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
Под подушкообразными конструкциями здесь понимаются пневматически напряженные замкнутые оболочки, имеющие относительно плоскую форму. Если надуть оболочку, состоящую из двух квадратных мембран, соединенных между собой по краю, то образуется форма, приблизительно соответствующая некоторой поверхности вращения, к которой примыкают четыре конуса (рис. 17.1). В начале надувания по краю подушки возникают складки, которые затем исчезают благодаря растяжению резиновой пленки. Деформации пленки делаются видимыми с помощью сетки, наносимой на мембрану в ненапряженном состоянии. Наиболее сильно мембрана растягивается в центре. Если применяется малорастяжимый материал, например баллонная шелковая материя (рис. 17.2), то обязательно возникают типичные для подушек краевые складки, избежать которых можно соответствующим раскроем. Несмотря на небольшую высоту, подушкообразная линзовидная форма может иметь относительно большой пролет, как, например, в том случае, когда две первоначально плоские резиновые мембраны треугольной формы, соединяясь боковыми круглыми канатами, образуют надувную оболочку (рис. 17.3).
Подушкообразные конструкции

Существует много возможностей уменьшить сферическое выпучивание двойных мембран. Например, путем приложения внешней сжимающей нагрузки может быть получена плоская форма (рис. 17.4). Таким образом, с помощью простых подушек из сваренных между собой пленок могут развиваться большие усилия, что бывает необходимо при проведении экспериментов (рис. 17.5), когда надувная подушка помещается между плоскостью основания и испытываемой плитой, опоры которой располагаются сверху. Для того чтобы обеспечить свободное перемещение при подъеме или амортизации, производимое с помощью высокопрочных плоских подушек, их укладывают вперемежку с жесткими плитами (рис. 17.6).
Подушкообразные конструкции

Особенно эффективно всестороннее растяжение подушек (рис. 17.7 и 17.8) или натяжение их на жестких рамах (рис. 17.9). Надуваемая линза вызывает в раме изгибающие усилия. Контурные рамы могут иметь разнообразную форму (рис. 17.10). Подушкообразные мембраны увеличивают жесткость конструкции в плоскости контурной рамы. При приложении внешних нагрузок (рис. 17.11) наибольшие деформации контура получаются в углах, так как в заштрихованных областях в мембране возникают наибольшие усилия. При шарнирном контуре (рис. 17.12—17.16) благодаря компактности формы контура изгибающие моменты в углах уменьшаются. В качестве примера линзообразной конструкции с жестким контуром может служить проект выставочного павильона, разработанный фирмой «Штромейер». Такой павильон можно смонтировать в короткое время.
Модулем в плане и по высоте (рис. 17.22 и 17.23) служит размер 2,5 м. Как видно на перспективах (рис. 17. 21 и 17. 24) и, в особенности, на рисунках узлов конструкции (рис. 17.17), павильон представляет собой каркас из стальных труб, к которым с помощью деревянных накладок привинчиваются двойные мембраны с проклеенным краем (рис. 17.18—17.20).
Пневматически напряженные линзы с успехом можно использовать для заполнения пространственных стержневых конструкций. Так, решетчатый купол может иметь заполнение из светопрозрачных надувных подушек. При заполнении стальной трубчатой конструкции подушки могут крепиться к каркасу таким образом, что мостиков холода не образуется (рис. 17.25 и 17.28). На рис. 17.27 показан купол из четырехугольных профилей, образующих треугольную решетку, а на рис. 17.26 — купол из деревянных брусков, образующих равносторонние четырехугольные ячейки. Перекрещивающиеся элементы сбалчиваются друг с другом (рис. 17.29). Линзы крепятся к решетке купола болтами с помощью деревянных брусков (рис. 17.30).
Подушкообразные конструкции

В стержневых или тросовых конструкциях с заполнением из надувных подушек может применяться дополнительно подвесной потолок (рис. 17.31), так что продуванием теплого воздуха через промежуточное пространство отапливается внутренний объем. Наружные линзы состоят из трех мембран для увеличения термического сопротивления. Внутренняя оболочка подвесного потолка связывается с каркасом тросами, она может напрягаться или с помощью тросов, или давлением подогретого воздуха. Заполнение тросовой сетки (рис. 17.34) показано на разрезах через середину троса и место скрепления тросов (рис. 17.32 и 17.33), причем обе мембраны соединяются с помощью сварной петли только в точке пересечения тросов. Внутреннее давление приводит к тому, что нижняя мембрана принимает форму мембраны с углублением, в то время как верхняя обжимается тросами. Между отдельными слоями в подушках покрытия существует воздушная связь.
Вместо многоугольных контурных рам пневматически напряженная двойная мебрана может закрепляться на кольце, как это показано на поперечном сечении (рис. 17.37). Термическое сопротивление, а также жесткость контура можно повысить введением дополнительной третьей плоской внутренней мембраны (рис. 17.38). Число мембран варьируется (рис. 17.39). В проекте парящего в состоянии невесомости рефлексирующего спутника внутри двойной натянутой на кольцо мембраны располагается сферическая оболочка, выполненная из многослойной ткани. Внешний вид показан на рис. 17.40, сечение — на рис. 17.41, а фотографии модели — на рис. 17.35.
Подушкообразные конструкции

Другой вариант сооружения имеет дополнительную защиту от излучения (рис. 17.42). Наружное кольцо такой конструкции может представлять собой пневматически напряженную кольцевую трубу (рис. 17.43), внутреннее давление в которой должно быть существенно выше, чем в полости линзы.
Как было установлено в опытах на модели (рис. 17.36), при раздувании особенно эластичных мембран наблюдается потеря устойчивости сжатого кольца, приводящая к тому, что контурное кольцо выходит из своей плоскости (рис. 17.44). Пунктирные линии на рисунке показывают первоначальное положение кольца и его диаметров. Эта податливость кольца сильно зависит от эластичности мембраны. Если, например, оболочка в форме части сферы изготовляется из тонколистового металла или из прорезиненной стеклоткани, то пневматическое напряжение линзы приводит к четко выраженному повышению жесткости кольца. На эскизах 17.51—17.53 показано последовательное раздувание резиновой линзы, натянутой на очень гибкое кольцо, причем сначала происходит деформация кольца, затем оно теряет устойчивость и, наконец, при дальнейшем надувании кольцо снова выпрямляется и, как и сама мембрана, испытывает растягивающие напряжения.
Подушкообразные конструкции

Так как ожесточающее действие у толстых линз больше, чем у плоских, то в случае выпуклых линз контурное кольцо может быть более гибким (рис. 17.54). В плоских линзах контурные элементы должны обладать значительной изгибной жесткостью (рис. 17.55). Если двойная мембрана крепится к арке, то возникает опасность потери устойчивости путем поворота арки или выщелкивания ее в цепную линию (рис. 17.56). Если двойная мембрана крепится к аркам (рис. 17.45 и 17.47), распор в них может восприниматься проходящими внутри мемраны тросами в виде затяжек или диагоналей. Арки на рис. 17.48 и 17.49 работают как жесткие балки. Двойные мембраны крепятся к нижнему поясу, выполненному из тросов. В системе, показанной на рис. 17.49, мембрана крепится к квадратному контуру из жестких элементов, изгибающий момент в которых уменьшается с помощью тросовой конструкции, в то время как в системе, показанной на рис. 17.50, контур воспринимает только сжимающие усилия, поскольку мембрана крепится к тросам, в свою очередь закрепляемым в углах контура.
С помощью двойных мембран, которые подвешиваются между жесткими рамами на тросах-подборах, может быть создано сворачиваемое покрытие. На рис. 17.58 показана двойная мембрана, правая часть которой свернута и может в помощью тросов разворачиваться по двум направляющим, опертым на стойки с растяжками. Для того чтобы исключить явление флаттера, мембрана надувается непосредственно в процессе разворачивания. В надутом состоянии покрытие показано на рис. 17.59.
На эскизе перекрытия площадки для катания на роликовых коньках (рис. 17.57) двойная мембрана в свернутом состоянии находится под специальной защитной кровлей в форме преднапряженной мембраны. Из этого состояния покрытие может разворачиваться в обе стороны.
Еще до того, как В. Бэрд занялся разработкой крупных пневматических сооружений, он использовал линзообразные конструкции для радарных антенн (рис. 17.60).
Самой большой на сегодняшний день пневматической линзой, используемой в строительных конструкциях, является покрытие летнего театра Бостонского художественного центра на 2000 мест, сооруженное в 1959 г. (рис. 17.61—17.62). Это сооружение было спроектировано архитекторами К. Кохом и Маргарет Росс, инженерные расчеты были выполнены П. Вейдлингером. Построил его В. Бэрд. Линзообразная мембрана имеет в середине толщину 7 м при диаметре 44 м. Мембрана по краю крепится к тросу и с его помощью подвешивается к опорному контуру в виде многоугольника, выполненному из стальных балок высотой 70 см, опирающихся на стойки (рис. 17.63). Две воздухонагнетающие установки, располагающиеся в здании сцены, поддерживают в линзе постоянное давление 25 мм вод. ст. Первоначально предполагалось надувное покрытие использовать позднее в качестве опалубки при бетонировании жесткого купола. На рис. 17.64 видна собственно конструкция линзы. На рис. 17.65 показано готовое сооружение, наружные стены которого были выполнены одной из местных фирм. Во время сильнейшего урагана в Бостоне 1960 г. заполнение стен сильно пострадало, надувная же конструкция осталась неповрежденной.
Подушкообразные конструкции

Если наружный край надувной подушки оформляется тросом, закрепляемым между жесткими точками, эти точки связываются рамой, стержни которой находятся вне надувной линзы (рис. 17.67), но возможно также расположение элементов рамы и внутри подушек (рис. 17.68 и 17.69). В этом случае достигаются как наименьшая общая длина жестких элементов, так и наименьшие расчетные длины в отношении потери устойчивости. Это же соображение может быть отнесено и к квадратному плану (рис. 17.70), если жесткие элементы рамы, работающие на сжатие, пропускаются внутри линзы (рис. 17.71). Хотя при этом несколько возрастает общая длина элементов, но значительно
уменьшаются их расчетные длины. То же самое мы имеем и в случае пятиугольника (рис. 17.72 и и 17.75). При шестиугольном контуре общая длина при наружной раме (рис. 17.74) и длина стержней в случае диагональных связей равны друг другу. Наименьшие расчетные длины соответствуют решению, показанному на рис. 17.73. В восьмиугольнике длина периметра (рис. 17.76) во всех случаях короче любой схемы с внутренним расположением стержней. Тем не менее внутреннее расположение стержней может быть полезным, если оно уменьшает расчетную длину (рис. 17.77). Чем в большем числе точек крепится мембрана, тем целесообразнее оформление опорного контура в виде круга.
Линзы, закрепляемые в рамах, могут состоять из нескольких частей, как это было, например, запроектировано в конкурсном проекте летней студии радиостанции. Студия перекрыта с помощью пяти линз, надуваемых в случае необходимости. Поперечное сечение (рис. 17.80) показывает покрытие как в свернутом (слева), так и в расправленном состоянии (см. также рис. 17.81 и 17.82 и фотографию модели — рис. 17.66).
Подушкообразные конструкции

Пример линзы, натягиваемой между жесткими опорами, показан на рис. 17.83 и 17.84. Треугольная линза, ограниченная по контуру тросом, подвешивается между бетонными стойками. На рис. 17.85 и 17.86 показан проект пятиугольной линзы, натягиваемой между стойками из стальных труб. Надувные подушки, контур которых ограничивается тросом, могут иметь разнообразнейшие очертания в плане (рис. 17.78) и даже натягиваться на произвольной системе тросов (рис. 17.79).
Подушкообразные конструкции

Другой возможностью получать плоские пневматические системы является применение внутренних связей. Так, квадратная резиновая подушка, показанная на рис. 17.87, имеет в середине внутреннюю связь. Чем больше число внутренних связей, тем более плоской может быть подушка. Подушка, показанная на рис. 17.88, имеет связи в пяти точках. При этом мембраны могут непосредственно касаться друг друга (рис. 17.89) или внутренняя связь может осуществляться с помощью троса (рис. 17.90). Широко известна форма матраца (рис. 17.91). По аналогии с конструкцией матраца автором была разработана серийно производимая конструкция, состоящая из двух светопрозрачных пластмассовых пленок, свариваемых по краям и во внутренних точках и натягиваемых на раму (рис. 17.92). Она служит в качестве утепленного окна, причем могут быть применены как три (рис. 17.93), так и четыре пленки (рис. 17.94). Такие полые ленты могут производиться непрерывно и сматываться на катушки. Перед закреплением на раме необходимо проклеить только места разреза.
Подушкообразные конструкции

Используемое в случае стихийных бедствий вспомогательное жилое здание (рис. 17.95), разработанное фирмой «Штромейер», состоит из небольших куполов диаметром 5 м, которые объединяются друг с другом по схеме шестиугольной решетки (рис. 17.96 и 17.97). Наружная оболочка состоит из трехслойной надувной мембраны (рис. 17.93), защищающей от атмосферных воздействий и обладающей определенной жесткостью и термическим сопротивлением. Оболочка закрепляется на шести перекрещивающихся раздвижных стальных арках из листовой стали.
Подушкообразные конструкции

Здание сохраняет свою форму и без внутреннего давления. Отдельный купол весит около 60 кг. Благодаря высокому порогу, оболочка в надутом состоянии может плавать. Она настолько удачно сконструирована, что в упаковке может сбрасываться с самолета даже без парашюта. Монтаж ее не требует никаких специальных знаний.
Подушкообразные конструкции

Любое круговое кольцо (рис. 17.101) представляет собой внутренне замкнутую подушку. Двойные мембраны могут связываться не только в точках, но и по круговым линиям, образующим в покрытии отверстия. На рис. 17.102 показан план сооружения с пятью отверстиями в покрытии. На фотографии модели одного из проектов автора подушкообразное покрытие с контурным тросом имеет отверстие в середине (рис. 17.103, 17.104).
Подушкообразные конструкции

В США разработана конструкция надувных матрацев с параллельными поверхностями, которые удерживаются на одинаковом расстоянии друг от друга с помощью большого количества связывающих нитей (см. поперечный разрез, рис. 17.98). Такие матрацы изготовляются сначала только из текстиля и затем обрезиниваются. Они известны под названием «пневматических сэндвичей». Следует отметить, что под нагрузками они обладают малой жесткостью (рис. 17.99). Жесткость может быть повышена, если нити ориентированы диагонально (рис. 17.100). Связи в виде частых связывающих две мембраны нейлоновых нитей обеспечивают плоскую аэродинамическую форму воздушного матраца (рис. 17.106). Б. Фуллер с помощью фирмы «Бергер» в Нью-Хэвен (США) сконструировал купола из пневматических сэндвичей, обладающие исключительно малым весом (рис. 17.107 и 17.108). Если подушки с внутренними связями натягиваются на рамах, как это показано на рис. 17.111, то получаются легкие транспортабельные строительные элементы, которые могут весьма компактно складываться и использоваться для разнообразных форм зданий (рис. 17.109 и 17.110). Надувные подушки приобретают особенную жесткость (рис. 17.113), если внутренние связи образуют нечто вроде стержневой конструкции (рис. 17.112). Такие конструкции можно использовать при решении разнообразнейших задач. Возможны также внутренние связи с прикреплением в точке, как это показано на рис. 17.114.
Подушкообразные конструкции

