17. Пневматические конструкции. Пневмокаркасные конструкции. Принципы работы. Основы расчета.

18. Конструкции основных ответственных узлов тентовой конструкции

Тентовое по­крытие, будучи чрезвычайно легким, очень чувствительно к ветровому воз­действию, как положительному, так и отрицательному (отсосу). Тяжести тента совершенно недостаточно, чтобы уравновесить отсос. Тент, натянутый на плоский контур или закрепленный в точках, лежащих в одной плоскости, неустойчив под воздействием ветра и «полощет», что быстро приводит к из­носу материала оболочки. Поэтому по­верхность покрытия должна быть та­кой, чтобы тент в равной степени сопро­тивлялся нагрузкам противоположных направлений. Этому требованию удов­летворяют оболочки с поверхностью отрицательной гауссовой кривизны. Бу­дучи предварительно напряжены, они испытывают двухосное растяжение. При приложении нагрузки любого зна­ка натяжение по одной из осей такой оболочки возрастает (не доходя до разрывного), а по другой уменьшается (не доходя до нулевого). Этим обес­печивается «жесткость формы» тента, стабильность его поверхности (рис. 1).

Т

Рис. 1 Поверхность тентового покрытия:

а —Основной признак – центры главных кривизн О₁ и О₂ расположены по разные стороны поверхности; б, в — Работа оболочки тента при действии внешней нагрузки, направленной вниз (б); вверх (в).

ент вообще может существовать, будучи закрепленным в трех точках и туго натянутым. Однако при этом он будет плоским и, следовательно, не­стабильным. Условие образования стабильной формы требует наличия четвер­той точки крепления, не лежащей в плоскости трех остальных. Эта чет­вертая точка может находиться на контуре оболочки или быть внутри кон­тура (выше или ниже его). Тот же принцип лежит в основе формообразо­вания тентов, имеющих жесткий кон­тур. Плоский замкнутый контур не обеспечивает условий образования «же­сткой формы». Она возникает либо при появлении дополнительной (четвер­той) точки крепления, не лежащей в плоскости контура, либо при искрив­лении или изломе последнего, с превра­щением его из плоского в простран­ственный.

Тентовым покрытиям свойственно бесконечное многообразие форм. Тем не менее все они отличаются друг от друга либо способом закрепления контура (точечным или линейным), либо наличием или отсутствием внутриконтурных опор. Можно выделить че­тыре основных способа формообразо­вания тентовых оболочек (табл. 1), каждый из которых полностью опре­деляет формы простых оболочек, а более сложные образуются их комбинированием.

О сновные типы оболочек

Оболочки с контурным закрепление

Оболочки с внутриконтурным закреплением

Оболочки с несколькими закреплёнными точками контура (с гибким контуром)

Оболочки, закреплённые на жёстком пространственном контуре (с жёстким контуром)

Оболочки с внутриконтурными точками, оттянутыми наружу сооружения (с внутриконтурными опорами)

Оболочка с внутриконтурными точками, втянутыми внутрь сооружения (с внутриконтурными оттяжками)

При проектировании поверхности тентового покрытия предполагают, что опорные конструкции обеспечивают равномерное натяжение оболочки во всех направлениях. Состояние равнонапряженности характерно для минимальных поверхностей, признаком ко­торых является нулевая средняя кри­визна H: .

Минимальную поверхность при заданных граничных условиях идеаль­но моделирует мыльная пленка, свой­ства которой нередко используют при проектировании мягких оболочек в ка­честве первого приближения к иско­мой форме.

Контур тентового покрытия может быть гибким в виде троса, вшитого в его кромку, или жестким. Трос работает (как гибкая нить) на растяжение, выпуклые элементы жесткого контура (как арки) — на сжатие, прямые (как балки) на изгиб (рис. 2). В тен­товых покрытиях используют комбина­ции контурных элементов (табл. 2), что позволяет широко разнообразить архитектурные композиции.

Наибольшие напряжения тентовых покрытий возникают в местах контакта оболочки с фиксированными точками опорных конструкций Они концентри­руются в областях при вершинах плоских углов крепления кромок гибкого контура или телесных углов в местах контакта оболочки с внутри контурным и стойками или оттяжками (рис. 3, а-ж).

Проблему перекрытия тентами больших площадей решают, используя про межуточные опоры с шагом, определяемым прочностью материала обо­лочки (обычно при отсутствии тросо­вого усиления до 12 м). Во избежа­ние загромождения полезного пространства стойками их нередко заменяют подвесками, радиально идущими от вершины одной или нескольких мачт, установленных рядом с тентом или под ним (рис. 4). При большом шаге промежуточных опор рационален прием нарочитого оттягивания некоторых то­чек оболочки книзу, что приводит не только к повышению ее стабильности, но и позволяет увеличить шаг стоек. Чередование оттяжек и стоек придает поверхности тента сложный холмисто-котловинный рельеф, искусное проектирование которого порождает выра­зительные и порой фантастические архитектурные формы (особенно эф­фектные в интерьере), чему имеется немало примеров в мировой прак­тике.

Роль конструктивных элементов, прижимающих оболочку книзу, могут играть не только оттяжки, но в неко­торых случаях и канаты, наложенные на оболочку сверху и притянутые к анкерам (рис. 5).

Особую группу составляют тенто­вые покрытия, подвешиваемые (или, наоборот, накидываемые) к жесткому стержневому каркасу в виде купола или свода.

Тентовое покрытие — предвари­тельно напряженная конструкция. На­тяжение тента осуществляется оттяги­ванием углов, подъемом опорных сто­ек, притягиванием промежуточных то­чек тента к земле, искривлением жест­кого опорного контура и т. п. В резуль­тате в тентовом покрытии создается напряжение n₀ Внешние нагрузки (на­пример, давление ветра) вызывают в нем другую серию напряжений n_p, среди которых могут быть и сжимаю­щие. Смысл расчета состоит в том, чтобы, во-первых, установить такую степень предварительного натяже­ния, при которой сумма n₀₊n_p^min не бы­ла бы отрицательной, т. е. не возникало бы сжатие, а во-вторых, чтобы сумма n₀₊n_p^max не превышала расчетного сопротивления материала тента.