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
Опубликовано : 08.02.15 | Категория: Пневматические строительные конструкции
Сферические оболочки используются в основном в надземном строительстве. Плоские купола (рис. 6.1) служат для перекрытия больших площадей. Полукупола применяются для зданий с большой высотой и способны воспринимать большой перепад давления. Купола в форме 3/4 сферы известны прежде всего как ограждающие оболочки для радиометрических станций. В проекте (рис. 6.3) такой купол образует завершение башни.
Пневматически напряженные купола

При одинаковом внутреннем давлении мембранное напряжение зависит исключительно от диаметра сферы. Все сферические купола — равнонапряженные. Полукупол перекрывает наибольшую площадь. Купол в форме 3/4 сферы имеет наибольшую высоту. Чем выше сферический купол, тем большее влияние на его напряженное состояние оказывают динамические нагрузки.
Оба купола, показанные на разрезах (рис. 6.2), перекрывают равную площадь, но мембранное напряжение в верхнем куполе в два ряда больше, чем в нижнем. Таким образом, верхняя мембрана и ее крепление к основанию при одинаковом давлении должны быть вдвое более мощными. Зато площадь поверхности верхнего купола, а также ветровые нагрузки на купол значительно меньше, чем у нижнего купола. Экономичность конструкций обеих форм в большинстве случаев почти одинакова. Выбор соответствующей формы купола существенно зависит от таких соображений, как строительная высота сооружения, отопление здания, акустические требования и т. п.
При надувании высокоэластичная мембрана (рис. 6.4) последовательно проходит все стадии от плоского купола до полного купола. Полусфера имеет при этом наименьший радиус кривизны.
Пневматически напряженные купола

Динамические нагрузки на купола. Равномерная снеговая нагрузка может возникать на плоских куполах только в виде исключения в безветреную тихую погоду (рис. 6.5). Нужно отметить, что в мембранных сооружениях проводились успешные опыты по растапливанию снега внутренним теплом, для того чтобы уменьшить величину нагрузки.
При более высоких куполах снег сползает к краям оболочки (рис. 6.6). При применении эластичных гладких материалов такое сползание может вызываться с помощью периодических изменений внутреннего давления. Шероховатая поверхность затрудняет сползание снега. Частично сползший снег может вызывать особенно большие односторонние нагрузки.
Если в нормальных условиях дождевая вода даже при самом малом внутреннем давлении не образует водяных мешков, то в неблагоприятных условиях под еще лежащим снегом может образовываться скопление воды (рис. 6.7). При одновременном действии снега и ветра (рис. 6.8) снег на плоских гладких куполах в общем случае не отлагается. У более высоких куполов (рис. 6.9) отложение снега образуется преимущественно на подветренной стороне оболочки. Только при сильном ветре и гололедице на наветренной стороне оболочки возникает ледяная корка. К сожалению, основные закономерности отложения снега на оболочках еще не достаточно изучены.
Пневматически напряженные купола

Ветровое давление на купол в форме 3/4 сферы (рис. 6.10) создает на наветренной стороне небольшую зону положительного давления. При малой величине внутреннего давления сфера в этом месте может прогнуться Эта сжимающая сила легко может быть погашена введением статического давления ветрового потока во внутренний объем оболочки. Вся остальная часть поверхности купола подвергается отсосу.
В плоских куполах (рис. 6.11) везде имеется отсос. Уже слабый ветер может стабилизировать плоский купол. В дополнительном внутреннем давлении в этом случае нет необходимости. При высоких скоростях ветра возникают большие мембранные напряжения. Хотя сфера кажется хорошо изученной в аэродинамическом отношении, при проектировании сферических оболочек для куполов возникает много вопросов, в особенности если речь идет о крупных сооружениях. Основой для проектирования служат прежде всего данные продувки в аэродинамической трубе. Действительный характер ветровой нагрузки в сущности почти не изучен. Известно, что ветровая нагрузка может мгновенно изменяться по силе и направлению, причем в этом изменении отсутствует регулярность. Нередко может случиться, что ураганный ветер только коснется здания. Во всяком случае при расчете на динамические нагрузки мы приходим к несимметричной задаче.
Плохо выяснены также нагрузки на здания от торнадо и смерчей, которые могут создавать нагрузки до 300 кг/м2. Конструкции в местностях, подверженных действию торнадо, не рассчитываются на нагрузку от него: весьма мала вероятность того, что здание за время эксплуатации окажется на пути смерча. Пневматические же конструкции могут противостоять нагрузкам и от торнадо.
Пневматически напряженные купола

Проекты. В. Бэрд является инициатором применения пневматических куполов для радарных станций в США. Высокочувствительная радиоаппаратура защищается сферической оболочкой, которая почти без сопротивления пропускает радиоволны. Строительство пояса американских радарных станций в Канаде в
1955 г. дало важные практические результаты. Работы в этой области были начаты еще в 1946 г. Были предприняты многочисленные эксперименты. Надувные купола на искусственных стальных островах успешно противостояли сильнейшим ураганам в Атлантическом океане (рис. 6.13). Монтаж стальных конструкций таких островов сопряжен с большими трудностями. В бурном море, при опасности землетрясений или при слабых основаниях необходимы более легкие, изящные конструкции. На эскизе (рис. 6.12) показан искусственный остров с поворотной верхней частью и передвижными платформами для швартовки кораблей и посадки вертолетов, приземление которых из соображений безопасности производится на площадку на высоте 90 м от уровня воды.
Бэрд построил пять больших выставочных куполов. Средний купол имеет диаметр 49,5 м и высоту 28 м. Диаметр же меньших куполов составляет 33 м. В каждом здании предусмотрено устройство входов и выходов. Большие предметы, как, например, ракеты, трубы и т. д., вносятся в здание через длинный жесткий шлюз цилиндрической формы. Отопление центрального купола скомбинировано с поддувкой воздуха. На рис. 6.14 слева в углу виден полужесткий вход. При открытии выставки сооружение привлекло много посетителей. Средний купол был украшен картой мира.
Пневматически напряженные купола

Купол из прозрачной полиэфирной пленки на легком деревянном настиле, лежащем в уровне кровли соседнего здания, был построен для городского бюро одного из американских обществ. Вход в здание снизу (рис. 6.15).
Ирвингом был построен павильон американской авиационной компании на Всемирной выставке 1958 г. в Брюсселе (рис. 6.16). Легкая оболочка с нанесенным на нее рисунком глобуса снабжена двумя вращающимися дверями и окружена железобетонной обзорной площадкой. Это была первая пневматическая конструкция, получившая известность в Европе.
Пневматически напряженные купола

B проекте города на антарктическом архипелаге (рис. 6.17) большая сферическая оболочка из прозрачной пленки целиком укрывает город с внутренней гаванью, административным центром и предприятиями легкой промышленности. Собственно оболочка не отапливается, так как благодаря небольшой теплоемкости грунта в оболочке создается климат, соответствующий более умеренным широтам. Здания с центральным отоплением располагаются внутри парка, создающего благоприятное для человека окружение. Одновременно зеленые насаждения служат для обновления воздуха и защиты от шума, точно так же, как и полотнища в форме парусов, подвешенные с внутренней стороны оболочки. Внутренний воздух постоянно обновляется с помощью установок для кондиционирования воздуха. Воздушное давление поддерживается на нужном уровне с помощью ветрового давления, вентиляторов и температурной разницы наружного и внутреннего воздуха. Климатическая централь со своими всасывающими воздуховодами располагается на краю купола. Все городские газовые, выделения выводятся непосредственно наружу. Аэродром, основная гавань, промышленность и радиостанция располагаются вне пневматической оболочки, однако связаны с ней переходами.
Именно в случае больших оболочек может наиболее экономно расходоваться энергия, необходимая для поддержания внутреннего давления и регулирования внутреннего климата. В таких огромных оболочках (рис. 6.18) возникает совершенно новая теплотехническая задача по регулированию внутреннего климата, так как вследствие воздухообмена, а также образования зон конденсации внутри оболочки могут появиться собственные ветровые потоки, которые при пролетах свыше 500 м, могут оказывать значительное влияние на внутренний климат.
Пневматически напряженные купола

В упомянутой выше книге автора «Висячие покрытия» была впервые поставлена проблема большеразмерных покрытий. Были разработаны конструкции висячих перекрытий целого ущелья в Альпах, а также покрытий над промышленными и жилыми комплексами в Арктике. После опубликования этих работ проблема больших оболочек широко дискуссировалась. С помощью больших оболочек можно организовать в холодных областях высокопродуктивное сельскохозяйственное производство.
Огромные пролеты дают возможность применять большие полевые машины. В будущем для обогрева воздуха, а в особенности для прогревания грунта с помощью сети теплопроводов, наиболее эффективно может использоваться атомная энергия. Пневматически напряженные конструкции наиболее экономичны именно в случае большепролетных покрытий. При больших пролетах постоянно поддерживается давление всего в 25 мм вод. ст., и только в случае особых напряженных состояний (снеговая нагрузка) применяется более высокое давление. В обычных условиях применяются мощные вентиляторы (рис. 6.19). Вентиляторы создают внутреннее давление, равномерно распределенное по высоте (рис. 6.20). Как будет показано позднее, разница температур снаружи и внутри создает разницу воздушных давлений, переменную по высоте оболочки.
Пневматически напряженные купола

Статическое давление ветра весьма просто может быть использовано для поддержания избыточного давления в куполах (рис. 6.21). При скорости ветра свыше 4 м/сек уже возможно поддержание формы плоского пневматического купола. Очень большие скорости ветра (свыше 15 м/сек) весьма сильно нагружают поверхность купола. Введение отрицательного давления в купол (рис. 6.22) уменьшает напряжения в оболочке. На рис. 6.18: А — мембрана купола из текстильной тяжелой ткани или из проволочной ткани с заполнением прозрачным пластиком, В — кольцевой фундамент, С — входные отверстия для воздуха на климатической башне с поворотным кожухом, D — легкое металлическое кольцо ориентации кожуха по ветру, E — теплообменник в климатической башне, выходящий из оболочки воздух зимой обогревает свежий воздух, идущий навстречу, F — вентилятор, G — воздушные клапаны, H — агрегат для подогрева и охлаждения воздуха, I — увлажнитель, К — кольцевой трубопровод, L — распределяющие воздуховоды в почве, одновременно нагревающие грунт, M — выходные отверстия для теплого воздуха, N — заборная шахта для отработанного воздуха, О — вентиль, регулирующий давление, P — выходное отверстие для отработанного воздуха, Q — воздушный шлюз, пропускающий грузовые машин
В проекте большого индустриального комплекса на пересечении автострады и каналы разработанном в 1957—1958 гг., городской центр с административными, культурными и существенными зданиями, малоэтажная жилая зона, расположенная рядом, внутренняя гавань и район легкой промышленности, расположенный между каналом и автострадой, размещена таким образом, что город может развиваться без помех. Пластмассовая оболочка купола диаметром 750 м усилена впрессованными стальными нитями и покрыта просвечивающим слоем алюминия для того, чтобы уменьшить излишнюю внешнюю инсоляцию, а также внутреннее теплоизлучение (рис. 6.23).
Пневматически напряженные купола

Можно ожидать, что пневматические конструкции в будущем все больше и больше будут применяться для спортивных сооружений, в особенности для плавательных бассейнов. С их помощью может удлиняться купальный сезон, например, на морском побережье (рис. 6.24) можно предположить их применение и в стационарных теплых зданиях. Особенно экономично свободно плавающие купола (рис. 6.25), заключающие в себе большой объем воды. Если для отделения внутреннего водного объема от окружающей воды применить двойную изолирующую пленку, напрягаемую воздушным давлением, то можно в течение длительного времени под качкой поддерживать высокую температуру воды на поверхности бассейна.
Пневматически напряженные купола

Вода из более глубоких холодных слоев откачивается из пневматической оболочки и замещается водой из верхних слоев. Возможны постоянная смена и подогрев воды с помощью теплообменников. В летнее время солнечное излучение через прозрачную пленку нагревает воздух и воду внутри оболочки, зимой же необходимо дополнительное отопление. Мембрана крепится к плавающему надувному кольцу или, как это предусмотрено в проекте большого бассейна на озере (рис. 6.26—6,27), к плавающему стальному кольцу, работающему на сжатие. Для таких сооружений наиболее пригодны глубокие озера с прозрачной водой вблизи от больших городов в умеренном климате. Стоимость такого рода сооружений составляет только часть стоимости обычного крытого плавательного бассейна. И хотя они не создают такого комфорта, как стационарные сооружения, они обеспечивают непосредственный контакт с природой (рис. 6.28).
На рис. 6.29 показана зависимость объемного веса воздуха от температуры, причем здесь воздух: А — на уровне моря, В — на высоте 1000 м, С — на высоте 2000 м, D и E — гелий и водород на уровне моря.
Пневматически напряженные купола

Купола, поддерживаемые теплым воздухом или газом. Если купол заполнен теплым воздухом, то за счет разницы температур наружного и внутреннего воздуха возникает подъемная сила (рис. 6.30). Воздушное давление на уровне входных дверей равно нулю; в вершине купола оно является наибольшим. В соответствии с расчетом оболочка купола испытывает тем большие напряжения в вершине купола, чем сильнее искривлен он в вершине (рис. 6.31). В некоторых случаях, как, например, при перекрытии стадиона (рис. 6.32), непосредственная связь с наружным воздухом располагается так низко, что уже на краю мембраны возникает отчетливо ощутимое внутреннее давление. Такие купола, не нуждающиеся в искусственно создаваемом внутреннем давлении, могут, естественно, на случай особых нагрузок снабжаться дополнительно компрессором. Похожую картину мы имеем в случае заполненного теплым воздухом воздушного шара, располагающегося вершине стержня (рис. 6.33 и 6.34).
Пневматически напряженные купола

Если купол имеет двойную оболочку (рис. 6.35) и промежуточная полость его заполнена теплым воздухом или легким газом (например, гелием), то в вершине купола образуется вздутие в форме подушки, если только этому не препятствуют путем специального раскроя внутренней оболочки или применением внутренних связей между наружной и внутренней оболочками (рис. 6.36). На рис. 6.37 показана двойная оболочка, образованная камерами, заполненными легким газом; на рис. 6.38 оболочка купола поддерживается баллонами с легким газом.
Как видно из таблицы (рис. 6.29), уже небольшой разницы температур достаточно для поддержания формы оболочки. Опытным путем установлено, что мембраны из обычной ткани с собственным весом около 500 г/м2 при высоте оболочки до 10 м стабилизируются уже при разнице температур 10°.
В проекте покрытия торгового центра, выполненном Р. Вольфом под руководством Ф. Мильса в Иллинойском университете, предполагалось использовать гелий для поддержания покрытия в виде двухслойной мембраны.
Пневматически напряженные купола

Части сферы и составные формы. Сферические купола можно устанавливать не только на плоской поверхности. Пневматически напряженные мембраны сферической формы могут иметь опирания самой различной формы. В проекте архитектурного комплекса для научных учреждений (рис. 6.39) сферический купол укрывает вершину горы; мембрана прихотливым образом опирается на ее склоны.
Маленький плоский купол (рис. 6.40) развивается и увеличивается путем прибавления кольцевых полос. Так как радиус сферы во всех случаях одинаков, все три купола при одинаковом давлении имеют равные мембранные напряжения и кольцевые усилия на опорном контуре, несмотря на различные размеры.
Четыре купола (рис. 6.50) составлены в один ряд и связаны отверстиями. Так образуется удлиненный связанный внутренний объем.
Купол, состоящий из пяти частей (рис. 6.41), обладает большой приспособленностью к условиям опирания. Большая средняя часть имеет квадратный контур (рис. 6.42). Она ограничена четырьмя одинаковыми сечениями.
Купола такого раскроя могут составляться по определенной схеме в композицию любой протяженности. Если стыкуются непосредственно четыре купола, то возникает необходимость во внутреннем водоотводе.
Пневматически напряженные купола

Купола с шестиугольным опорным контуром (рис. 6.43 и 6.44) могут быть приспособлены к шестиугольной решетке (рис. 6.52). В этом случае непосредственно стыкуется три купола. Часть сферы соответствующим раскроем (рис. 6.45) может быть приспособлена как к квадратной, так и к шестиугольной решеткам, причем присоединение может происходить на разной высоте.
В месте стыкования двух куполов усилия могут восприниматься стягивающим канатом (рис 6.46). При соединении внахлестку само внутреннее давление с помощью полосы материала уплотняет шов (рис. 6.47). В местах перехвата кровли могут прикрепляться плоские мембраны в виде стен (рис. 6.48). которые позволяют разделить внутреннее пространство на части.
Если соединяются части сферических и цилиндрических поверхностей (рис. 6.51), то получаются здания на «открытой» решетке с внутренними дворами.
В проекте выставочного сооружения универсального назначения части сферы различной формы использованы в конструкции отдельного купола, сдвоенного купола и в большой композиции, состоящей из 13 сферических элементов.
Разнообразные здания, составленные из одинаковых элементов, соприкасаются по плоскостям. Могут быть использованы 30-метровая квадратная решетка и 16 одинаковых купольных элементов, 28 одинаковых боковых частей и 18 стягивающих тросов. На рис. 6.49 показан план такой конструкции (фотография с модели).
Принципиально так же, только с использованием 60-метровой шестиугольной решетки, спроектирован плавучий город в Северном Ледовитом океане (рис. 6.52—6.54). Основанием для легких одно- и трехэтажатных зданий служит обшитый деревянными досками слой жесткого полистирольного пенопласта. Город может свободно увеличиваться в размерах.
Пневматически напряженные купола
Похожие новости