2.3. Воздухонесомые конструкции

Воздухонесомые конструкции – конструктивные элементы стержневые ( балки, стойки, аркти и т.д.) или панельные ( орто- или изотропные). Давление воздуха в их оболочках в пределах 50…700 кПа создается компрессорами при разовом или редком периодическом наполнении, что требует очень высокой герметичности оболчки.

Функциональное отличие между воздухоопорными и воздухонесомыми сооружениями состоит в том, что эксплуатируемое пространство первых находится под избыточным давлением, тогда как для вторых оно остается атмосферным (таб.1.).

Пневматические стержни представляют собой линейные элементы, выкроенные из рулонных материалов или из цельнотканых рукавов. Прямые стержни используют как балки или стойки, криволинейные – как арки, а с изломами оси - как рамы.

Пневматические арки бываю двух видов: низкого и высокого давления. Арки низкого давления (от 40 до 100 кПа) выполняют в виду набора коротких цилиндрических оболочек, выкраиваемых из рулонных материалов, обычно используемых для воздухоопорных оболочек. Арки высокого давления (до 700 кПа) делают из прорезиненных или снабженных камерами цельнотканых рукавов. Превращение их в пневмоарки происходит при стягивании концов не полностью надутых прямых стержней. Ось арки принимает очертание эластики – линии, кривизна которой растет от концов к середине.

Пневматические панели – конструкции из двух полотнищ, соединенных между собой линейными или точечными стяжками и образующих сводчатые или купольные покрытия. Пневматические панели делятся на ортотропные и изотропные. Ортотропные панели выполняют из материалов воздухоопорных оболочек. Изотропные панели состоят из двух слоев ткани, соединенных между собой множеством нитей. После наружной обрезинки, герметизации контура и наполнения воздухом под давленипем 50…100 кПа панели приобретают необходимую жесткость и несущую способность во всех направлениях [4].

2.4. Смешанные и комбинированные пневматические конструкции

Пневматические конструкции могут применяться в сочетании с другими жесткими или гибкими конструкциями.

При сочетании воздухоопорных оболочек с жестким кольцом получаются линзообразные конструкции.

Жесткое кольцо, выполненное из металла или железобетона, опирается на колонны. Оболочки, закрепленные к кольцу, создают бесчердачное покрытие здания. При этом в линзообразной оболочке давление избыточное, а в перекрываемом здании обычное [3].

2.4. Разновидности оболочек

Оболочки усиленные канатами или сетками. Канаты воспринимают основные усилия, возникающие в воздухоопорном сооружении при действии внутреннего давления воздуха и внешних нагрузок, тогда как оболочка выполняет локальные функции, работая как мембрана в пределах площади, ограниченной канатами (Рис.5).

Существует три группы мягких оболочек, усиливаемых канатами или сетками:

1) при мелкой сетке (измеряемой сантиметрами) форма сооружения определяется раскроем сетки; тонкая и малопрозрачная оболочка обеспечивает только воздухонепроницаемость;

2) при малом (до 1 м) шаге канатов общая поверхность сооружения проектируется гладкой; местные выпуклости оболочки между канатами образуются за счет упругих деформаций материала; оболочка с канатами не связана и взаимные смещения их свободны;

3) при большом (в несколько метров) шаге канатов (крупной сетке) общая поверхность сооружения расчленяется канатами на ряд выпуклых, специально выкраиваемых участков оболочки.

Оболочки с промежуточными опорами (оттяжками). Проблема покрытия больших площадей пневматическими оболочками может быть решена путем постановки внутренних промежуточных опор в виде оттяжек или диафрагм (рис.6).

Двухслойные оболочки. Назначение второго слоя воздухоопорной оболочки – повышение теплотехнических и акустических показателей пневматического сооружения (Рис.7).

Существует три способа поддержания внутренней оболочки, которая, не будучи повреждена атмосферным воздействиям, делается из легких и дешевых материалов:

1) раздельный поддув воздуха под наружную и внутреннюю оболочки;

2) использование естественной разницы давлений над и под внутренней оболочкой при наличии в ней ряда отверстий;

3) подвеска к наружной оболочке.

Замкнутые оболочки. К замкнутым относятся линзовидные и трансформирующиеся оболочки. Пневмолинзы состоят из двух оболочек – верхней и нижней, соединенных между собой по периметру и передающих распор жестким системам по всему контуру или в отдельных точках.

Формообразование пневмолинз подчиняется тем же законам, что и воздухоопорных оболочек, в том числе усиленных канатами или сетками. Предварительное натяжение обеспечивается избыточным давлением или вакуумом (рис.8).

Трансформирующиеся оболочки. К трансформирующимся относятся замкнутые оболочки, изменяющие свою форму при росте или падении внутреннего давления с одновременным изменением схемы опорных креплений. Трансформации могут подвергаться как воздухоопорные здания в целом, так и их части или детали (рис.9) [4].