ПЕРСПЕКТИВЫ  ПРИМЕНЕНИЯ  НЕЛИНЕЙНЫХ  МЕМБРАННО-СТЕРЖНЕВЫХ  ПНЕВМАТИЧЕСКИХ  СООРУЖЕНИЙ  В  РОССИИ

Амоян  Миша  Фрикович

Костюхина  Мария  Владимировна

Поляков  Юрий  Александрович

студенты  2  курса,  института  САДИ,  СГТУ  имени  Гагарина  Ю.А.,  РФ,  г.  Саратов

E -mail:  ezid-007@yandex.ru

Ким  Алексей  Юрьевич

научный  руководитель,  д-р  техн.  наук,  профессор  кафедры  ТСК,  СГТУ  имени  Гагарина  Ю.А.,  г.  Саратов

Статья  посвящена  разработке  новых  быстровозводимых  предварительно  напряжённых  мембранно-стержневых  и  пневматических  сооружений  многоцелевого  назначения.  Предлагаемые  системы  являются  капитальными  сооружениями,  отличающимися  высокими  технико-экономическими  показателями  при  пролетах  до  100  метров.

Студенты  2  курса  Саратовского  государственного  технического  университета  имени  Гагарина  Ю.В.  под  руководством  профессора  кафедры  ТСК  Кима  Алексея  Юрьевича  разработали  несколько  вариантов  мембранно-стержневых  и  пневматических  покрытий  быстровозводимых  сооружений  универсального  назначения.

Разработанное  авторами  статьи  пространственное  предварительно  напряжённое  сооружение  содержит  внешнее  опорное  кольцо  и  облегчённое  мембранно-стержневое  покрытие  с  нижней  вогнутой  и  верхней  выпуклой  мембранами.  Мембраны  закреплены  во  внешнем  опорном  кольце  и  усиленными  канатами,  соединёнными  между  собой  распорками  (рис.  1).  Мембраны  покрытия  сооружения  (рис.  2)  могут  быть  выполнены  из  полупрозрачных  долговечных  плёнок  [2,  3].

Опорное  кольцо  покрытия  сооружения  выполнено  сквозным  в  виде  шарнирно-стержневой  фермы,  опёртой  на  внутренние  колонны  и  имеющей  прямоугольное  или  шестиугольное  очертание  в  плане.

Предварительно  напряжённое  мембранно-стержневое  покрытие  сооружения,  с  целью  повышения  жесткости  мембран  и  их  долговечности,  может  быть  усилено  за  счёт  пневматического  эффекта.  В  этом  случае  сооружение  снабжено  воздухонагнетательным  вентилятором  с  воздуховодами  и  датчиками  давления  воздуха,  а  мембранно-стержневое  покрытие  с  нижней  вогнутой  и  верхней  выпуклой  мембранами,  закрепленными  во  внешнем  опорном  кольце  и  соединёнными  между  собой  распорками,  образуют  герметически  замкнутую  полость  с  избыточным  давлением  воздуха.

В  случае,  когда  мембранно-стержневое  покрытие  сооружения  выполнено  пневматическим,  необходимое  предварительное  напряжёние  его  может  быть  достигнуто  за  счёт  избыточного  давления  воздуха  пневмолинзы  и  число  распорок  в  двухпоясном  покрытии  может  быть  уменьшено.  Наибольший  экономический  эффект  достигается  тогда,  когда  распорки  в  пневматическом  покрытии  вообще  отсутствуют  (рис.  3).  Покрытие  в  этом  случае  становится  особенно  лёгким,  материалоёмкость  сооружения  снижается  (рис.  4),  но  появляется  некоторая  зависимость  несущей  способности  покрытия  от  технического  состояния  специального  оборудования:  вентилятора,  щелочного  аккумулятора  и  т.  д.

В  отличие  от  воздухоопорных  сооружений,  линзообразные  пневматические  сооружения  не  требуют  герметизации  внутреннего  помещения  и  устройства  шлюзов  [1].

