Практика применения
Практика применения пневматических конструкций воздухоопорного типа. Идея использования "воздушных баллонов" для перекрытия помещений была выдвинута еще в 1917 г. У. Ланчестером. Впервые пневматические конструкции были использованы в 1945 г. Фирмой "бэрдэр" (сша) для покрытий самых разнообразных сооружений (выставочных залов, мастерских, зернохранилищ, складов, плавательных бассейнов, теплиц и т.Д.). Крупнейшие полусферические оболочки этой фирмы имели диаметр 50 … 60 м. Первые пневматические сооружения отличались формами, продиктованными не требованиями архитектурной выразительности, а соображениями простоты раскроя полотнищ.
За время прошедшее со дня монтажа первого пневматического купола, пневматические сооружения быстро и широко распространились во всех странах мира, имеющих развитую промышленность химии полимеров. Однако творческая фантазия архитекторов, обращавшихся к пневматическим конструкциям, искала новые формы. В 1960 г. Ряд южноамериканских столиц объехала передвижная выставка, размещенная под пневматической оболочкой. Ее спроектировал архитектор виктор ланди, которого следует считать все-таки первооткрывателем пневматической архитектуры, поскольку он старался привести форму в соответствие не только с функцией сооружения, но и с общим архитектурным замыслом. И, действительно, здание имело интересную эффектную форму и привлекло внимание посетителей (лист 36). Длина здания 92 м, наибольшая ширина 38 м, высота 16,3 м. Общая перекрываемая площадь 2500 м2.
Это сооружение интересно и тем, что покрытие образуют две тканевые оболочки. Чтобы удержать их на постоянном расстоянии друг от друга, использовалась градация внутреннего давления. Каждая из оболочек имеет независимые источники нагнетания. Пространство между наружной и внутренней оболочкой разделено на восемь отсеков для того, чтобы обеспечить несущую способность оболочки в случае местного прорыва оболочки. Воздушная прослойка между оболочками является хорошей изоляцией от солнечного перегрева, что позволило отказаться от охлаждающих установок. В торцах оболочки установлены жесткие рамы, в которые вмонтированы вращающиеся двери для входа посетителей. К диафрагмам примыкают входные навесы в виде прочных воздухонесомых сводов. Эти своды служат для установки двух временных гибких диафрагм, образующих шлюз, когда в павильон вносятся громоздкие экспонаты и оборудование. Форма сооружения и применение тканевых оболочек обеспечивают во внутренних аудиториях хорошие акустические условия. Общая масса сооружения, включая все металлические детали (двери, воздуходувки, крепления и т.Д.) составляет 28 тн. При транспортировке здание занимает объем 875 м3и помещается в одном железнодорожном вагоне. Для возведения сооружения требуется 3–4 рабочих дня при числе работающих 12. Весь монтаж производится на земле без применения кранового оборудования. Оболочка заполняется воздухом за 30 мин и рассчитана на восприятие ветровой нагрузки до 113 км/ч. Автор проекта павильона архитектор в. Ланди.
Станция космической радиосвязи в райстинге (фрг), выстроена по проекту инженера у. Бэрда (сша) в 1964 г., имеет мягкую оболочку диаметром 48 м, выполненную из двухслойной ткани дакрон с покрытием из хайпалона. Полотнища ткани в слоях расположены под углом 45 градусов друг к другу, что придает оболочке некоторую жесткость при сдвиге. Внутреннее давление в оболочке может находиться в пределах 37 … 150 мм водяного столба (лист 36).
Выставочный павильон фирмы фуджи на всемирной выставке в осаке (1970 г.) создан по проекту архитектора мурата и представляет собой пример решения здания с использованием прогрессивных технических решений. Покрытие павильона состоит из 16 воздушных рукавов-арок диаметром 4 м и длиной 72 м каждая, соединенных друг с другом через 5,0 м. Наружняя поверхность их покрыта неопреновой резиной. Избыточное давление в рукавах-арках – 0,08 … 0,25 атм. Между каждыми двумя арками уложены два напряженных стальных троса для стабилизации всего сооружения (лист 37).
Архитектор в. Ланди и инженер Бэрд запроектировали несколько пневматических куполов для всемирной выставки в Нью-Йорке 1964г., предназначенных для размещения ресторанов. Купола были скомпонованы в виде пирамиды или сфер. Оболочки из ярких цветных пленок имели фантастически нарядный вид.
