19. Пневматические покрытия. Область применения. Воздухоопорные оболочки и их элементы.
Пневматическими конструкциями называют мягкие оболочки, несущие функции которых обеспечиваются воздухом, находящимся внутри них под некоторым избыточным давлением. Материалом для таких покрытии служит воздухонепроницаемая ткань, синтетическая, обычно армированная, пленка.
Большие преимущества пневматических конструкций перед другими видами покрытий заключаются в небольшом весе и объеме, которые они имеют в ненадутом воздухом состоянии. Это значительно облегчает их транспортировку и монтаж, который проводится без сложного строительного оборудования.
Все пневматические конструкции покрытий можно разделить на две резко различающиеся между собой группы: на воздухоопорные оболочки и воздухонесомые покрытия. Избыточное давление воздуха у первых находится под покрытием, а у вторых оно находится только в несущих пневмобаллонах (рис. XII.36, а—е).
Среди преимуществ пневматических конструкций следует отметить малый собственный вес, высокую мобильность, быстроту и простоту возведения, возможность перекрытия больших пролетов, высокую степень заводской готовности и др.
Пневматические строительные конструкции в зависимости от характера работы обычно разделяются на две самостоятельные группы - пневмокаркасные (надувные) и воздухоопорные. Пневмокаркасные конструкции - это надувные стержни или панели, несущая способность которых (сопротивление сжатию, изгибу, кручению) обеспечивается повышенным давлением воздуха в замкнутом объеме элемента. Большое внутреннее давление воздуха (до 150 кПа) требует высокой степени герметичности и прочности материала. Это же условие ограничивает пролет конструкций, который с учетом экономической целесообразности для рядовых сооружений не превышает 15-16 м. Стоимость пневмокаркасных конструкций в 3-5 раз выше, чем воздухоопорных. Эти недостатки сдерживают их применение.
Основным достоинством пневмокаркасных конструкций является отсутствие избыточного давления воздуха в эксплуатируемом пространстве и, как следствие этого, потребности в процессе шлюзования. Пример неординарных пневмокаркасных конструкций - павильон Фудзи и покрытие пневматического плавучего театра на ЭКСПО-70 в г. Осаке.
оздухоопорные конструкции представляют собой оболочки, стабилизированные в проектном положении незначительной разницей давления в разделяемых оболочкой пространствах. Это конструкции, которые опираются на воздух. Для противодействия внешним нагрузкам давление воздуха под оболочкой по сравнению с атмосферным повышается в пределах 10-40 кПа. Такое незначительное избыточное давление не осложняет требований к герметичности и к самочувствию находящихся под оболочкой людей.
Покрытия этого типа отличаются простотой конструкции, безопасностью и надежностью в эксплуатации, низкой стоимостью, способностью перекрывать большие пролеты. Около 50-70% возведенных в настоящее время воздухоопорных покрытий используются как складские помещения; 20-40% - как покрытия для спортивных сооружений. Часть конструкций используют как выставочные павильоны, покрытия строительно-монтажных площадок, различного рода укрытия.
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.
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. В нижней части оболочки устраивается так называемый силовой пояс, с помощью которого оболочка крепится к основанию.
Избыточное давление под оболочкой обычно не превышает 500 Н/м2, что человек, как правило, не ощущает. Для поддержания такого давления достаточно иметь один работающий вентилятор. 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 (рис. XII.37).
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.