Воздухоопорные конструкции

СОДЕРЖАНИЕ

3 СТР. – ВВЕДЕНИЕ

4 СТР. - КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ  КОНСТРУКЦИЙ

6СТР. - ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

7СТР - РАЗНОВИДНОСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК 

10СТР - ВОЗДУХООПОРНЫЕ ОБОЛОЧКИ

14СТР - ВОЗДУХООПОРНЫЕ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ И ИХ ОСОБЕННОСТИ 

17СТР - ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 

19СТР - ПРИМЕРЫ ВОЗДУХООПОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ. 

24СТР - ВЫВОД 

25СТР - СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Перед тем, как  приступить к основной части моего  реферата, я хотел бы привести очень интересную цитату, которая, на мой взгляд,  очень актуальна, в том числе и для моей темы:

 « … дух нашей эпохи заслуживает создания новой формы, отражающей новое положение архитектуры в новом обществе, новой формы, отражающей безграничные технологические возможности, новой формы, содержащей в себе источник прогресса; градостроительной формы, отражающей масштаб наших современных возможностей; формы, соответствующей времени и пространству, отражающей дух развития и движения, обладающей способностью растворяться и исчезать, предоставляя место другой форме, способствуя чудесному процессу вечной метаморфозы».  
 

ВВЕДЕНИЕ

Повышение интереса к пневматическим конструкциям в  последние годы и их широкое и  сравнительно быстрое распространение  представляют собой вполне естественное и закономерное явление, так как стремительные темпы научно-технического прогресса оказывают значительное стимулирующее влияние на развитие строительной техники и науки, а широкое освоение новых территорий в труднодоступных районах требует создания новых облегченных строительных конструкций и материалов, мобильных, легко монтируемых и демонтируемых, способных работать в самых различных условиях эксплуатации. Этой современной тенденции строительной техники вполне отвечают пневматические сооружения, которые не только являются легчайшими из всех конструкций, созданных человеком за всю историю, но и работают на совершено новых принципах.

Во многих странах  мира производство пневматических сооружений поставлено на промышленную основу и  идет в первую очередь по линии  создания индустриальных типовых сооружений многоцелевого назначения, призванных обслуживать различные отрасли промышленности и сельского хозяйства, в настоящее время очень часто их используют как спортивные спортсооружения. Однако желание получить при этом только очевидную сиюминутную выгоду привело к тому, что большинство пневматических сооружений ныне создаваемых или воздвигаемых, отличаются удивительным однообразием и предельным практицизмом, основанным на строжайшей экономии во всем, начинаю от технологии и материалов и заканчивая внешним обликом сооружения.

Возможно одной из причин этого является то, что среди архитекторов они не нашли еще полного признания как объекты творчества. Пневматическими конструкциями в основном занимаются инженеры. Но в последнее время ситуация потихоньку меняется, появляется все больше интересных идей использования пневматических сооружений. 
 

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ  КОНСТРУКЦИЙ 

История пневматических строительных конструкций имеет  давние корни. Изобретателем их считают  английского инженера Фредерика У. Ланчестера, который запатентовал конструкцию воздухоопорного здания в 1917 г. Однако известный немецкий специалист в области легких конструкций профессор Фрей Отто, не отрицая приоритета конструкции Ланчестера, отметил, что «по всей вероятности, ей предшествовали еще более ранние, но неизвестные проекты...» Немного истории В глубокой древности человек уже использовал примитивные плавсредства из шкур животных, которые затем превратились в надувные лодки, плоты и даже корабли. Надувные матрацы из кожи применяли в походах солдаты Древнего Рима. Не могли не заинтересовать надувные конструкции и великого инженера Возрождения Леонардо да Винчи. Дж. Вазари свидетельствует: «Изготовив особенную восковую массу, он делал из нее ... тончайших, наполненных воздухом существ, которых он заставлял надуваться и взлетать вверх...» В дальнейшее развитие и совершенствование воздухоопорных зданий внесли свой вклад многие ученые и практики разных веков. Но особое развитие воздушные конструкции получили в XX столетии.  
1929 г. — Японец Кашениге Номура изготовил опытный образец палатки «Тент-модерн» размерами 2x2x2 м с каркасом из четырех пневмостержней.  
1936 г. — Профессор Г. И. Покровский, неоднократно выступает в печати с предложениями, относящимися к области «аэростатической архитектуры». Его статья «Тонкие пленки» открыла серию публикаций с оригинальными предложениями в этой области.  
1942 г.—Американец Герберт Г. Стивенс разработал проект перекрытия здания авиасборочного цеха в виде воздухоопорной оболочки диаметром 365 м из листовой (1,27 мм) стали.  
1946 г.—Американский авиационный инженер Уолтер У. Бэрд создал первое в мире реальное пневматическое сооружение (купол укрытия радиолокационной антенны).  
1956 г. — У. Бэрд организовал фирму «Бэрдэйр» и через год изготовил около 100 пневмосооружений.  
1958 г. — Первое пневматическое сооружение в Европе — павильон ПАНАМ на Брюссельской Всемирной выставке.  
1959 г. — Первое воздухоопорное здание в СССР — сферический купол диаметром 36 м.  
1960 г. — Первое произведение пневматической архитектуры — двухслойный воздухоопорный павильон передвижной выставки (В. Ланди, США).  
1964 г. — Э. Линк (США) разработал конструкцию первого подводного дома, в котором два акванавта пробыли 49 ч на глубине 132 м.  
1965 г. — Изобретение технологии бетонирования куполов на надувной опалубке (Д. Бини, Италия).  
1970 г. — Массовое (более 20 единиц) использование пневматических павильонов на ЭКСПО-70.  
1972 г. — Общее число пневматических сооружений во всем мире составляло около 20 тысяч.  
1976 г. — Число пневматических сооружений возросло до 50 тыс. единиц.  