Покрытие летнего театра в бостоне (сша) выполненное инженером у. Брендом в 1959 г., представляет собой круглую в плане дискообразную оболочку диаметром 43,5 м и высотой в центре 6м. В край оболочки заделан трос, который в отдельных точках прикреплен к опорному кольцу из стальных профилей. Избыточное внутреннее давление воздуха в оболочке поддерживается двумя непрерывно работающими воздуходувками и составляет 25 мм водного столба. Масса конструкции оболочки 1,22 кг/м2. На зиму покрытие убирается.
Павильон на сельскохозяйственной выставке в Лозанне (Швейцария). Автор проекта ф. Отто (штутгарт), фирма "штромейер" (фрг). Покрытие в виде "парусов" гиперболо-параболической формы представляет собой оболочку из армированной поливинилхлоридной пленки, усиленной системой пересекающихся предварительно напряженных тросов, которые крепятся к анкерам и стальным мачтам высотой 16,5 м. Пролет 25 м (лист 38, а).
Открытая аудитория на сельскохозяйственной выставке в маркклееберге (гдр). Авторы: объединение "деваг", бауэр (лейпциг), рюле (дрезден). Складчатое покрытие в виде системы предварительно напряженных проволочных тросов диаметром 8, 10 и 15 мм натянутой между ними оболочки. Покрытие подвешено к 16 гибким стальным стойкам и закреплено оттяжками к 16 анкерным болтам. Покрытие рассчитано как вантовая конструкция на ветровой напор и откос равные 60 кг/м2 (лист 38) история многовекового развития мирового строительного искусства свидетельствует о той большой роли, которую играют пространственные конструкции в общественных зданиях. Во многих выдающихся произведениях зодчества пространственные конструкции являются неотъемлемой частью, органически вписывающихся в единое целое.
Усилия ученых, проектировщиков и строителей должны быть направлены на создание таких конструкций, которые открывали бы широкие возможности для различной функциональной организации зданий, на совершенствование конструктивных решений не только с инженерной стороны, но и с точки зрения улучшения их архитектурно-художественных качеств. Вся проблема должна решаться комплексно, начиная с изучения физико-механических свойств новых материалов и кончая вопросами композиции интерьера.
Это позволит архитекторам и инженерам подойти к решению главной задачи – массовому строительству функционально и конструктивно оправданных, экономичных и архитектурно-выразительных общественных зданий и сооружений самого различного назначения, достойных современной эпохи.
а
б
в
г
Рис…. воздухонесомые конструкций
а,б - пневмопанельные, в- пневмопанельная конструкция состоит из пневматических полимерных мембран-подушек, заключенных в алюминиевые профили и поддерживаемых легкой несущей конструкцией, г - пневмокаркасные
Рис…. воздухоопорные
1 - шлюз
2 – растяжка между пневмоарками
3 – стойки поддерживающие пневмолинзу
4 - оттяжки
рис… Классификация покрытий и их элементы
Рис…..
а- воздухонесомые, б - воздухоопорные
|
рис…. каркасно-тентовые палатки, павильоны
Найти материалы из которых эти системы могут выполняться (оцинковка ,алюмин спалы….???? И есть деление этой системы на подсистемыв зависимости от чего-то!!!!!
