лекции ч2

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ

КОНСТРУКЦИИ

Пневматические конструкции – это мягкие оболочки, материал которых обладает высоким сопротивлением растяжению, но не способен сопротивляться каким-либо другим видам напряжённого состояния. В отличие от обычных конструкций, устойчивость которых обеспечивается жёсткостью применяемых материалов, пневматические конструкции требуют создания избыточного давления. Идея купола, наполненного воздухом, существовала давно, и время от времени находила своё выражение в различных проектах.

Изобретателем пневматических конструкций обычно считают английского инженера Ф.У. Ланчестера, который в 1917 г. запатентовал конструкцию воздухоопорного здания. Однако ещё в 1893 г. русский инженер Г. Сумовский получил американский патент на аэробалку.

Первое пневматическое здание сферический купол построил в 1946 г. американский инженер У. Бэрд, который впоследствии создал фирму «Бэрдэйер». Первое воздухоопорное здание в России (сферический купол диаметром 36 м) было построено в 1959 г. Массовое использование пневматических выставочных павильонов состоялось в Японии в 1970 г. на Международной выставке «ЭКСПО-70».

КЛАССИФИКАЦИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Р=0.3-5 МПа

.

входшлюз вертушка

грузовой шлюз

аварийный шлюз

компрессор опорный контур

Воздухоопорные, как бы опирающиеся на воздух, заполняющий полезный объём сооружения и сжатый в очень небольшой степени. Они существуют как строительные конструкции, если работает система их жизнеобеспечения, постоянно или периодически.

Пневмокаркасные сопротивление несущих элементов (балок, стоек, арок) обеспечивается сильно сжатым воздухом, заключенным в самих конструкциях. Конструкции не нашли широкого применения при больших пролётах из-за трудности обеспечения герметизции, повышенных требований к прочности материалов и высокой стоимости.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Наибольшее распространение для пневматических конструкций получили тканевые материалы, прорезиненные или покрытые полимерами. Тканевые материалы изготавливают из естественных, искусственных или синтетических волокон. К естественным относятся: лён, хлопок, пенька; к искусственным вискоза, стекловолокно. Синтетические волокна, получившие наибольшее распространение, делятся на группы: полиамидные (капрон, нейлон и др.), полиэфирные (лавсан и т.п.); полиакрилонитрильные (нитрон, др.); реже поливинилспиртовые.

Основными характеристиками тканей являются прочность на разрыв, прочность на раздирание (сопротивление ткани распространению локальных повреждений), относительное удлинение.

Для обеспечения воздухо- и водонепроницаемости тканевую силовую основу покрывают с одной или двух сторон полимерными материалами.

Для оболочек уникальных сооружений, предназначенных для длительной эксплуатации, применяют ткани из волокон неорганических материалов (стеклянных, угольных), прочных и стойких к ультрафиолетовому излучению. Поскольку долговечность материала оболочки зависит и от срока службы полимерного покрытия, эту задачу решили с помощью применения фторосодержащего полимера тефлона (политетрафторэтилен). Толщина стеклоткани с тефлоновым покрытием от 0.8 до 1 мм. Такие покрытия могут служить 20 30 лет, они светопроницаемы, отталкивают грязь, но пока примерно в 5 раз дороже серийного материала.

Основными требованиями, предъявляемыми к материалу оболочек, без которых невозможны пневматические конструкции, являются прочность и воздухонепроницаемость, долговечность, светопроницаемость, эластичность и лёгкость, стойкость против химической и биологической агрессии, действия низких и высоких температур.

Для массовых серийных оболочек пролётом до 60 м прочность материалов пневматических конструкций колеблется в пределах 20 200 кН/м. Обычный срок службы оболочек из них составляет

5 10 лет.

ВОЗДУХООПОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

ДОСТОИНСТВА КОНСТРУКЦИЙ :

1. Малый расход материалов – от 0,5 до 1 кг на м2 (для сравнения: здание из сборного железобетона

250, деревянное каркасное здание 170). Р.Б. Фулер: «Если вы хотите установить степень совершенства конструкции здания, взвесьте его».

Формы оболочек разнообразны, но далеко не произвольны. Сферические оболочки естест-

венные и наиболее совершенные формы. Купола высотой более 3/4 диаметра становятся динамически неустойчивыми под действием ветра, а очень пологие испытывают значительные растягивающие усилия от избыточного давления. Цилиндрические оболочки – наиболее распространённые. Высота оболочек более 2/3 пролёта не рекомендуется.

В традиционных конструкциях принцип предварительного напряжения всегда рассматривался как средство искусственного перераспределения усилий в конструкции с целью оптимального использования механических свойств применяемых жёстких материалов. Предварительное напряжение в пневматических конструкциях, создаваемое компрессорами, непременное условие возможности их функционирования. Эксплуатация воздухоопорных зданий требует прежде всего абсолютно надёжной работы воздухоподающей системы. Прекращение подачи воздуха в этом случае не потеря комфорта, а прекращение существования сооружения.

Теннисный корт в г. Томске

ОБОЛОЧКИ

УСИЛЕННЫЕ КАНАТАМИ

Размеры воздухоопорных зданий ограничены прочностью применяемых материалов. В том случае, когда прочность материала недостаточна, применяется система разгружающих канатов или сеток. Доля участия разгружающей системы определяется соотношением жёсткостей при растяжении (EF) материала оболочки и канатов, а также частотой их расположения. Чем выше относительная жёсткость разгружающих элементов, тем меньше усилия приходится собственно на оболочку. Размеры ячеек могут быть от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров.

Стадион «БИ СИ ПЛЭЙС» Канада

Периметр купола 760 м. Материал оболочки стеклоткань, покрытая тефлоном. Толщина ткани 0,85 мм