспринять собственный вес и снеговую нагрузку и по-прежнему поддерживать мембрану в ненагруженном состоянии (рис. 4.3). Ветровая нагрузка на такое сооружение направлена вверх. Предположим, что такой отсос действует равномерно и мембрана нагружается равномерным отрицательным давлением 60 кг/м2. Тогда в здании можно поддерживать отрицательное давление в 59 мм вод. ст. для того, чтобы поддерживать мембрану в ненапряженном состоянии. Таким образом, если бы можно было обеспечить такой характер нагрузки, на долю мембраны осталась бы роль разделяющего ограждающего слоя и она могла бы быть как угодно тонкой (рис. 4.4).
Другое принципиальное отличие пневматических конструкций от остальных строительных конструкций состоит в том, что максимальный теоретический пролет воздухоопертой оболочки не ограничивается ни соображениями прочности, упругости или объемным весом применяемого материала, ни какими-либо другими соображениями.
В то время, как в обычных случаях нагрузка не превышает величины разрывной длины материала (разрывная длина равна пределу прочности, деленному на объемный вес) с коэффициентом 1,3, так как конструкция в этом случае разрушается от собственного веса, в пневматических конструкциях мы можем теоретически нарушить это ограничение. Так, например, стальной канат может иметь теоретический пролет немногим более 36 км, а оболочка из лучших строительных материалов и самой эффективной конструкции не может воспринять нагрузки от собственного веса уже при пролете около 10 км. В то же время оболочка, поддерживаемая благодаря разнице давления, может рассматриваться как исполнение мечты Б. Фуллера об «универсальном пространстве» любого протяжения, например в виде замкнутой оболочки вокруг земли. Если когда-нибудь придут к выводу, что замкнутая оболочка вокруг земной атмосферы полезна, то для создания нужного климата такая оболочка будет сконструирована с помощью естественных или искусственных спутников земли.
Надежность пневматических зданий с внутренним избыточным давлением. Уже Ланчестер расценивал пневматические сооружения как конструктивные формы высокой надежности. И трудно найти объективные аргументы против этого утверждения. Главным преимуществом пневматически напряженной оболочки является малый вес, так как даже при пролетах свыше 100 м вес 1 м2 оболочки едва превышает 3 кг/м2.
Даже если агрегаты, подающие воздух, выйдут из строя, то проходит много времени, пока оболочка больших размеров опустится, так как содержащийся в оболочке воздух выходит через неплотности очень медленно. Даже большие дыры и щели не представляют опасности. Хотя избыточное давление внутри оболочки понижается довольно быстро, собственный вес оболочки сам создает небольшое избыточное давление, поэтому при больших размерах оболочки может пройти несколько дней, прежде чем воздух сможет выйти из нее сам по себе. Если возникла разница внутреннего и наружного давления в результате скоростного напора ветра или разности температур, процесс опускания оболочки можно замедлить или совсем приостановить; снеговая нагрузка ускоряет опускание оболочки. Если применить достаточно мощные установки для нагнетания воздуха, можно создать здания с постоянно открытыми проемами.
Если все же когда-нибудь оболочка опустится, то людям, находящимся в оболочке, ничто не мешает эвакуироваться, в особенности, если внутри сооружения нет препятствий в виде стоек или помещающихся внутри экспонатов. При проектировании больших сооружений предусматриваются, разумеется, запасные воздухоподающие агрегаты, чтобы всегда иметь возможность поддерживать одинаковое внутреннее давление воздуха.
Сферические оболочки могут быть рассчитаны и сконструированы с большой точностью. Впрочем, если исходить из одинаковых опорных контуров и сравнить пневматически напряженную оболочку, например, с железобетонной оболочкой той же прочности, то разница в последствиях разрушения, обусловливаемая собственным весом оболочек, очевидна.
Человек под избыточным давлением. В настоящее время для поддержания пневматических сооружений принимают в большинстве случаев независимо от пролета постоянное избыточное давление, равное приблизительно 20 мм вод. ст., что соответствует 20 кг/м2; чаще всего нет нужды в избыточном давлении, превосходящем 80—100 мм вод. ст. или в отрицательном давлении — 60 мм вод. ст. Человек может подвергаться длительному воздействию давления в диапазоне от 1/5 атмосферного давления (высота 12 000 м) до 3 атм (30-метровая глубина в воде).
Максимальная разница воздушного давления в 80 мм вод. ст., имеющаяся в пневматических сооружениях, соответствует разнице отметок земной поверхности около 55 м. При обычном избыточном давлении 20 мм вод. ст. эта разница равна всего 15 м. Даже для весьма чувствительного человека этот небольшой скачок давления неощутим. Такая разница давлений часто возникает во многих зданиях при ветре, что никем не ощущается. Более значительная разница давлений может ощущаться на короткое время при быстром проходе через воздушный шлюз или вращающиеся двери пневматического здания. Даже при самых жестких требованиях нельзя отметить никакой опасности для человека при продолжительном пребывании в пневматическом здании.
Пневматически напряженные здания, внутренний объем которых не находится под избыточным давлением. В пневматических конструкциях мы всегда имеем дело с некоторой полостью, находящейся под избыточным давлением относительно наружной среды. Должны ли входить в эту полость люди или речь идет о полностью герметичных баллонах, для самой конструкции не имеет существенного значения; тем не менее различают два вида пневматических конструкций. В тех случаях, когда эксплуатируемый объем находится под избыточным давлением, есть необходимость в шлюзе.
Здания без избыточного давления во внутреннем пространстве состоят в большинстве случаев из замкнутых «подушек» (рис. 4.6), которые приобретают жесткость за счет внутреннего давления и ограждают эксплуатируемый объем в форме арок, плит или сводов. Они требуют в общем случае при прочих равных условиях значительно большего расхода материала, более высокого давления и в большинстве случаев значительно дороже, чем оболочки с внутренним избыточным давлением. Кроме этого, существует множество комбинаций этих систем друг с другом и с другими видами конструкций. В этой работе мы можем рассмотреть только важнейшие из них.
Здания с внутренним избыточным давлением
Похожие новости