Рисунок  1.  Расчетная  схема  мембранно-стержневого  сооружения

Рисунок  2.  Быстровозводимое  мембранно-пневматическое  сооружение

Рисунок  3.  Расчетная  схема  мембранно-канатного  сооружения

Рисунок  4.  Быстровозводимое  мембранно-пневматическое  сооружение,  усиленное  канатами

На  рис.  5  показано  сооружение  с  оконным  витражом,  расположенным  по  внешнему  контуру  покрытия,  на  рис.  6  —  интерьер  внутреннего  помещения.

Относительно  низкая  материалоемкость  и  стоимость  сооружения  в  сочетании  с  надежностью  и  долговечностью  конструкций  обеспечивают  высокую  экономическую  эффективность  сооружения.

Рисунок  5.  Мембранно-пневматическое  сооружение  с  прозрачным  покрытием

Рисунок  6.  Внутренний  интерьер  мембранно-пневматического  сооружения

Уклон  кровли  за  счёт  выпуклого  очертания  верхней  мембраны  обеспечивает  необходимый  водоотвод  с  покрытия  естественных  осадков.  Наличие  пневматической  линзы  в  покрытии  обеспечивает  хорошие  теплозащитные  свойства  здания  как  летом,  так  и  зимой.  Удаление  снега  с  покрытия  можно  осуществлять  подачей  нагретого  воздуха  в  пневмолинзу.

За  рубежом  построено  более  100  тысяч  мембранно-пневматических  сооружений  различного  типа  благодаря  их  низкой  себестоимости.

Расход  стали  в  капитальных  сооружениях  со  стальным  мембранно-пневматическим  покрытием  при  пролетах  порядка  70  м  обычно  в  несколько  раз  меньше,  чем  в  сооружениях  с  традиционным  покрытием.  При  этом  чем  больше  пролет  покрытия,  тем  меньше  материалоемкость  мембранно-пневматических  сооружений  по  сравнению  с  традиционными.

Научным  руководителем  авторов  статьи  разработан  алгоритм  расчёта  пространственных  предварительно  напряжённых  линзообразных  покрытий  сооружений  больших  пролётов  шаговым  методом  последовательных  нагружений  [4]  с  поэтапным  применением  метода  конечных  элементов  [5].

Алгоритм  расчёта  позволяет  учитывать  геометрическую  и  конструктивную  нелинейность  системы.  На  каждом  шаге  приращения  параметров  системы  применяется  итерационная  процедура  Эйлера-Коши  третьего  порядка  точности.  Достаточную  для  инженерных  расчётов  точность  результатов  можно  получить  итерационным  расчётом  уже  при  одном  шаге  нагружения.  В  тех  случаях,  когда  канаты  могут  временно  выключаться  из  работы,  осуществляется  многошаговый  процесс  расчёта  системы.

Авторы  статьи  надеются,  что  разработанные  сооружения  найдут  достойное  применение  в  современной  инфраструктуре  Российской  Федерации.

Список  литературы:

1.Ермолов  В.В.  Воздухоопорные  здания  и  сооружения.  М.:  Стройиздат,  1980.  —  304  с.

2.Ким  А.Ю.  Расчет  воздухоопорных,  линзообразных  и  комбинированных  пневматических  систем  сооружений  с  учетом  упругих  свойств  воздуха.  Депонированная  рукопись  в  ВИНИТИ  №  77-В2006  25.01.2006  г.

3.Ким  А.Ю.  Расчет-пневматических  систем  с  учетом  нелинейных  факторов  кн.  2.  Дискретные  расчетные  схемы.  Депонированная  рукопись  в  ВИНИТИ  №  1547-В2000  29.05.2000г.

4.Ким  А.Ю.  Расчет  пространственных  мембранно-стержневых  систем  с  использованием  пакета  прикладных  программ  "Статика".  Депонированная  рукопись  в  ВИНИТИ  №  76-В2006  25.01.2006.

5.Ким  А.Ю.  Статический  и  динамический  расчет  воздухоопорных  и  линзообразных  мембранно-пневматических  систем.  Депонированная  рукопись  в  ВИНИТИ  №  909-В2003  12.05.2003.