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
Пневматически напряженные оболочки на треугольном контуре основания. Вздувание резиновых пленок или мыльных пузырей на треугольном контуре опирания приводит к образованию форм мембран, имеющих вблизи углов четко выраженные седловидные поверхности. Вертикальные сечения поверхностей определяют точки перелома, которые могут быть связаны одной линией, направленной от сторон к углам контура. Внутри седловидных областей мембрана в каждой точке по двум соответствующим направлениям не обладает кривизной.
На рис. 9.1 показана резиновая мембрана с нанесенной двойной сеткой, вздутая на равностороннем треугольном контуре опирания. На рис. 9.2 показано раздувание мембраны, опирающейся на прямоугольный треугольник с одним из углов 30°, в асимметричную форму. Наивысшая точка купола в этом случае находится еще приблизительно над центром тяжести треугольника. В случае весьма узких равнобедренных треугольников наивысшая точка отодвигается максимально от острого угла по направлению к короткой стороне. В опыте на резиновой мембране, план которой в горизонталях показан на рис. 9.4, было обнаружено, что наивысшая точка купола находится над точкой медианы, опущенной на короткую сторону, на расстоянии одной шестой медианы от короткой стороны. Это ясно видно из рис. 9.3. В опыте на мыльных пузырях, вздуваемых над острым равнобедренным треугольником (рис. 9.5), наблюдалось аналогичное эксцентрическое вздутие пленки, причем по мере последующего раздувания мыльного пузыря наивысшая точка перемещалась по направлению от короткой стороны к центру тяжести площади основания. Треугольные в плане пневматически напряженные оболочки могли бы найти применение, например, в качестве заполнения кровель и стен каркасных зданий. На практике применяются мембраны из малодеформируемых материалов, например из прорезиненных тканей. Если таким мембранам с помощью соответствующего раскроя придается форма мыльного пузыря или раздутой резиновой пленки, то при прочих равных условиях мы получим аналогичное напряженное состояние, однако эта аналогия нарушается, если мы попытаемся с помощью повышения давления добиться дальнейшего раздувания малодеформируемой оболочки. В этом случае вблизи углов треугольника нормально к биссектрисам могут образоваться складки, указывающие на падение напряжения в седловидной области. При этом все мембранные усилия передаются кратчайшим путем нормально к биссектрисе.
Купола на полигональном плане

Оболочка на квадратном основании. На квадратном контуре основания возникает весьма интересная форма купола. Вначале раздувания она кажется похожей на слегка выпуклый световой фонарь. В настоящее время эти формы широко используются в куполах верхнего света, изготавливаемых промышленностью из акриловых смол путем пневматического штампования в термопластичном состоянии из плоских листов.
Весьма часто аналогичная форма, похожая на парус, наблюдается, когда полотнище, закрепленное в рамке, вздувается ветром. На рис. 9.6 показано раздувание резиновой мембраны на прямоугольном плане с закругленными углами. Двойная сетка позволяет различать изменение кривизны как в направлении, параллельном сторонам, так и в диагональном направлении. Закругляя углы, можно частично или полностью избежать образование седловидных участков, если они нежелательны в случае использования определенных материалов. Кривизны поверхности мембраны во всех точках различны по всем направлениям, за исключением вершины купола, очертания которой приближаются к сфере. Около боковых сторон образуется поверхность, главная кривизна которой в непосредственной близости к контуру опирания существует только в одном направлении. В направлении, параллельном стороне основания, кривизна исчезает. Седловидные области на углах четко выражены.
Купола на полигональном плане

Изучение мыльного пузыря на квадратном контуре опирания выявляет соответствующую минимальную форму. На фотографиях показано вздувание мыльного пузыря на квадратном плане (рис. 9.9—9.12 — вид по нормали к стороне, рис. 9.13—9.16 — вид по диагонали). Все снимки выполнены телеобъективом, благодаря чему изображенные сечения могут рассматриваться как неискаженные.
Купола на полигональном плане