Подушкообразные конструкции особенно просто получаются из цилиндрических оболочек с помощью продольных сварных швов (рис. 17.115). Типичным примером такой конструкции является воздушный матрац (рис. 17.116). В свое время автор спроектировал надувной самолет с несущими плоскостями из цилиндрических труб (рис. 17.117); несколькими годами позднее был создан надувной самолет в США (рис. 17.106). Если соединить гибкие трубки таким образом, что образуется труба, внутренний объем которой также находится под давлением (рис. 17.119), то образовавшаяся конструкция обладает большей изгибной жесткостью по сравнению с однослойным надувным цилиндром. Последнее время в продажу поступили разнообразные детские плескательные бассейны (рис. 17.118), бортики которых выполнены из вертикальных цилиндрических трубок, соединенных друг с другом. С помощью перекрещивающихся цилиндрических балок образуется жесткая плита (рис. 17.124). Аналогично использованию цилиндров большие возможности предоставляет соединение между собой кольцевых шлангов, что иллюстрируется на примере купола (рис. 17.123) или гиперболической оболочки (рис. 17.125). Наиболее просто создать цилиндрическую оболочку из отрезков круглых труб (рис. 17.122).
Подушкообразные конструкции

Надувная конструкция, показанная на рис. 17.120, состоит из соединенных друг с другом круглых пневматических арок, как и пневматическая палатка фирмы «Гудрич», показанная на рис. 17.121. Из надувных арок состоит также входная часть спроектированного В. Ланди выставочного павильона «Мирный атом» (рис. 17.126).
Подушкообразные конструкции

Пневматически напряженные конические элементы, соединяемые друг с другом, также могут быть использованы в конструкциях покрытий. Двойные конусы можно составлять, образуя ограждение (рис. 17.128), или просто приставлять их друг к другу, как это показано в проекте пляжного павильона (рис. 17.127). Конструкция весьма проста, поскольку двойной конус легко изготовляется из плоского полотнища. Все элементы в точке соприкосновения имеют воздушную связь и, следовательно, могут надуваться через одно отверстие. Воздуходувка располагается внутри, в основании одного из конусов. Так как оболочки обладают малой воздухопроницаемостью и каждая из них замкнутая, достаточно небольшого воздухоподающего агрегата. Здание открыто со всех сторон.
Подушкообразные конструкции

На рис. 17.130 показано поперечное сечение круглого зала, в конструкции которого использованы присоединяемые друг к другу сдвоенные конуса с осью, имеющей излом. В образующемся покрытии до момента потери устойчивости нет щелей. В нижней же части сооружения между стойками есть проемы, как и в конструкции пляжного павильона.
Аналогично решается купол, показанный на рис. 17.129, в котором присоединяемые друг к другу сдвоенные конусы имеют искривленную ось.
Если же пневматические цилиндрические оболочки касаются друг друга не по линии, а по некоторой площади, мы имеем конструкцию с «промежуточными» стенками (рис. 17.124), которая относится собственно к подушкообразным конструкциям. Промежуточные стенки чаще всего плоские, поскольку с обеих сторон на них действуют одинаковые давления. Промежуточные стенки можно изготовлять также из легких мембран. Они используются преимущественно для того, чтобы получить плоские линзообразные конструкции (рис. 17.131). Промежуточные стенки можно выполнять из воздухопроницаемых непрорезиненных тканей, нити в которых должны располагаться по возможности под углом 45° к нейтральной оси. Такая ориентация материала дает наибольший эффект. Наиболее предпочтительны промежуточные стенки, образующие отдельные воздушные камеры (рис. 17.132). Таким образом могут конструироваться весьма жесткие линзы переменной толщины, отвечающей распределению изгибающих моментов.
Подушкообразные конструкции

