Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения





















Яндекс.Метрика

Особенности воздухоопорных зданий и сооружений

Воздухоопорные сооружения — строительные конструкции особого типа. В отличие от обычных конструкций, устойчивость которых обеспечивается жесткостью применяемых материалов, они требуют, помимо статических конструктивных элементов, еще и механизмов — воздухонагнетательных установок.
Воздухоопорное здание недостаточно изготовить и смонтировать. Оно существует как строительная конструкция, если работает система его жизнеобеспечения, постоянно или периодически снабжающая несущие элементы воздухом, сжатым до заданной степени.
Хотя в каждом современном здании имеются механизмы, без которых оно не может нормально функционировать (лифты, насосы центрального отопления, электроприборы и т. п.), воздухоопорные здания без воздухонагнетательной системы вообще существовать не могут. Таким образом, если в обычных зданиях механизмы являются хотя и необходимой, но все же принадлежностью их, то основной механизм пневматических сооружений — воздухонагнетательная установка — представляет собой элемент конструкции. В первом случае выход из строя механизмов приводит к функциональным расстройствам, к утрате комфорта, во втором — к прекращению существования здания.
Пневматические сооружения уязвимы, как уязвим человек по сравнению с каменной статуей. Они боятся прекращения работы воздухонагнетательной установки — своего сердца, боятся удара ножом, прикосновения пламени. Будучи современным продуктом высокой технической культуры производства, они требуют соответственно высокой культуры эксплуатации, заключающейся прежде всего в обеспечении надежности их функционирования в условиях агрессивных действий со стороны природы или человека.
Основные достоинства воздухоопорных зданий — чрезвычайно малый расход материалов, возможность перекрытия больших пролетов, полное заводское изготовление, быстрота монтажа и демонтажа, сравнительно низкая стоимость, транспортабельность, невозможность обрушения, т. е. безопасность в аварийных ситуациях, светопроницаемость и радиопрозрачность ограждающих конструкций. Недостатки воздухоопорных зданий — необходимость постоянно поддерживать избыточное давление воздуха под оболочкой и трудности создания микроклимата.
Рассмотрим некоторые характерные особенности воздухоопорных зданий.
Малый расход материалов. Р.Б. Фуллеру, известному создателю геодезических куполов, принадлежит афоризм: «Если вы хотите установить степень совершенства конструкции здания, взвесьте его». В этом смысле воздухоопорные здания вне конкуренции. Ограждающая конструкция — тончайшая (до 1/100000 пролета) мягкая оболочка, а поддерживающей конструкции вовсе нет. Воздух держит все сооружение.
Если ввести понятие «объемная масса сооружения», кг/м3, то получим следующие сравнительные данные:
Особенности воздухоопорных зданий и сооружений

Транспортабельность воздухоопорных зданий исключительно высока. Ее можно охарактеризовать отношением строительного объема здания к его объему в транспортном состоянии:
Особенности воздухоопорных зданий и сооружений

Возможность перекрытия больших пролетов. Если бы избыточное давление воздуха под оболочкой по размеру и направлению полностью соответствовало внешней нагрузке, то оболочка не испытывала бы никаких напряжений, являясь лишь диафрагмой, отделяющей внутреннюю среду от внешней. Пролет таких оболочек не имел бы пределов. Вероятно, именно такое представление и дает некоторым авторам основание считать размеры воздухоопорных сооружений неограниченными. Однако такого идеального равновесия в реальных условиях быть не может. Давление воздуха под оболочкой всегда постоянно, равномерно и нормально к ее поверхности, но внешние нагрузки (ветер, снег и др.) непостоянны, неравномерны и не всегда направлены по нормалям. Поэтому нагрузки, действующие на реальное сооружение, изображаются суммарной эпюрой (рис. 1.15), направленной, как правило, от контура оболочки. Они деформируют оболочку и вызывают в ней растягивающие усилия, которые не могут не зависеть от размеров сооружения. Пролеты, перекрываемые воздухоопорными оболочками, зависят от прочности материалов. Современные материалы позволяют делать купола диаметром до 75 м, однако при применении усиливающих канатов и тросовых сеток, воспринимающих основные растягивающие усилия, пролеты можно увеличить до нескольких сотен м. Достаточно точное (возможно, даже с помощью счетно-решающих устройств) регулирование избыточного давления воздуха в зависимости от изменения комбинации внешних нагрузок, а также применение сверхпрочных материалов позволят строить воздухоопорные оболочки таких размеров, которые будут измеряться кмми.
Особенности воздухоопорных зданий и сооружений

