Особенности конструкции современного авиационного ангара

Авиационный ангар ̶ это строение специального назначения, рассчитанное на сохранение исходных технических характеристик воздушного транспорта. В конструкции любой из этих машин есть сложные узлы и детали из материалов, подверженных порче при длительном воздействии агрессивных сред (атмосферная влага, пыль, зной, статическое электричество, снег, град, наледь). Значит, в ангаре должен быть создан внутренний климат, который предотвращал бы контакт самолета или вертолета с потенциально опасными веществами и условиями. У этого микроклимата два источника.

Во-первых, вентиляционная система, температурный режим и уровень влажности с возможностью настройки и регулировки.

Во-вторых, надежная изолирующая оболочка. Ни в бетонных, ни в каменных, ни в кирпичных постройках так и не удалось создать и поддерживать идеальную для сложной техники среду, особенно когда в машинах появились автоматические системы и цифровое управление. Главной проблемой оставались недостаточные водоотталкивающие свойства классических строительных материалов ХХ века и их высокая, относительно современных, теплопроводность. Кардинально вопрос смогли решить только авиационные ангары для самолетов и вертолетов из металлоконструкций.

Не менее важное требование к авиационному ангару - пожаро- и взрывобезопасность. В эпоху капитальных строений пристальное внимание уделялось вентиляции. Предполагалось, что своевременное удаление топливных паров является достаточными противопожарными мерами. Тем не менее, возгорания периодически происходили; тушение такого пожара сопряжено с большими трудностями, и, как правило, пламя полностью разрушало строение и приводило технику в негодность, а также отнимало у людей жизнь или здоровье.

На сегодняшний день проектирование, изготовление и строительство узкоспециализированных зданий пошло по другому пути. Металлические конструкции обрабатываются огнестойкими покрытиями, которые не допускают возгорания и распространения огня.

Еще одна важная конструкционная особенность - размеры помещения. Кроме основного отсека, который по очевидным причинам должен иметь большой объем, ангар предполагает наличие нескольких небольших технологических зон, где хранятся расходные материалы по уходу за транспортом и инструмент. Независимо от вида авиации, ангар проектируется без внутренних опор, поэтому его размеры прямо зависят от веса строительных материалов: чем легче каждый отдельный элемент, тем шире габариты строения и выше потолки. Бетонные, кирпичные и каменные здания имеют потолок размерности, у металлоконструкций он практически отсутствует. Кроме того, современные строения допускают установку широких распашных или подъемных ворот, которые плотно примыкают к земле. Уровень полов ангара равен уровню подъездного пути, порог отсутствует и необходимость в пандусах отпадает.

Вариантное проектирование

 

Для оценки конструктивных форм несущих конструкций здания рассмотрим три конструктивных варианта каркаса: балочная схема, арочная схема, рамная схема. Шаг несущих конструкций принят 12 м, для всех вариантов по умолчанию.

Габарит каждой конструкции определен из условия образования свободного пространства 96×108×21 м, что обеспечивает возможность размещения в нем проектного самолета с соблюдением всех требований. Габарит может быть уточнен в ходе дальнейшей разработки. Дальнейшие уточнения габаритных размеров здания не могут значительно повлиять на относительное изменение стоимости проектов, следовательно, полученные в результате сравнения результаты можно принять с достаточной степенью достоверности

 

В качестве вариантов предлагается рассмотреть:

Балочная схема

Конструкция поперечной рамы образована:

1 Стойки - двухветвевые колонны на планках жестко защемлены в плоскости рамы, из плоскости закреплены шарнирно. Устойчивость каркаса из плоскости обеспечивается вертикальными связями по колоннам образующих в торцах здания жесткие устойчивые блоки.

2 Ригель – шпренгельная ферма. Высота на опоре и в пролете подобраны исходя из общих рекомендаций (1/10)⋅ l и составляют 5 м и 10 м соответственно (размеры даны по граням конструкции, в расчетной схеме высота сечения меньше). Опирание на колонны – шарнирное.

Принципиальная схема варианта 1

Габариты здания в осях составляют:

- План – 96×108 м;

- Высота на опоре фермы – 22 м;

- Высота в пролете фермы – 32 м;

Таким образом, объем отапливаемого пространства составил

295,488 тыс. м³.

Вариант принят в разработку, так как является технологически более простым и распространенным.

Основными преимуществами данного варианта являются отсутствие распора от вертикальных нагрузок (чем достигаются наименьшие размеры колонн и фундаментов); простота статической схемы (упрощающей изготовление и монтаж основных несущих элементов); нечувствительность при разрезных схемах к осадкам опор.

Недостатками являются сравнительно большой расход стали и значительная высота главных ферм, назначаемая из условий оптимального веса и допустимых прогибов. Улучшить показатели расхода материала возможно за счет применения предварительного напряжения, а при неразрезной схеме и регулирования напряжений.

 

Арочная схема

Арка представляет собой решетчатую конструкцию постоянной высоты сечения подобранного по общим рекомендациям (1/24)⋅ l, что составляет 3,5 м. По статической схеме работы арка принята трехшарнирной, для снижения чувствительности конструкции к температурным воздействиям и осадкам опор. Арка принята без затяжки – распор передается на фундамент. Устойчивость сооружения из плоскости арки, как и в первом варианте, обеспечивается двумя связевыми блоками в торцах здания.

Габариты здания в осях составляют:

- План – 96×108 м;

- стрела подъема – 32,0 м.

Таким образом, объем отапливаемого пространства составил     

108,864 тыс. м³.

Основными достоинствами данного варианта по сравнению с каркасными сооружениями являются низкая стоимость возведения, наименьший расход металла на 1 м², а также быстрота возведения здания.

Недостатками являются более значительная, чем у балочных конструкций строительная высота и пролет здания, из-за чего увеличивается объем здания и площадь поверхности покрытия.

                    

 

                  Принципиальная схема варианта 2

 

 

 

Рамная схема

Каркас образован двухшарнирной рамой двутаврового сечения переменной жесткости. Устойчивость сооружения из плоскости рамы обеспечивается двумя связевыми блоками в торцах здания. Сечения элементов рамы являются составными и не могут быть подобранны при помощи программного комплекса, следовательно, расчет выполняется в несколько итераций: предварительный расчет рамы, как рамы постоянной жесткости, для выявления значений изгибающих моментов и подбора соответствующих параметров сечения. Изначально высота

сечения назначается из общих требований – для ригеля (1/28)⋅ l. Несколько уточняющих расчетов с последовательным изменением сечения согласно изменению эпюры моментов.

 

 

Габариты здания в осях составляют:

- План – 96×108 м;

- Высота в карнизном узле – 22,0 м;

- Высота в коньковом узле – 32,0 м.

Таким образом, объем отапливаемого пространства составил

295,488 тыс. м³.

Основные преимущества данного варианта - меньший вес, большая жесткость, меньшая высота ригелей, невысокая стоимость строительства и эксплуатации, простота монтажа и изготовления конструкций, а также данная конструктивная система создает максимальную свободу планировочных решений.

К недостаткам следует отнести большую ширину колонн, что часто приводит к излишним габаритам здания, чувствительность системы к неравномерным осадкам опор и изменениям температуры.

 

В разработку принят вариант 3, так как данный вид конструкций, является наиболее компактным. Обеспечивает наименьшие эксплуатационные расходы, сравнительно прост при монтаже, все конструкции заводской готовности, собираемые на высокопрочных болтах, являются негабаритными и могут без проблем транспортироваться всеми видами транспорта.

 

Заключение

Подводя итоги из вышесказанного, можно сделать вывод, что строительство из металлических конструкций – это очень точный технологический процесс, который требует наивысшей степени организованности и дисциплины строительного производства.

Строительство из металлоконструкций должно занять свою нишу в строительных потребностях человека, исходя из экономических и технологических особенностей всего процесса возведения зданий и сооружений.

Строительное производство с надлежащим контролем качества будет отвечать всем современным требованиям, достоинства будут превосходить недостатки и радовать своих потребителей надежностью, качеством и долговечностью.