Воздухоопорные оболочки

Вступление

РЕФЕРАТ

на тему:

Мягкие оболочки

Выполнила: Смолинская Е.В. Арх. III

Руководитель: Задорожная Н.Н.

КИЕВ – 2014

Пневматическими конструкциями зданий и сооружений являются мягкие оболочки или цилиндры, выполненные из воздухонепроницаемых тканей или армированных синтетических пленок, например из прочной армированной виниловой ткани. Несущая способность пневматических конструкций обеспечивается или поддерживается избыточным давлением воздуха или под оболочками, или внутри их несущих элементов. Эти конструкции изобретены в 40-х годах XX в. и их начали применять в качестве несущих и ограждающих конструкций на различных объектах — спортивных сооружениях (теннисных кортах, хоккейных площадках, бассейнах), выставках, цирках, аквапарках, производственных зданиях и др.

Существенными достоинствами пневматических конструкций являются их небольшие масса (0,5–3,0 кг/м2) и объем в нерабочем (не надутом) состоянии, что значительно облегчает транспортировку и монтаж без сложных подъемно-транспортных средств. Так, например, на подготовку ровной площадки и фундамента под пневматическую конструкцию требуется примерно до одного месяца, а на ее монтаж и нагнетание воздуха до рабочего давления — 1–2 дня. К тому же такие конструкции характеризуются невысокой стоимостью. В зависимости от конструктивного решения и исполнения и способа обеспечения несущей способности различают воздухоопорные и воздухонесомые пневматические конструкции.

Избыточное давление воздуха у первых находится под покрытием, а у вторых оно находится только в несущих пневмобаллонах

Воздухоопорные оболочки чаще всего применяют цилиндрической или сферической формы.

Воздухонесомые покрытия — это пневмокаркасы, пневмоматы и пневмолинзы. Пневмокаркасы и пневмоматы наиболее рационально используются в форме арок, а пневмолинзы —в форме чечевицы или подушки.

Оболочка настолько больших размеров, что образуют целое здание или, по крайней мере, его покрытие. Поддерживается оболочка в состоянии способности противодействия внешним нагрузкам при сравнительно невысоким (200…500Па) внутренним избыточным давлении воздуха. Оболочка как бы опирается на множество невидимых колонн из сжатого воздуха, что и определило ее название – воздухоопорная

Для подачи воздуха под оболочку используются вентиляторы низкого давления, но высокой производительности. Обычно они действуют непрерывно и поэтому к воздухонепроницаемости самой оболочки и герметичности ее соединений с основанием или входными устройствами высокие требования не предъявляются.

Сжатый воздух стремиться поднять оболочку, оторвать ее от основания, чему препятствует опорные (анкерные) устройства, которыми могут служить: винтовые сваи (штопора); бетонные блоки, образующие ленточный или прерывистый цоколь; массивные конструкции капитальных строений, перекрываемых воздухоопорной оболочкой.

Эксплуатационной особенностью воздухоопорных зданий является возможность обитания и деятельности человека в подоболочном пространстве, давление воздуха незначительно (на тысячные доли) превышает атмосферное и никакого воздействия на человека не оказывает.

Цилиндрические воздухоопорные оболочки выполняются обычно со стрелой подъема, равной от 3/8 до 1/2 пролета. Торцы заканчиваются либо сферической, либо цилиндрической поверхностью. Каждая такая оболочка состоит из следующих основных частей: шлюзов для перехода, оболочки, под которой находится избыточное давление воздуха, и вентилятора, поддерживающего это давление. Шлюзы обычно выполняют в виде легкого металлического каркаса, обтянутого той же тканью, из которой сделана оболочка. Соединяется ткань шлюза с тканью оболочки с помощью переходника, т. е. ткани соответствующего раскроя. Освещаются помещения под пневмооболочками дневным светом через светопрозрачные вставки из соответствующих синтетических пленок. В нижней части оболочки устраивается так называемый силовой пояс, с помощью которого оболочка крепится к основанию.

Если необходимо обогревать помещение под оболочкой, то это выполняется калориферами, подающими теплый воздух. В целях уменьшения утечки воздуха, особенно из-под силового пояса, с его обеих сторон у основания предусматриваются фартуки из той же ткани. Наружный фартук присыпается землей, а внутренний помещается под поверхностью пола.

При соединении отдельных секций на строительстве пневмооболочки применяют монтажные швы, такие, например, как петельно-тросовый, накладной и др. Секции с внутренней и наружной сторон снабжены фартуками, причем наружный фартук находится только у одной секции, которым закрывается сверху петельный шов, пристегиваясь ко второй секции с помощью кнопок.

Крепление воздухоопорной оболочки к основанию выполняется несколькими способами. На ленточных бетонных фундаментах крепление оболочки удобнее всего выполнять, используя прижимные пластины, надежно скрепленные с фундаментом. Временное одноразовое крепление оболочки к грунту выполняется анкерами в виде штырей, штопоров и винтовых сван в зависимости от размеров сооружения.

Все эти анкеры имеют сверху проушины, через которые производится привязка к ним силового пояса оболочки.

В состав воздухоопорных оболочек входят следующие составные элементы: входные-выходные и грузовые шлюзы, оболочки, поддерживаемые избыточным давлением воздуха, вентиляторы для нагнетания воздуха и колориферы для подачи теплого воздуха под оболочки при необходимости обогрева помещения (рис. 3). Как правило, шлюзы выполняются каркасными, обтянутыми той же тканью, что и оболочки, и их соединяют с оболочками тканевыми переходниками. Шлюзы оборудуются входными дверями или турникетами-вертушками, имеющими высокую пропускную способность. Грузы в воздухоопорные сооружения перемещаются через грузовые шлюзы, а для загрузки и выгрузки сыпучих материалов используется пневмотранспорт. Пневматические оболочки могут снабжаться светопрозрачными воздухонепроницаемыми вставками из синтетических пленок для естественного освещения подоболочного пространства.

Внизу воздухоопорные оболочки снабжаются силовым поясом, которым они крепятся к фундаменту или основанию для исключения их отрыва от земли силой, вызванной избыточным давлением воздуха под оболочками. Силовой пояс состоит из элементов крепления оболочки к фундаменту или основанию и наружного и внутреннего фартуков, выполненных из той же ткани, что и оболочки. Фартуки предназначены для уменьшения утечки воздуха из-под силового пояса. При этом наружный фартук прикапывается (присыпается) землей или закапывается в землю снаружи оболочки, а внутренний заводят под пол (рис. 3).

Воздухоопорные оболочки крепятся к элементам фундамента с помощью прижимных планок и болтовых соединений с соответствующим уплотнением, а при отсутствии фундамента — к грунтовому основанию посредством анкеров с проушинами (в виде штырей, винтовых свай и др.), закрепленных в грунте. В этом случае оболочки в силовом поясе снабжаются кулисками для пропуска распределительных элементов, крепящихся к серьгам анкеров (рис. 4.). Кроме крепления к анкерным винтовым сваям и бетонным ленточным фундаментам воздухоопорные оболочки могут придавливаться к основанию (земле) водоналивными балластными баллонами.

Воздухоопорные оболочки устраивают однослойными или двухслойными, при этом двухслойные представляют собой оболочку в оболочке. В такой конструкции пространство между оболочками заполняется воздухом, что обеспечивает существенное снижение теплопотерь и соответственно расходы на отопление, а также защиту от образования конденсата на внутренней поверхности оболочки в холодное и перегрева в жаркое время года. При снегопаде воздух между оболочками стравливается и вследствие этого обеспечивается подогрев наружной оболочки и таяние на ней снега. Двухслойные оболочки изготавливаются из многослойного пластомера, армированного кордом из суперпрочного полиэстера и покрытого поливинилхлоридом. Такой материал имеет достаточную стойкость к ультрафиолетовому излучению и может эксплуатироваться при температуре от -30°С до +60 °С.

Наибольшую опасность для систем воздухоопертого типа представляют сильные ветры. Ветер, дующий с одной стороны купола, вызывает в различных его частях неодинаковые напряжения, а ведь оболочка надувного сооружения должна быть равномерно жесткой по всей поверхности. В случае же концентрации напряжений в одной части оболочки она может разорваться, а если опора у нее узкая, то возникает опасность опрокидывания купола. Всего этого можно избежать, поддерживая внутри здания такое давление, чтобы все точки его оболочки были напряжены до степени, препятствующей образованию складок под напором ветра.

Что касается материала для оболочек надувных систем, то многочисленные и длительные опыты показали - это должна быть прочная ткань, устойчивая к атмосферным влияниям, не становящаяся жесткой при низких температурах, не впитывающая воду, не слишком растяжимая, не портящаяся при продолжительном хранении. В настоящее время в пневматически напряженных конструкциях используются технические ткани на основе капрона, лавсана, нитрона, а также стеклянные волокна, пластмассовые армированные и неармированные пленки, тросы, тросовые сетки и другие материалы на основе минеральных и синтетических волокон, иногда - тонкие металлические листы. Лучше всех показали себя в эксплуатации оболочки, изготовленные из высококачественного нейлона. Для повышения прочности на разрыв применяется двухслойная ткань с нитями, пересекающимися под углом 45°, благодаря чему в случае надрыва она не разрывается дальше. Для придания покрытиям водо- и воздухонепроницаемости используются синтетические каучуки типа бутилкаучука, неопрена, а также полихлорвиниловые и полиэфирные смолы. Для светопрозрачных покрытий можно пользоваться пластмассовыми пленками (полиамидными, полиэтилентерефталатными, полихлорвиниловыми и т. д.).

Соединение полотнищ материи или пленки между собой зависит от напряжений в конструкции, которые в свою очередь обусловливаются требованиями, предъявляемыми к пневмосооружению. Соединения могут быть клееными или шито-клееными (при прорезиненных тканях). При использовании пленок соединение раскроенных полотнищ производится с помощью сварки - высокочастотной или тепловой.

Одна из трудностей, возникающих при эксплуатации воздухоопертых сооружений, состоит в конденсации паров, всегда присутствующих в воздухе, на внутренней поверхности оболочки, особенно в холодное время года. С этим можно бороться соответствующей вентиляцией помещения или с помощью веществ, поглощающих водяные пары из воздуха.

Зимой внешняя поверхность оболочки надувной системы обледеневает. Если площадь оболочки не очень велика, то обледенение можно устранить, изменяя давление в здании, чтобы вызвать движение оболочки и растрескивание льда. Если же оболочка велика, то на нее можно направить изнутри излучение инфракрасных ламп; такой нагрев оболочки предотвратит скопление снега и льда на ее наружной поверхности. Попутно заметим, что проблему создания отапливаемых воздухоопертых зданий можно решить путем комбинации воздушных насосов с калориферами.

Высокие конструктивные качества материалов, применяемых для сооружения воздухоопертых систем, обеспечивают малый вес конструкции на 1 м² перекрываемой площади (он в 100 - 200 раз меньше веса покрытия из железобетона и стали). Малый вес пневматических конструкций, компактность в демонтированном состоянии, транспортабельность, возможность заводского изготовления, быстрота монтажа и демонтажа - качества, открывающие широкие возможности их применения в сооружениях самого различного типа и назначения.

Дата добавления: 2015-06-30