Полное заводское изготовление. Воздухоопорное здание поступает от завода-изготовителя на место установки полностью укомплектованным и не требует никаких строительных работ, кроме планировки монтажной площадки (если это необходимо) и постановки анкеров или устройства фундамента. Заводы могли бы иметь набор сооружений стандартных размеров и высылать их заказчику вместе с запрашиваемым комплектующим оборудованием: воздухонагнетательным, отопительным, охлаждающим, противопожарным, дублирующим, страхующим и т. п.
Быстрота монтажа и демонтажа. Если не считать времени, необходимого для расчистки и планировки площадки, монтаж воздухоопорного здания требует нескольких часов. За это время выполняются разбивка контура сооружения, установка анкеров, сборка каркасов шлюзов, раскладка оболочки, крепление ее к основанию, подсоединение воздуховодов, наполнение воздухом (эта операция длится 20—45 мин). Какой бы большой ни была высота здания, все монтажные работы производятся на уровне его основания (пола). Это в значительной мере способствует быстроте монтажа и безопасности производства работ.
Трудозатраты на монтаж колеблются в пределах 1,5—2,5 чел.-дн/100 м2; сборно-разборные здания при тех же примерно размерах (150—650 м2) монтируют за 35—65 чел.-дн/100 м2, т. е. в 20 раз дольше.
Многооборачиваемость. Полное заводское изготовление и быстрота монтажа способствуют многократности использования сооружений. Это особенно важно в случаях, когда сооружения являются инвентарем какой-либо «кочующей» организации. Пневматические тепляки можно последовательно применять на ряде объектов строительства. Зернохранилища или склады для сельскохозяйственной продукции можно сезонно использовать для хранения урожая на полях, железнодорожных станциях и в других необорудованных местах. В страдную пору сооружения могут следовать с юга на север.
Сезонное использование воздухоопорных зданий на одном и том же месте также может быть многократным. Многочисленные спортивные и зрелищные сооружения летнего типа (плавательные бассейны, теннисные корты, театры, кино) могут быть на холодное время года перекрыты оболочками, снимаемыми летом.
Светопроницаемость. Большинство современных материалов для оболочек можно изготовлять с различной степенью светопроницаемости. Они могут быть совершенно светонепроницаемыми или пропускать свет в такой степени, что световые проемы оказываются ненужными. Естественная освещенность, соответствующая нижнему пределу санитарных норм, обеспечивается, если им материалов с коэффициентом светопропускания т 5...6% изготавливают целиком всю оболочку. Менее светопроницаемые оболочки требуют устройства световых полос с суммарной площадью 10—20% общей площади мола при использовании материала с т = 20...30%.
Помещения, перекрытые оболочками с высокой светопроницаемостью, ночью можно освещать наружными светильниками, что представляет определенные удобства, так как исключает необходимость подвески проводов и осветительной арматуры к оболочке или установку под ней фонарных стоек.
Радиопрозрачность. Возможно, что именно проницаемость оболочек воздухоопорного типа для радиоволн послужила толчком для их массового производства в США. С изготовления укрытий для радиолокационных антенн и начала свою деятельность первая фирма по производству пневматических конструкций «Бэрдэйр». В настоящее время крупнейшие купола-обтекатели антенн космической связи — в Бохуме и Райстинге (ФРГ), к Андовере (США), в Ланньоне (Франция) имеют диаметры соответственно 39, 49, 64 и 64 м.
Необходимо добавить, что снег или гололед, снижающие радиопрозрачность укрытия, на пневматических куполах отлагаются менее интенсивно, чем на куполах жесткой конструкции.
Избыточное давление воздуха под оболочкой. Необходимость постоянно поддерживать избыточное давление воздуха требует непрерывной или периодической подкачки воздуха. При этом затрудняются вход и выход, въезд и выезд, требующие шлюзования или других мер предотвращения утечки воздуха; в помещении возникают воздушные потоки типа сквозняков, шум от вентиляторов. В какой-то мере эти неприятные явления можно смягчить: со сквозняками борются отклонением струй нагнетаемого воздуха вверх, применяют глушители шума вентиляторов, устраивают вращающиеся двери, шлюзы и др.
Входя в пневматическое сооружение (или спускаясь на лифте), человек ощущает повышение давления воздуха, которое можно сравнить с повышением атмосферного давления, ощущаемого при перемещении из верхних в нижние слои атмосферы. Связь между перепадом высоты /г, м, и перепадом давления воздуха под оболочкой р (Па) может быть выражена формулой
h = 0,08 р.