Быстровозводимые здания ( полнокомплектные ) из легких металлоконструкций – посмотреть отсюда чего нет ниже и как они соотносятся между собой. Это должно быть более обобщающее написано, а след. Часть (напечатана черным цветом) подробно конкретно про одну из разновидностей этой системы Технология возведения быстровозводимых зданий из легких металлоконструкций переживает в настоящее время бурное развитие. Ее растущая популярность связана в первую очередь с тем, что она решает проблему образования "мостиков холода" в наружных стенах при использовании металлических конструкций (характеризующихся, как известно, высокой теплопроводностью). Разработаны специальные стальные конструкции, так называемые, "термопрофили" имеющие минимальное поперечное сечение и прорезанные в шахматном порядке сквозными канавками для увеличения пути прохождения теплового потока. Это позволяет при уменьшении несущей способности примерно на 10% уменьшить теплопроводность на 80-90%, в зависимости от типа профиля. В результате этого конструкция приобретает тепловые характеристики, свойственные аналогичной деревянной. Помимо "термопрофилей" при строительстве быстровозводимых зданий применяются также внутренние стеновые профили с улучшенными виброакустическими характеристиками, стальная обрешетка, металлические стропила или фермы и т.д. Все стальные элементы конструкции являются оцинкованными, что защищает их от коррозии на длительное время. Конструкция стены при данной системе быстровозводимых зданий включает в себя каркас из стальных перфорированных профилей ("термопрофилей"); обшивки со стороны помещения из гипсокартонных листов; слой пароизоляции; слой теплоизоляции, чаще всего из минераловатных плит (располагаемых в полости каркаса); наружную обшивку из гипсокартонных листов и защитно-декоративного слоя той или иной конструкции. Благодаря утеплителю, воздухопроницаемости и ветрозащите, конструкция обладает высокими показателями влажностного режима. Чтобы эти (теоретические) показатели реализовывались на практике, при монтаже утеплителя нельзя допускать полости или зазоры, например, в углах между изоляционными плитами или между изоляцией и поверхностью плит. Ветрозащитные плиты должны быть установлены в сплошную конструкцию при минимальных швах. Воздухопроницаемость конструкции обеспечивается тщательным настилом сплошной пароизоляционной пленки под гипсокартонную плиту с соблюдением при этом инструкции по устройству пароизоляции. Осуществляются также и другие мероприятия. Согласно результатам исследования, температура на внутренней поверхности стены в месте профиля достаточно высока, чтобы воспрепятствовать образованию конденсата на тыльной стороне стены или на поверхности парозащитной пленки. Стены могут собираться поэлементно непосредственно на соответствующим образом выполненном фундаменте или предварительно изготавливаться в виде панелей той или иной степени готовности (на стройплощадке, на участке предварительной сборки или в заводских условиях), а затем монтироваться (при необходимости с последующей доделкой). Следует отметить, что все стальные профили для монтажа сборочных единиц обрезаются в размер на заводе согласно спецификации, что избавляет строителей от подгонки деталей по месту. В случае использования готовых панелей монтаж происходит гораздо быстрее, при этом благодаря их небольшому весу наличие на стройке тяжелой грузоподъемной техники не требуется. Данная технология быстровозводимых зданий может также применяться и для возведения многоэтажных объектов. В данном случае панели (размером на комнату), собранные из "термопрофилей" являются самонесущими элементами, в которых горизонтальные усилия, относящиеся к панелям, посредством вертикальных стоек передаются к нижним и верхним направляющим профилям панели, откуда они посредством элементов крепления передаются к междуэтажным перекрытиям здания.
Рис. внешний вид системы из ЛСТП
Здания с несущим каркасом из тонкостенных стальных гнутых оцинкованных профилей возводятся малоэтажными (до 3 этажей). Возможные направления использования таких зданий: для индивидуального жилого строительства, таунхаусов, для предприятий малого бизнеса и небольших гостиниц.
Данная строительная система позволяет при возведении зданий обойтись без мокрых технологических процессов. Эта система известна сегодня как "СТАПДОМ" - Современная Технология Альтернативного Легкосборного Домостроения. Система "СТАПДОМ" состоит из следующих подсистем:
Несущие наружные стены зданий состоят из:
Рассмотрим подробнее устройство отдельных конструкций зданий из ЛСТК. Стены и перегородки. Применение легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) из просечного профиля значительно снижает массу конструкции и сокращает потери тепла через стены из-за удлинения пути холодного потока. Толщина материала профиля также влияет на снижение теплопотерь, которые сопоставимы с теплопотерями строений с деревянным каркасом. Перфорированные стальные профили изготавливаются высотой сечения 100, 120, 145. 150, 170, 195, 200 мм. Перфорированные профили, а так же сплошные профили для перекрытий и покрытий производятся из полос тонколистовой горячеоцинкованной стали с пределом текучести не менее 350 МПа. Масса цинкового покрытия составляет не менее 275 г/м2, что соответствует толщине слоя цинка 20 мкм с обеих сторон. После выполнения резов и просечек в таких профилях нет необходимости в какой либо дополнительной обработке, так как слой цинка при просечке или торцевой резке профиля обладает "залечивающим эффектом", т.е. он переходит на незащищенные поверхности. Наружная облицовка стен выполняется по принципу вентилируемого фасада, что обеспечивает проветривание утеплителя. Приток воздуха осуществляется через специальные продухи, расположенные у окон, дверей, в парапетах и у цоколя наружных стен. Конструкция стены позволяет использовать для внешней отделки любые материалы: кирпич, сайдинг, деревянные панели, стекло, стальные кассеты Высота этажа может достигать 4,2 м, а свободный пролет покрытия между несущими стенами до 15 м. Толщина стены колеблется от 150 до 250 мм, при этом обеспечиваются высокие теплофизические параметры стены, приведенное сопротивление теплопередаче которой составляет от 3,23 до 5,04 м2°С/Вт. Обшивка двумя слоями гипсокартонных листов обеспечивает предел огнестойкости конструкций EI75.