Хотя ни в одном из полученных снимков сечения мыльного пузыря не удалось выявить круга, тем не менее при весьма малых внутренних давлениях поверхность купола приближается в к форме сферы и при больших размерах мыльного пузыря теоретически может приблизиться к полной сфере.
Купола на полигональном плане

Диагональные сечения мыльного пузыря на квадратном плане (рис. 9.13—9.16) представляют собой типичные колоколообразные формы. Подобно мыльным пузырям, которые могут вздуваться на квадратном плане с острыми углами, в параллельном опыте резиновая мембрана раздувалась свежезатворенным пластичным гипсом (рис. 9.7—9.8). На затвердевшую гипсовую форму наносились линии, лежащие в вертикальной плоскости для того, чтобы четче выразить плоскости сечений. При выполнении этих снимков съемочная плоскость аппарата располагалась вертикально, т. е. параллельно плоскостям сечений. Каждая отдельная линия сечения является таким образом неискаженной, хотя, конечно, каждая из них изображается в масштабе, обусловливаемом перспективой.
Купола на полигональном плане

Горизонтали соответственно (рис. 9.18) изображаются с помощью световой решетки. Так как в этом случае может быть изображена только одна половина модели, вторая половина представляется как зеркальное отражение первой. Положение горизонталей при использовании этого метода может быть установлено весьма точно с помощью стереокомпаратора, что, однако, весьма трудоемко. Другой способ заключается в отмывке исследуемой формы или фотоотпечатка (рис. 9.17) в различные тона в зависимости от высоты. Различные фазы проектируются на одну и ту же фотографию различное количество раз.
Пневматически напряженный купол на квадратном плане представляет особенный интерес, поскольку его горизонтали образуют гармоничный переход от квадрата к кругу.
Купола на полигональном плане

Для точного исследования форм поперечного сечения пригоден способ, который уже использовался ранее и обладает определенной универсальностью. На исследуемую модель в темноте проектируется вертикальная световая плоскость (рис. 9.21), образующая тонкую линию разреза. Модель может произвольно передвигаться в этой световой плоскости или вращаться относительно средней точки, причем каждая отдельная фаза фиксируется в момент включения света. На рис. 9.19 показано вращение поверхности относительно средней точки с шагом поворота 15°, с освещением каждой фазы поворота. Внутренняя линия представляет собой сечение, параллельное боковой стороне, внешняя линия — диагональное сечение. Так как в этом случае съемочная плоскость аппарата располагалась вертикально, сечения не искажены и представлены в одном и том же масштабе, как и в диагональном сечении модели внизу рисунка.
Резиновая мембрана на квадратном плане размером 20x20 см исследовалась на продавливание грузом весом 100 г, прикладываемым в разных точках поверхности через распределительную шайбу площадью 100 мм2 (рис. 9.20). При этом было установлено, что измеряемые прогибы по всей поверхности мембраны одинаковы, так что невозможно выделить на мембране «мягкие» и «жесткие» участки. Параллельный опыт на прорезиненной ткани показал, что влияние ткани весьма велико, но трудно оценивается, так как натяжение ее обусловливает значительную трудноустранимую неточность измерения.
Купола на полигональном плане

He обязательно, чтобы квадрат контура, над которым надувается мембрана, располагался горизонтально или в одной плоскости. Он может быть как угодно наклонным и даже вертикальным или неплоским. Купол может надуваться над четырехугольником, не лежащим в одной плоскости. В случае квадратной рамы с повышающимися в середине опорными линиями пневматически напряженная мембрана больше приближается к сферической форме. В этом случае можно избежать возникновения седловидных участков.
Разумеется, что мембраны на треугольном, квадратном, прямоугольном или шестиугольном плане могут как угодно комбинироваться между собой. При этом становятся возможными многие другие комбинированные формы, которые опираются на ту же основную систему, но варьируются по очертанию контура. Таким образом, и мембрана на квадратном плане с помощью усиления тросовой сеткой может использоваться для создания разнообразных форм куполов, легко приспособляемых к специфическим функциям данного сооружения.
Если мембрана на квадратном плане усиливается с помощью тросовой сетки, то возникает форма, близкая к минимальной поверхности. Разрывая сетку в некоторых местах, можно получить раздуванием мембраны небольшие выпуклые купола.
Купола на полигональном плане