«Кто бы мог подумать, что сказки о воздушных замках, наши дни обретут реальные очертания. Сегодня, конструкции, основой которых служит воздух, можно встретить во многих местах. В настоящее время воздушные сооружения нашли широкое применение в нашей жизни.» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ  КОНСТРУКЦИИ 

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 (ненадутом) 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 (пневмокаркасные) пневматические конструкции. 
 

Пневматические  сооружения отличаются от всех существовавших до их появления конструкций не только иной тектоникой, но и основными элементами и условиями, обеспечивающими существование пневматической формы. Рабочим элементом конструкции стал газ – воздух, находящийся в сжатом или разряженном состоянии по отношению к окружающему пространству. Перед конструкторами возникла проблема обеспечения относительной или полной герметизации всего сооружения или его деталей в зависимости в зависимости от выбранной конструкции. Это основное условие существования пневматических оболочек может быть сформулировано следующим образом: пневматическая форма должна иметь замкнутый объем. Для воздухоопорных конструкций это условие будет относиться к сооружению в целом, для воздухонесомых (пневмокаркасных) – к его деталям. Кроме основного условия мы можем выделить основные элементы, определяющие существование пневматической формы. Это оболочка, воздух и воздухонагнетающая система. Для всех типов пневматических конструкций

воздухонагнетающая  система (вентилятор, компрессор) –  обязательный элемент. Японский архитектор Ясуо Уесака так охарактеризовал пневматическую конструкцию: « Наперекор статичным деревянным, бетонным и стальным конструкциям, пневматическое сооружение – динамическая машина. Почему машина? Без электроэнергии бездействуют вентиляторы; без вентиляторов сооружение не имеет формы. Все сооружение есть не что иное, как механическая система, без которой нет сооружения». 
 

ВОЗДУХООПОРНЫЕ ОБОЛОЧКИ 

Оболочки воздухоопорных зданий, как правило однослойные. Очень редко встречаются двухслойные, принципиально возможны и многослойные. Устойчивость двухслойных оболочек, не связанных между собой, обеспечивается разностью давлений воздуха для каждого слоя. Для внешней оболочке, подверженной действию ветра и снега, эта разность больше, чем для внутренней, несущей только свою массу. 
Воздухоопорные оболочки (в том числе линзы) часто имеют усиление в виде канатов (тросов, лент) или тросовых сетей (см. рис. 2). Это своего рода "мягкий каркас", назначение которого - принять на себя значительную часть растягивающих усилий. Мягкий каркас позволяет увеличить пролеты оболочек, не повышая требований к прочности материалов.

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 свегопрозрачные вставки из соответствующих синтетических пленок. 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. Если при этом 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 (рис. XII.37 (рис. 6)).  
 
 

Рис. 6 
 

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 по рис. XII.38 (рис. 7). 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. 

Рис. 7 
 

А теперь я хотел  бы представить вашему вниманию: «Основные приемы и средства формообразования воздухоопорных пневматических сооружений». (см. рис. 8-10)

Рис. 8 

Рис. 9 
 
 

Рис. 10 
 

Классификация  основных средств и приемов формообразования предусматривает разделение их на следующие  группы: оболочки без элементов усиления, оболочки с элементами усиления, оболочки на вынесенном контуре опирания. 
 
 

ВОЗДУХООПОРНЫЕ ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ И ИХ ОСОБЕННОСТИ  

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 втром - 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: