Пневматические конструкции

Пневматические конструкции изобретены в ХХ веке и применяются в строительстве с 40-х годов. Конструкция выполняется из воздухонепроницаемой прорезиненной ткани, синтетической пленки или другого мягкого материала. Конструкция занимает проектное положение благодаря избыточному давлению заполняющего ее воздуха. Различают два типа пневматических конструкций – воздухоопорные и пневмокаркасные (рис. 3.81).

Рис. 3.81 Пневматические конструкции. Принцип действия и схемы:

а – воздухоопорная; б – пневмокаркасная; 1 – воздухоопорная оболочка; 2 – шлюз;

3 – компрессор; 4 – анкер для крепления к земле; 5 – окно – иллюминатор из

светопрозрачного пластика; 6 - пневматическая арка; 7 – продольные связи - растяжки

Воздухоопорные конструкции используются в виде оболочек, полностью перекрывающих запроектированное помещение. Проектное положение воздухоопорной пленки обеспечивается избыточным давлением крайне незначительной величины (0,002 – 0,001 ат), которое не ощущается людьми, находящимися в помещении. Для сохранения постоянного уровня избыточного давления входы в помещения осуществляются через специальные шлюзы, оборудованные герметически закрывающимися дверьми, а в систему инженерного оборудования здания включены вентиляторы, подкачивающие воздух в эти помещения. Характерные величины пролетов воздухоопорных оболочек – 18-24 м, но в уникальных сооружениях они могут быть значительно больше.

Если в сооружении несущей конструкцией служат заполненные воздухом трубы, образующие его каркас, то такие сооружения называют воздухонесущими или пневмокаркасными.

Пневматические каркасы выполняют из длинных узких баллонов, в которых поддерживают избыточное давление в 0,3 – 1,0 атм. Конструктивная форма такого каркаса – арочная. Арки устанавливают вплотную друг к другу (образуя сплошной свод или купол) либо на расстоянии. При устройстве сплошного купола или свода смежность баллонов обеспечивается устройством их из двух сплошных полотнищ, прошитых параллельными швами по ширине баллонов с образованием пневмопанели.

При раздельной установке арок их устойчивость из плоскости обеспечивают растяжками, которые также служат промежуточными опорами для водо- и воздухонепроницаемости ткани покрытия, натягиваемой по аркам. Шаг арок принимают 3 – 4 м., пролеты – от 12 до 18 м. Для изготовления арок применяют армированные материалы либо заключают их в силовые оболочки из ткани или сетки. При изго­товлении пневмокаркасов отдельные их секции разделяют перегородка­ми, чтобы в случае падения давления в одном из отсеков все сооруже­ние нормально функционировало.

Пневматические конструкции применяют преимущественно для временных сооружений, требующих быстрого монтажа и демонтажа. Разнообразные пневматические конструкции активно используются в рекламных целях при возведении временных выставочных павильонов. Широко применяют пневматические конструкции в качестве опалубки при возведении монолитных железобетонных оболочек.

Достоинство пневмокаркасных конструкций — незначительная зат­рата энергии, необходимой для поддержания давления в арках; кро­ме того, отпадает необходимость в специальных входных и въездных устройствах. Недостатки их заключаются в высокой первоначальной стоимости и ограниченных пролетах (рис. 3.83). Самое крупное из известных до сих пор сооружений пневмокаркасной конструкции имеет пролет 18 м при высоте 9 м.

С ростом величины пролета (свыше 24 м) возрастает экономическая эффективность применения пространственных криволинейных, складчатых, висячих и других конструкций. В уникальных по назначению сооружениях при выборе несущих конструкций помимо технических большое значение приобретают художественные задачи – возможность использования в архитектурной композиции выразительности конструктивной формы (рис. 3.82).

Рис. 3.82 Схемы формообразования (работа студента)

Рис. 3.83 Спортзал в Готвальде (работа студента)

Здание Олимпийского водного стадиона (рис. 3.84), за свою правильную прямоугольную форму и «пузырчатый» внешний вид получившее название «Водный куб», включает в себя 5 бассейнов для плавания, дайвинга, синхронного плавания, водного поло и прыжков с вышки. Его размеры в плане 177х177 м, высота 30 м., общая площадь 90 000 м².

Внешне это уникальное сооружение похоже на гигантский куб, стороны которого заполнены 3000 специальных «подушек» ярко-синего цвета, выполненных из тефлона и надутых воздухом.

В основу идеи «Водного куба» положен принцип обычной садовой теплицы – стальной каркас, покрытый пленкой, а внутренние помещения нагреваются под воздействием солнечных лучей. То есть внешних стен в их обычном понимании в этом здании просто нет.

Рис. 3.84 Монтаж стен из «пузырьков» при строительстве

Олимпийского водного стадиона в Пекине