Приведем еще один пример мембраны на квадратном плане — проект оболочки склада. В оболочку могут входить грузовые автомашины и суда. Для обслуживания перевалочной базы предусматриваются две транспортные магистрали, ограничивающие строительный блок размером 750 x 750 м. Открытая гавань служит для быстрой перевалки грузов с кораблей на грузовой автотранспорт. Собственно склад, представляющий собой пневматически напряженную оболочку на квадратном плане, окруженную каналом, имеет внутреннюю гавань и может непосредственно посещаться судами, которые проходят внутрь склада через шлюз. Склад соединяется с открытой внешней гаванью и перевалочной площадкой четырьмя крытыми галереями, в которых размещены скоростные транспортные средства. Товары укладываются штабелями или размещаются на высоких стеллажах со сквозными проходами. На снимке модели (рис. 9.22) показан план сооружения; вид сверху (рис. 9.23), а также вид со стороны гавани (рис. 9.24) поясняют проект.
Купола на полигональном плане

Другим примером служит проект промышленного предприятия по производству сельскохозяйственных машин. Завод задуман в виде большого квадратного сооружения, где двухэтажное здание мастерских и управления образует большой внутренний сборочный двор, перекрытый пневматически напряженной светопрозрачной оболочкой. Предусматриваемое алюминирование материала обеспечивает удовлетворительную светопрозрачность. Чтобы понизить строительную высоту покрытия, главным образом из теплотехнических соображений, использованы два пересекающихся напряженных троса, которые пропускаются через оконтуривающее здание и заанкериваются глубоко в грунте. Мембрана, заполняющая четыре участка между тросами, испытывает сравнительно небольшие напряжения. Она прикрепляется к внутреннему краю массивной кровли ограничивающего здания, которое работает как гравитационный анкер. Рассматриваемая форма мембраны подробно изучалась на модели из резиновой пленки.
На рис. 9.25 показан боковой вид модели, на рис. 9.26 — вид спереди, на рис. 9.27 — план модели, на рис. 9.28 — вид сверху.
Купола на полигональном плане

Оба проекта показывают, что пневматически напряженные мембраны могут быть использованы в тех случаях, когда в соответствии с городскими условиями или вследствие использования балочно-стоечных или плитных конструкций возникает необходимость в прямоугольной форме контурных сооружений.
Купола на полигональном плане

Оболочка на прямоугольном основании. Пневматически напряженная мембрана на вытянутом прямоугольном плане отличается от оболочки,, опирающейся на квадрат. При раздувании мыльного пузыря видно, как первоначально цилиндрическая форма поверхности (боковой вид с широкой стороны — рис. 9.29, а также вид с узкой стороны — рис. 9.31 и вид сверху — рис. 9.30) постепенно приближается в середине к сферической форме, центр кривизны которой поднимается над контуром опирания, что иллюстрируется снимком (рис. 9.31). Мыльный пузырь только вблизи линии опирания сохраняет заданную прямоугольную форму.
Купола на полигональном плане