Применение таких линз или подушек в конструкции покрытия показано на рис. 17.133 и 17.134. Плита покрытия, так же как и стойки или стены, состоит из подушкообразных элементов. В принципе здесь достижимы почти любые формы, что показано на примере надувного стула (рис. 17.135), но внутри каждого элемента пневматически напряженная оболочка должна отвечать закону формообразования, чтобы в ней не образовывались складки. В подушках, образующих плоские поверхности, при ступенчатом распределении промежуточных стенок изгибная жесткость может в известных границах соответствовать распределению изгибающих моментов. На рис. 17.136 показана в плане плита, которая в середине имеет большую толщину, чем по краям. Она поддерживается по углам четырьмя опорами, выполненными в форме кривых поверхностей. Аналогична указанной конструкция плиты покрытия с внутренними стойками; ее внешний вид показан на рис. 17.137.
Из подушкообразных конструкций с замкнутыми камерами можно создавать козырьки перед зданиями или отдельно стоящие навесы (рис. 17.138), которые могут сворачиваться и расправляться только внутренним давлением (рис. 17.139—17.141). Отдельные камеры поджимаются друг к другу внешним давлением так, что крыша не повисает свободно, собираясь в складки, когда она не является пневматически напряженной.
В проекте выставочного павильона компании «Форд», опубликованном В. Бэрдом в июле 1959 г., покрытие представляет собой типичную подушкообразную конструкцию с радиальными промежуточными стенками (рис. 17.142). Наружные стены образуются присоединяемыми друг к другу вертикальными цилиндрическими оболочками и относительно мягки. В системе, как и в большинстве подушкообразных конструкций, используется высокое внутреннее давление.
Подушкообразные конструкции

Особого внимания заслуживают куполообразные здания, состоящие из пневматически напряженных подушек с промежуточными стенками. Поскольку они образуют благоприятные в статическом отношении формы (рис. 17.144), в них может быть использовано малое избыточное давление. Усилия ветрового отсоса могут непосредственно восприниматься оболочкой, хорошо работающей на растяжение. В случае же положительных нагрузок, например снега, требуется весьма значительная величина внутреннего давления, если только при максимальных снеговых нагрузках не создается добавочного давления внутри самого сооружения. В последнем случае образуется конструкция, которая в нормальных условиях может эксплуатироваться без шлюзов, при максимальных же нагрузках оболочка эксплуатируется с помощью шлюза.
Купол, свободно опирающийся на три точки, показан на рис. 17.145, а на рис. 17.143 показана оболочка на четырех опорах, являющаяся главным сооружением выставочного комплекса. На эскизе подушкообразного покрытия (рис. 17.146), натягиваемого между четырьмя тросами и четырьмя точками опоры, показан способ увеличения жесткости покрытия с помощью системы взаимно перекрещивающихся внутренних стен. Как уже упоминалось при описании зданий с внутренними стенами, последние вызывают образование перетяжек и линейных углублений, по которым может производиться водоотвод. Исследования показали, что весьма целесообразно внутренние стены оформлять по краю также с помощью тросов (рис. 17.147 и 17.148), как это было показано на рис. 16.36—16.43. Таким образом достигается, во-первых, большой промежуточный объем перекрытия, во-вторых, экономия материала, а также легкая изменяемость формы, что практически достигается изменением длины тросов, как это показано на поперечном сечении перекрытия на рис. 17.151.
Подушкообразные конструкции

Широко известна конструкция, выкладываемая из мешков с песком. Аналогично может быть сконструирована стена из связанных друг с другом подушек, которые первоначально лежат на основании (рис. 17.150) и затем при нагнетании внутрь воздуха или жидкости, поднимаясь, образуют жесткую стену (рис. 17.149).
Элементы, из которых образуются плоские поверхности стен и куполообразных покрытий, могут иметь в плане треугольное, прямоугольное, ромбическое, квадратное или шестиугольное очертание (рис. 17.152—17.154). В этом случае площадь боковых стенок подушек может быть также сведена к минимуму, для чего наружные и внутренние полотнища оболочек связывают друг с другом тросами (рис. 17.155). Так как под действием внутреннего избыточного давления мембраны стенок (см. сечение в месте перетяжки, рис. 17.156) прижимаются друг к другу, легко создать плотный контакт между элементами покрытия. Окантовку стыка см. на рис. 17.157. Плита, образуемая шестиугольными подушками, подвешивается к мачтам с помощью тросов (рис. 17.159). Пневматические подушкообразные конструкции весьма чувствительны к сосредоточенным нагрузкам.
С помощью внутренних распределяющих тросов достигается равномерное распределение усилия, как это показано на примере крепления навеса/ к стойке на рис. 17.158.
Подушкообразные конструкции
Похожие новости