Масса 1м2 стены, состоящего из стального каркаса, утеплителя, пароизоляции и обшивки гипсокартонными листами, составляет примерно 53 кг (параметры веса стены даны для толщины стены 200 мм без учета внешней отделки). Несущие внутренние стены выполняются с использованием гнутых тонкостенных профилей с толщиной стенки профиля от 1,0 до 1,5 мм. В случае крепления на стену любого очень тяжелого объекта необходима установка усиления на стены. Для усиления используются стальные пластины или листы фанеры. Стальные пластины прикрепляются к стойкам при помощи как минимум двух винтов-саморезов на каждую стойку. Усиливающие стальные пластины поставляются толщиной 1 или 2 мм. Перегородки должны отвечать категории огнестойкости EI60. В общем случае для достижения такой категории огнестойкости требуется два слоя 13 мм стандартного листа ГКЛ или 15 мм слой огнеупорного гипсового листа ГКЛО с каждой стороны. Минераловатные плиты должны иметь припуск 5-10 мм для того, что они оставались на месте при выгорании гипсового покрытия. Несущие стены между квартирами должны отвечать категории REI 60. Стена между квартирами, удовлетворяющая требованиям по пожарной безопасности для несущей и разделительной функций, конструируется из двух 15-мм огнеупорных гипсовых листов ГКЛО. Гипсовые листы начинают обрушаться после 60 мин огневого воздействия, поэтому стойки рассчитываются на вертикальную нагрузку от перекрытия с учетом работы без раскрепления листами ГКЛ, по крайней мере, с одной стороны. Конструкции стен, дверей и других проемов с применением гнутых профилей позволяют организовать различные антивандапьные мероприятия.
Звукоизоляция внутренних конструкций из минераловатных плит
Пример использования профилей различного сечения
Конструкции перекрытий. Несущие конструкции междуэтажного перекрытия изготавливаются из легких стальных С или Z образных профилей с толщиной стенки 2-3 мм и высотой 150 - 300 мм, установленных с шагом 600 мм. Перекрытия с С образными 200/2,0 балками перекрывают пролет до 4,2 м. При увеличении сечения балки перекрываемый пролет увеличивается до 6 м. Отверстия для инженерных коммуникаций должны быть проделаны в несущих профилях перед сборкой конструкций. Следует учитывать, что перегородки и внутренние стены должны опираться на балки перекрытия. По верху балок укладываются профилированный стальной настил, который развязывает верхний пояс балок из их плоскости, служит основанием под полы. Настил прикрепляется к бортовым балкам и к балкам перекрытия самонарезающими винтами. Полы из гипсоволокнистых листов устраиваются в соответствии с указаниями СП 55-102-2001 "Конструкции с применением гипсоволокнистых листов", а подшивные потолки по СП 55-101-2000 "Ограждающие конструкции с применением гипсокартонных листов". Основание пола образуют 2 слоя влагостойких гипсоволокнистых листов (ГВЛВ). Крепление листов выполняется шурупами. Полы предпочтительно выполнять из рулонных или крупноразмерных изделий, например, из линолеума, паркетного ламината и т. п. При полах из паркетного ламината обязательна упругая прокладка из пенополиэтилена "Изолон". Подвесной потолок включает металлическую обрешетку из шляпного профиля, закрепленную к нижнему поясу балок с помощью акустических клямер, обшивку из двух слоев гипсокартонных листов и слой звукоизоляции из минераповатных плит. Описанная конструкция перекрытий обеспечивает величину индекса звукоизоляции воздушного шума RW = 52...53 дБ и может применяться в жилых зданиях категорий Б и В, в общежитиях, гостиницах и административных зданиях.
Чердачное перекрытие включает стальной каркас, диагональные связи, подшивной потолок из гипсокартонных листов, теплоизоляционный слой из минераловатных плит. Каркас перекрытия включает бортовые балки из термопрофиля (150x0,7 или 200x0,7 мм), закрепленные к стенам, прогоны из термопрофилей (150x0,7 или 200x0,7 мм), идущие с шагом 600 мм, и обрешетку по нижним поясам прогонов из шляпного профиля. Чердачное перекрытие всегда расположено ниже несущих конструкций, будь то стропильные фермы или балки покрытия.