Изучение формы на рис. 9.31 показывает, что сечение мыльного пузыря ни в одной плоскости не является круговым и в нижней части имеет значительно больший радиус кривизны, чем в остальной области. Удлинение опорного контура снижает высоту сферической части и делает ее более плоской.
В параллельном опыте с резиновой мембраной вначале была получена приблизительно цилиндрическая форма (рис. 9.32), которая только на концах имела уклоны к опорному контуру, а вдоль по длине имела равную высоту. Мембрана перед раздуванием в плоском состоянии была слегка натянута. В этом положении на нее была нанесена сетка, позволяющая проследить изменение кривизны.
Если мы попытаемся раздувать такую мембрану далее, то, несмотря на исходную форму, представляющую в средней части полуцилиндр, можно встретиться с особым явлением: по мере увеличения давления резиновая мембрана может спонтанно выпучиваться. Это видно на снимке (рис. 9.33). Относительно плотная резиновая мембрана на очень вытянутом прямоугольном плане заполнялась под большим давлением гипсом, так что собственный вес пластичного гипса оказывал незначительное влияние на форму мембраны. Все мембраны, форма которых фиксировалась с помощью гипса, при проведении опыта перевертывались для того, чтобы удалить воздушные пузыри, образующиеся в полости мембраны.
Купола на полигональном плане

В рассматриваемом опыте сначала наблюдалась описанная цилиндрическая форма, которая затем скачком перешла в сферическую, причем высота остальных частей мембраны была значительно меньше, чем в средней сферической части. При выпучивании сферической части в связи с резким увеличением объема наблюдалось падение, внутреннего давления. На этой стадии опыт прерывался и гипс отверждался. Новое повышение давления до максимума, зафиксированного незадолго до выпучивания сферы, невозможно, так как оно могло бы разорвать сферу. Наблюдаемое явление нельзя считать неожиданным, оно может быть легко объяснено: лучше всего сопротивляется нагрузкам мембрана в форме полусферы и полуцилиндра. Если же мембрана раздувается дальше и центр кривизны поднимается над опорной плоскостью, то радиусы кривизны становятся больше соответствующего диаметра полуцилиндра. При одном и том же давлении в этом случае мембранные напряжения и удлинения больше, чем в предыдущем случае.
В проекте теплицы (рис. 9.34 и 9.35) для опытного хозяйства тонкая двойная пленка толщиной 0,5 мм пневматически напрягается на прямоугольных контурах, сопряженных друг с другом. Если даже учитывать при этом, что наружная пленка перед каждой зимой ежегодно обновляется, чтобы уменьшить затраты на мытье светопрозрачных поверхностей, такое решение для теплиц данного типа является экономичным. При очень тонких пленках или при очень больших пролетах внешняя оболочка усиливается с помощью сетки. Вторая оболочка используется главным образом в целях теплоизоляции. Отмечено, что такая двойная оболочка обладает также повышенным сопротивлением ветровым нагрузкам.
Купола на полигональном плане

Мембраны с тросовым усилением на прямоугольном плане. Изучение мембран, усиленных тросами, опирающихся на прямоугольный план, обнаруживает большое богатство разнообразных конструктивных форм, из которых здесь могут быть рассмотрены только некоторые.
Наиболее простым решением является поперечное расположение тросов, как это показано на фотографии модели (рис. 9.36).
Между тросами могут образовываться выпуклые мембранные поверхности двоякой кривизны, которые при достаточной степени развития не имеют седловидных участков.
В том случае, когда тросы разбивают фигуру опорного контура на треугольники (рис. 9.37), возникает группа взаимосвязанных треугольных куполов, выпучивающихся в большей или меньшей степени в зависимости от внутреннего давления и раскроя. Когда тросы в плане образуют прямоугольную решетку (рис. 9.38), форма пневматически напряженной оболочки может широко варьироваться с помощью удлинения или укорочения соответствующих групп тросов. На рис. 9.39 показано, как тросы образуют в средней части оболочки ромб, на котором возвышается центральный купол.
Как показано на поперечном разрезе (рис. 9.40), в проекте капитального сооружения пневматически напряженное покрытие между параллельными слегка наклоненными наружу стенами напрягается восемью перекрещивающимися тросами, между которыми образуются три возвышающихся купола. Внутри здания на различных уровнях располагаются эстрада и галерея (рис. 9.42). Возникает своеобразный интерьер, который объединяется в одно целое доминирующей формой покрытия.
Здание, закрытое со всех сторон, свободно располагается на площадке (рис. 9.41), причем вход в здание устроен только в одном месте. Покрытие — белого цвета, а стены — кирпичнокрасные (рис. 9.43).
Модель этого здания была также изготовлена из резиновой пленки, вздутой между тросами, и впоследствии была отлита из гипса.
Купола на полигональном плане