В воздухоопорных зданиях избыточное давление обычно не превышает 250 Па, достигая в редких случаях 1000 Па. Из приведенной формулы следует, что избыточному давлению 250 Па соответствует изменение высоты в 20 м. Это значит, что, входя в здание воздухоопорного типа, человек подвергается такому же повышению давления воздуха, как при спуске на лифте примерно с шестого этажа. Известно, что разница давления в 10 кПа переносится легко даже без постепенного перехода, хотя она ощутима (соответствует разнице высот в 800 м). Перепады давления, которым человек подвергается при входе в воздухоопорное здание, им не ощущаются. Согласно справке НИИгигиены им. Ф.Ф. Эрисмана, «...обычно наблюдаемые колебания атмосферного давления в пределах 4—5 мм (550—700 Па) в сутки... не оказывают существенного влияния на организм человека...»
Малая толщина материала оболочки. Чем тоньше стенка, ограждающая помещение от внешней среды, тем трудней создать за ней климат, отличный от наружного. Малая толщина оболочки служит первопричиной трудности обогрева воздухоопорного здания, появления конденсата и наледей.
Термическое сопротивление оболочки ничтожно. Эта особенность заставляет решать задачу отопления особыми методами.
Оболочка малой толщины не в состоянии препятствовать перегреву воздуха под ней в результате инсоляции.
Несмотря на то, что перегрев считается злом меньшим, нежели переохлаждение, бороться с ним труднее.
Капели от конденсата обычно не бывает, если оболочка не имеет участков с отрицательной кривизной. Обильный конденсат (например, в покрытиях плавательных бассейнов) стекает на внутренний фартук. Мерами борьбы с конденсатом являются укладка на земляном полу пароизолирующей пленки, а также применение для оболочки материалов, слегка воздухопроницаемых. Последняя мера несколько парадоксальна: выше указывалось, что материал оболочек должен быть воздухонепроницаемым. Однако в свете требований вентиляции помещения, т. е. обеспечения определенной кратности обмена воздуха, осуществляемой обычно через специальные вентиляционные клапаны, возможность удаления загрязненного воздуха через всю поверхность оболочки выглядит рациональной, тем более, что при этом решается проблема конденсата. He исключено, что материи с повышенной воздухопроницаемостью станут основным материалом для оболочек плавательных бассейнов, которые, кстати, нуждаются в усиленной вентиляции.
Сейсмостойкость. Никакие воздействия, кроме тех, которые могут вызвать разрыв оболочки или прекращение подачи воздуха, не могут причинить ей никакого существенного вреда. Пневматические здания по природе своей сейсмостойки. To же можно сказать и об их реакции на атомный взрыв. Представитель фирмы «Бэрдэйр» Г. Рейтмейер писал: «Ни одна пневматическая конструкция, равно как и любая другая, не устоит в эпицентре атомного взрыва. Однако расчеты показывают, что при большом удалении действие таких факторов взрыва, как повышенное или пониженное давление, ударная и воздушная волны, пневматические сооружения выдерживают, тогда как эти же факторы всегда деформируют или разрушают обычные конструкции».
Долговечность пневматических конструкций определяется долговечностью материала оболочек. Обычно она не превышает 10 лет. Срок службы остальных элементов пневматического сооружения: воздухонагнетательных и отопительных установок, каркасов, шлюзов, анкеров, фундаментов, усиливающих канатов и др., стоимость которых приблизительно равна стоимости оболочки, значительно выше. Этого нельзя не учитывать при экономических сопоставлениях с традиционными конструкциями.
Теперь стали появляться воздухоопорные здания, где силовой основой оболочки служит не синтетическое, а стеклянное волокно. Предполагаемый срок службы такого материала не менее 20—30 лет.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: