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
При перекрытии больших площадей очень часто возникает необходимость в конструкциях относительно небольшой высоты. Пологие пневматически напряженные оболочки вследствие больших радиусов кривизны испытывают обычно большие мембранные напряжения. Если есть возможность прикрепить мембрану к основанию не только по краю, но и в нескольких местах во внутренней области, то пролеты и радиусы кривизны могут быть соответственно уменьшены (рис. 15.1). Мембранные усилия становятся значительно меньше. G помощью такого приема могут быть созданы особенно экономичные конструкции. Во всех пневматических конструкциях покрытий, во внутренних областях которых имеются точки или замкнутые контуры, связывающие мембрану с основанием, необходимо делать внутренний водоотвод, если только собственный уклон покрытия наружу не больше уклонов, создаваемых кратерообразными углублениями в поверхности покрытия. В этом случае конструкции с внутренними стенами могут существовать и без внутреннего водоотвода. На рис. 15.2 показан опыт на продавливание резиновой мембраны квадратного очертания. В непосредственной близости от углубления образуется седлообразная искривленная поверхность вращения, с которой мы уже встречались в случае кольцевой трубы. Аналогичная форма возникает в случае прогибаний мембраны на треугольном контуре (рис. 15.3). В опыте с мембраной на звездообразном плане (рис. 15.4) нагрузка прилагается к мембране по малой площади. Это приводит к резкому вздутию мембраны вблизи точки приложения силы.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом

Чем по меньшей площади прикрепляется внутренняя связь, тем большие напряжения в общем случае могут возникать в зоне связи. Если мембрана крепится к основанию в нескольких местах, то образуются замкнутые со всех сторон внутренние дворы, как это показано на плане с регулярным расположением связей (рис. 15.5) или в проекте покрытия торгового ряда между двумя рядами зданий (рис. 15.13 и 15.14).
В этом проекте мембрана крепится к основанию в десяти пунктах, где предусмотрен водоотвод. По бокам пневматически напряженная оболочка прикрепляется к зданиям. Здания запроектированы прозрачными с располагающимися внутри них зимними садами. Для перекрытия улиц, в особенности пешеходных дорожек, пневматически напряженные оболочки применимы наилучшим образом. Возможно огромное количество различнейших форм мембран с внутренним водоотводом, например мембрана с колесообразным планом, предназначенная для производственного предприятия (рис. 15.10) или амебообразное в плане здание (рис. 15.6 и 15.12). Такие формы могут оказаться, например, необходимыми для сооружения выставочных павильонов между деревьями или зданиями. Конструкции такого типа в любом случае позволяют создать отвечающую конкретным условиям форму оболочки. Так, на рис. 15.7 показан план купола цирка с отнесенными далеко входами и внутренними гардеробами и магазинами. На рис. 15.8 показан большой многоугольный зал с низкими помещениями, расположенными по краям, и большой внутренней ареной. Покрытие тротуара между магазинами (рис. 15.9) и организация внутреннего двора с помощью мембраны с внутренним водоотводом (рис. 15.11) иллюстрируют возможности такого конструктивного принципа.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом

Растянуто напряженные пневматические конструкции, связанные во внутренних точках с основанием, представляют собой как бы зеркальное отражение сжато напряженной оболочки, опирающейся на колонны, но с тем весьма существенным отличием, что эти колонны испытывают не сжимающие, а растягивающие усилия. Усилия растяжения могут восприниматься или тросами, или жесткими трубами. В растянутых элементах связей не может возникнуть явления потери устойчивости. Поэтому такие растянутые связи могут проектироваться как угодно длинными. На рис. 15.15 показан на модели проект пневматически напряженной оболочки, имеющей внутренний водоотвод в системе точек, расположенных по шестиугольной решетке. С помощью резиновой мембраны модель была отлита из гипса.
Мембранная форма, возникающая в этом случае, подчеркивается с помощью проектирования на модель параллельных вертикальных теневых плоскостей (рис. 15.15) и фотографируется с различных точек зрения при вертикальной съемочной плоскости аппарата, благодаря чему поперечные сечения на снимках не искажаются.
Форма резких углублений в 16 внутренних точках, а также мягкие закругления мембраны в окружающих областях могут быть хорошо изучены. В сооружениях с шестиугольным расположением внутренних связей все горизонтали искривлены. В непосредственной близости от самых низких точек, а также на вершинах куполообразных частей горизонтали образуют круг.
Конструктивно наиболее просто осуществимо покрытие на квадратной решетке, например мембрана, разрез которой показан на рис. 15.16, с жестким краевым закреплением и внутренним водоотводом. При этом краевой контур мембраны может быть строго прямолинейным (рис. 15.17 и 15.18) или иметь произвольную форму в рамках ортогональной решетки (рис. 15.17).
Показанный на рис. 15.19—15.22 проект представляет собой прямоугольную мембрану, связываемую с основанием в 12 местах. Наивысшие участки покрытия имеют приблизительно одинаковую высоту.
Такая форма может быть использована при изготовлении жесткой оболочки путем отверждения мембранной конструкции. На рис. 15.19 дана ее фотография сверху; разрезы гипсовой модели показаны на рис. 15.20—15.22 (в левой части рис. 15.20 сечение проведено через наивысшую точку), на рис. 15.21 сечение проходит посредине между наивысшими точками и на рис. 15.22 — через две низшие точки. Фотографии дают ясное представление о форме мембраны.
Форма краевого контура внутреннего водоотвода и характер закрепления часто оказывают значительное влияние на всю структуру сооружения и на его стоимость.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом

На рис. 15.23 показано сечение теплицы из светопрозрачной пленки, имеющей внутренний водоотвод непосредственно в песчаный грунт, причем под слоем перегноя прокладывается мембрана, связанная с мембраной покрытия по линиям внутренних водоотводов и по краю. Таким образом, слой перегноя используется как балласт для закрепления оболочки.
Нижняя мембрана позволяет вести одновременно контроль за влажностью грунта.
В зданиях теплиц, оранжерей и выставок часто есть нужда в дифференцировании поверхностей кровли и стен для того, чтобы иметь возможность применить различные материалы с отличающейся прозрачностью или цветом или устанавливать входы, окна и вентиляционные установки. На рис. 15.24 показана конструкция покрытия с наружными рамами, которые крепятся к земле тросами. Как мембрана стен, так и мембрана покрытия имеют криволинейную куполообразную форму. Покрытие проектировалось в данном случае из прозрачной пленки. В мест присоединения внутренней связи к покрытию крепится жесткое кольцо, соединяющее воронку покрытия и водоотводящую трубу и передающе усилие с покрытия на анкер, закрепленный грунте. Система внутреннего водоотвода в дан ном случае не зависит от внутреннего избыточного давления в сооружении. Очистка водоотводных труб производится без труда через люки располагающиеся в воронках.
В небольших сооружениях с малыми пролетами наружные рамы, в особенности, если они имеют малую высоту, выполняются из сопряженных с оболочкой стальных или более экономичных деревянных конструкций (рис. 15.2. и 15.26), к которым прикрепляются мембраны покрытия и стен. В садоводстве излюбленным] являются так называемые «землянки», которые только слегка приподнимаются над поверхностью земли и используемая площадь которых опущена относительно уровня земли (рис. 15.27) Пленка покрытия в такой конструкции прибивается к краевому деревянному брусу, а во внутренней части покрытия крепится к стальному трубчатому кольцу, которое в свою очередь закрывается особой мембраной. Стальное кольцо соединяется с анкером несколькими тросами. Опорное усилие передается на мембрану покрытия с помощью кольца на большой длине, благодаря чему обеспечиваемся малая величина мембранных напряжений.
He всегда есть нужда в жестком закреплении оболочки: мембрана может крепиться по краю оболочки прямо к фундаменту, работающему на растяжение, а на внутренних участках сам: образует воронки внутреннего водоотвода (рис. 15.28). В этом случае мембрана сильно искривлена. Введением растяжек (рис. 15.29) закрепляемых на особых анкерах, напряжение в собственно покрытии могут поддерживаться более высокими, чем в мембране стен. Образуется плоская форма покрытия.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом

На рис. 15.30—15.41 показаны различные возможные решения внутреннего водоотвода и прикрепления к основанию. В обычном случае дождевая вода удаляется по трубе, не сообщаясь с внутренним объемом. Конструкция, схематически показанная на рис. 15.31, которая может быть использована для транспортабельных оболочек и теплиц, имеет внутреннюю систему водоотвода, сообщающуюся с внутренним объемом. Мембрана покрытия крепится к стальному кольцу, связанному тросами с водяным резервуаром. Труба внутреннего водоотвода опускается ниже уровня воды в резервуаре. Если резервуар оборудован стоком, то образуется обычный U-образный водяной затвор в отношении внутреннего давления.
Аналогична этой конструкция, показанная на рис. 15.32 и 15.34, в которой стальное кольцо затянуто специальной мембраной с резиновой стяжкой, в нормальном положении герметично закрытой (рис. 15.32); во время дождя под тяжестью воды она может открываться и пропускать воду в резервуар (рис. 15.33) или во внутренний водоотвод. Внутренняя мембрана представляет собой цилиндрическую оболочку (рис. 15.34), она может полностью открываться, а в закрытом состоянии собираться складками. Такая конструкция может воспринимать значительные снеговые нагрузки без опасности перенапряжения. Особенно простая конструкция такого типа со специальной клапанной мембраной показана на рис. 15.35. Дождевая вода стекает по тросу в заполненный гравием дренаж. Трос крепится к мембране, натянутой на жесткое кольцо и заглубленной в землю. Еще один пример закрепления троса — способ, показанный на рис. 15.36. Расплетенный на конце трос заанкеривается непосредственно в заполненной водой бетонной ванне.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом

На рис. 15.37 и 15.38 показано крепление троса к заполненным гравием металлическим воронкам, собирающим и отводящим дождевую воду. Простое закрепление троса достигается с помощью анкерования его в стальной тканой сетке (рис. 15.39 и 15.40), защищенной от коррозии. Сетки закапываются в землю и загружаются гравийным балластом. Для передвижных выставочных залов, которые должны устанавливаться в самых различных местах, в 1958 г. был разработан способ крепления, наиболее пригодный именно для выставок. Водоотводящие трубы имеют прямую связь с несущими анкерами, однако водоотвод из них осуществляется в двойную мембрану, лежащую на полу (рис 15.41), состоящую из плотной пластмассовой пленки, сваренной по краям. Поверх мембраны настилается разборное рулонное покрытие. Пропускная способность водоотвода такого типа весьма велика. Даже при самых сильных дождях не наблюдается выпучивания верхнего настила.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом

Как видно из поперечного разреза покрытия с внутренними водоотводами, расположенными на равных расстояниях (рис. 15.43), такая конструкция может как угодно развиваться по ширине и длине, сохраняя при этом постоянную высоту. Сооружение такого типа целесообразно использовать для покрытия больших площадей, они могут применяться независимо от формы и рельефа перекрываемого участка. Растянутые связи без затруднения закрепляются в любых грунтах, даже под водой. Пролеты между точками водоотвода определяют усилия, возникающие в мембране. В покрытиях из пленки для теплиц предпочтительны пролеты от 7 до 15 м, при применении тяжелых тканей — от 15 до 40 м, и при усилении конструкции тросовой сеткой — свыше 60 м. Экономичны пролеты от 100 до 500 м, а технически возможны пролеты в несколько километров.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом

Была предпринята попытка создать экономичную конструкцию такого типа из сборных одинаковых элементов. Первоначально для края покрытия понадобились специальные элементы, однако позднее они также были унифицированы. В системе, показанной на рис. 15.44, отсутствуют специальные краевые элементы. Мембрана крепится непосредственно к основанию. В дальнейшем были проведены опыты над моделью теплины большой площади, форма которой характеризуется поперечным сечением на рис. 15.44. Большое прямоугольное покрытие разбивается на квадраты и имеет 28 точек внутреннего водоотвода (рис. 15.42). Едва ли какая-нибудь другая конструктивная форма позволяет создать внутренний объем такой легкости и прозрачности (рис. 15.45). Водоотводящие элементы в этом проекте выполняются в виде тонких высокоэластичных резиновых шлангов, которые под давлением дождевой воды могут расширяться.
В дальнейших опытах на модели была получена относительно точная форма этой пневматически напряженной оболочки и ее участков.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом

На рис. 15.49 форма поперечных сечений подчеркнута с помощью линий. Поскольку перемещение первоначально плоской расстеленной на основании пленки происходило почти строго в вертикальной плоскости, угол наклона мембраны является критерием для определения действующих в мембране напряжений. Горизонтали во внутренней области модели (рис. 15.48) были получены путем нащупывания точек с равными высотами и проектирования их на отшлифованную мраморную плиту.
На рис. 15.46 слева показаны горизонтали, получающиеся при сечении мембраны с внутренними связями горизонтальными плоскостями с равным шагом по высоте. Горизонтали в непосредственной близости от наинизших точек, а также вблизи вершин представляют собой окружности. Особенный интерес представляет измерение перемещений, возникающих при приложении сосредоточенной нагрузки. Модель при постоянном давлении нагружалась грузом 150 г, приложенным к шайбе площадью 100 мм2. Внутреннее давление составляло 100 мм вод. ст. Расстояние между центрами воронок в покрытии равнялось 80 мм. Глубина образующихся воронок в точках изменения задана в мм на средней части рис. 15.48. Линии одинаковой глубины приближенно соответствуют горизонталям.
На рис. 15.50 показано измерение глубины воронки, образующейся под нагрузкой 150 г, приложенной к шайбе диаметром 100 мм. Измерение производилось с помощью фотографирования отдельных фаз загружения путем двойной экспозиции в нагруженном и ненагруженном состоянии. Из каждых двух двойных линий, образующихся при двойной экспозиции, верхняя соответствует незагруженному, а нижняя — загруженному состоянию. Во всех точках поверхности при постоянном внутреннем давлении наблюдалось перемещение мембраны только внутрь и нигде наружу. Для более четкого выявления перемещений линии решетки вправо от точки приложения нагрузки усиливались, и площадь, образуемая перемещением линии при загружении мембраны, заштриховывалась.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом

Внешние формы пневматически напряженных оболочек с внутренними водоотводами могут широко варьироваться. На рис. 15.51 показано, как мембрана в левой части сооружения образует внутренний двор, в то время как в правой части она приподнимается и связывается с основанием только одним тросом. На рис. 15.52 показано сечение через пневматическое сооружение с центральным куполом, в котором вокруг купола образуется замкнутый проход. На сечении несимметричной пространственной конструкции (рис. 15.53) иллюстрируется возможность создания своеобразного интерьера с помощью различных расстояний между точками водоотвода. На поперечном сечении мембранной композиции, развитой в высоту, особенно четко выражается пространственная кривизна сооружения (рис. 15.56). Линии внутреннего водоотвода располагаются не вертикально. На поперечном сечении, проходящем через край и середину большого зала собрания (рис. 15.58), внутренний водоотвод, расширяясь к основанию, образует внутренний двор, связанный с окружающим пространством, вход в который запроектирован изнутри сооружения через шлюзы.
На поперечном сечении выставочного зала (рис. 15.54) внутренние водоотводы располагаются не вертикально, а наклонно, следуя за направлением растягивающих тросов, и имеют выводы на краю оболочки.. Используется преимущество малых пролетов мембраны покрытия, но свободный пролет сооружения при этом не уменьшается. Подобная же конструкция покрытия показана на разрезе (рис. 15.57). В этой конструкции два водоотвода соединяются вместе, с помощью чего достигается увеличение свободного пролета.
Студентами Иэльского архитектурного института под руководством автора был разработан проект здания универсального назначения, предназначенное служить выставочным залом и залом конгрессов в Чикаго.
Основанием для сооружения служит мелководный участок озера Мичиган, расположенный в непосредственной близости от центра города. Над плоской нижней частью сооружения возвышается огромная шестиугольная пневматически напряженная мембрана с длиной стороны шестиугольника 300 м, связанная по краю с основанием в большом числе точек внутренними водоотводами. По периметру здания образуются небольшие объемы, в центре сооружения размещается зал пролетом свыше 200 м (рис. 15.55). Возникающая при таких условиях закрепления форма мембраны тщательно изучалась на модели. Поскольку огромный средний пролет обусловливает высокие мембранные напряжения, мембрана в средней части усиливалась вдвое и втрое, как это показано на рис. 15.59.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом

Боковой вид (рис. 15.60) дает представление о мягком, всхолмленном характере этого сооружения, располагающегося рядом с городом на озере. Центральный купол не является частью сферы, так как он волнообразно искривляется влиянием внутренних водоотводов по краю купола. Это обстоятельство благоприятно в отношении акустических свойств сооружения. Большой купол выполняется из ткани, усиленной двойной сеткой с дополнительным покрытием. Под верхней оболочкой на расстоянии 2 м расположена вторая, что позволяет осуществлять воздушное отопление или кондиционирование воздуха. В пространстве между оболочками располагаются также осветительные и акустические устройства.
Мембранные напряжения сильно возрастают в точках внутреннего водоотвода. В этих местах мембрана должна усиливаться, что целесообразно выполнять с помощью тросов. Так, например, если конструкция покрытия образована тросовой сеткой с квадратными ячейками (рис. 15.62), то без особенных затруднений может быть введена радиальная тросовая сетка, обеспечивающая разгрузку мембраны в зоне углублений.
Так как сетка с квадратными и шестиугольными равновеликими ячейками может пространственно искривляться, для таких покрытий можно применять сетку, серийно изготовляемую в заводских условиях, с заполнением, например, пленкой.
В проекте здания конвента оболочка покрытия состоит из тяжелой ткани с покрытием и мощной теплоизоляцией. На рис. 15.63 показано горизонтальное сечение покрытия, на рис. 15.61 — внутренний вид и на рис. 15.64 — боковой вид одного из углублений внутреннего водоотвода.
Участки покрытия в районе внутреннего водоотвода выполняются из светопрозрачной пленки, усиленной радиальной тросовой сеткой. Тросы радиальной тросовой сетки передают усилия на мембрану покрытия с помощью кольцевого троса.
Освещенность сооружения достигается благодаря светопрозрачному заполнению прозрачной пластмассовой пленкой участков внутреннего водоотвода. Как уже говорилось раньше, усиление оболочки покрытия с помощью тросовой сетки создает фасеточную мелкоячеистую структуру поверхности, что показано на поперечном сечении (рис. 15.65) покрытия большой площади (рис. 15.66).
Благодаря усилению тросовыми сетками становятся возможными огромные пролеты пневматических сооружений.
Пневматически напряженные мембраны с внутренним водоотводом
Похожие новости