Различные формы мембран, усиленных тросами или тросовыми сетками, на прямоугольном плане с закругленными краями. Как уже упоминалось, комбинация мембран с тросами и тросовыми сетками позволяет создавать разнообразнейшие формы покрытий над любым планом.
На рис. 9.44 показано, как группа из пяти параллельных тросов различной длины, не давая мембране полностью выпучиться, образует плавную горловину с помощью тросов соответствующей длины. Параллельные тросы могут связываться между собой поперечными тросами, так что горловина образуется с помощью тросовой сетки, которая по всей длине должна крепиться к контуру основания.
Диагональная сетка, закрепленная между двумя более мощными краевыми тросами (рис. 9.45), хотя и уменьшает выпучивание мембраны между тросами, тем не менее не позволяет получить мягкого закругления.
На практике наибольшее значение имеет комбинация из мембраны, тросовой сетки и отдельных несущих тросов, определяющих форму оболочки. На рис. 9.46 показан эффект использования отдельного поперечного троса совместно с тросовой сеткой, а на рис. 9.47 показана форма оболочки только с одной тросовой сеткой. Однако последняя может иметь не только эту единственную форму, приближающуюся к минимальной поверхности. При использовании различной степени натяжения тросов по контуру опирания может быть достигнуто большое разнообразие форм (см. например рис. 9.48—9.49). Формы мембран, усиленных тросовой сеткой, так же как и формы мембран в комбинации с тросами (рис. 9.50), должны отвечать закону формообразования.
Купола на полигональном плане

При проведении опытов использовалась сетка с одинаковой величиной ячеек, допускавшая получение разнообразных форм благодаря изменению углов при относительно гармоничном распределении напряжений.
Далее было предпринято изучение форм мембран, когда в тросовой сетке, укрывающей мембрану, вырезалось квадратное отверстие. Как видно на рис. 9.51, контур выреза деформировался таким образом, что приобретал почти круговую форму. Мембрана выдувалась в этом случае в обособленный маленький купол.
Если восьмиугольное отверстие в сетке усиливалось тросом (рис. 9.52), то трос приобретал форму круга, а поднимающийся над ним купол — форму сферы.
Далее была изучена возможность присоединения к тросовой сетке с одинаковыми квадратными ячейками, в которой вырезано восьмиугольное, усиленное по краю отверстие, второй сетки с радиальным расположением тросов. Такая комбинация тросовых сеток может быть осуществлена без затруднения. При этом обнаруживаются большие возможности создания разнообразных форм, которые иллюстрируются здесь только отчасти. В опыте с восемью радиальными тросами и одним центральным кольцевым тросом (рис. 9.53) при сильном натяжении тросов может быть получен плоский добавочный купол, высота которого легко регулируется путем изменения длины тросов. Возможны также несимметричные формы.
В дальнейших опытах (рис. 9.54) был введен второй кольцевой трос для того, чтобы получить форму добавочного купола, приближающегося к конусу. Благодаря тому, что усилия в тросовой сетке частично воспринимаются кольцевым тросом, напряжения в добавочном куполе остаются относительно небольшими.
Применение небольших обособленных куполов наиболее эффективно при использовании их в качестве куполов верхнего света в большепролетных конструкциях из непрозрачного материала.
Купола на полигональном плане
Похожие новости