Конструкции покрытия. Несущие конструкции покрытия состоят из стропильных ферм или балок, изготавливаемых из тонкостенной оцинкованной стали. Применение гнутых профилей из тонкого листового металла в стропильных системах пролетом 6-15 м позволяет снизить расход стали до минимума. Легкие стропильные системы применяются следующих систем:
Сечения стержней стальных ферм и балок из ЛСТК имеют С, U или Z-образное сечение. По этой технологии проектируются и изготавливаются конструкции мансардного типа, что позволяет полезно использовать чердачное пространство. Стропильные фермы покрытия предпочтительнее изготавливать в заводских условиях в виде отдельных отправочных марок, которые собираются на строительной площадке, перед подъемом на место. Это дает возможность быстро смонтировать конструкцию, если крыша возводится одновременно с монтажом каркаса стен и перекрытий. Опирание стропильных ферм или балок покрытия, расположенных с шагом 1,2м, должно всегда производиться на вертикальные стойки стен. По стропильным несущим конструкциям устраивается обрешетка из П образных профилей для опирания и крепления кровельных листов из металлочерепицы или профилированного настила. Несущая конструкция покрытия располагается в холодной зоне над утепленным чердачным перекрытием. Решения узлов соединения несущих конструкций и чердачного перекрытия исключают появление "мостиков холода". При устройстве мансард теплоизоляция и внутренняя облицовка также выполняется по типу чердачного перекрытия и включает стальной каркас из термопрофилей, диагональные связи, подшивной потолок из 2-х слоев гипсокартонных листов толщиной 9,5 мм, теплоизоляционный слой из минераловатных плит.
Пример использования профилей различного сечения
Системы жизнеобеспечения. Выбор систем жизнеобеспечения здания (электрика, сантехника, тепло- и водоснабжение и пр.) определяется в основном запросами будущих пользователей данного здания. Арматура для электропитания, телефона, компьютерной сети и TV может размещаться внутри трубопроводов в стенах и полах; в коробах вне стен и полов, в каналах (коробах, трубах) внутри стен и полов. Рекомендуется по возможности избегать размещения проводки по внешним стенам, в полостях сдвоенных рам межквартирных стен. Стояки труб для водопровода и канализации размещаются в вертикальных колодцах для каждой квартиры, например, рядом с лестничными блоками. Кухни и ванные комнаты рекомендует располагать рядом для использования единой вентиляционной шахты. Для отопления могут использоваться подогреваемые полы, тепловентиляция, но традиционной и основной остается система водяного отопления с радиаторами. Трубопроводы отопления прокладываются вертикально в открытом виде в углах и вблизи окон. Горизонтальные соединения проводят вдоль стен к радиаторам.
Устройство подогреваемого пола
Технические аспекты возведения здания Технология строительства зданий на подготовленный фундамент предполагает монтаж конструкций в любых погодных условиях. Бригада из 3-4 человек может собрать каркас дома общей площадью 150-200 кв. м. за 2-3 недели. Для ведения работ не требуется применение грузоподъемных механизмов из-за малого веса конструкций. Ферма с рабочим пролетом 9 метров весит всего 70 кг. Проектирование и процесс производства несущих конструкций полностью автоматизирован, что обеспечивает оптимизацию и минимизацию сроков исполнения каждого заказа. Высокая точность размеров, высокий процент использования изготовленных заранее готовых элементов и быстрый монтаж делают строительство из легких стальных конструкций и в том числе на основе легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) выгодной альтернативой традиционным методам строительства. С точки зрения защиты окружающей среды от вредных воздействий, ЛСТК имеют ряд очевидных преимуществ. Во-первых, ЛСТК - это сухая конструкция, не содержащая органических материалов, что снижает риски проблем с влагой и синдрома "больного здания". Во-вторых, сталь, гипс, минераловолокнистые плиты являются материалами закрытого цикла и могут быть рециркулированы на 100%. В-третьих, ЛСТК подразумевает меньшее энергопотребление в процессе производства по сравнению, например, с каркасом из монолитного бетона. В-четвертых, технология ведения работ предусматривает меньшее количество отходов при монтаже и сохранение возможности разборки компонентов здания для повторного использования. В-пятых меньший вес конструктивных элементов здания облегчает условия труда и способствует снижению транспортных расходов.
Фундаменты. Для системы "СТАЛДОМ" вполне подойдет фундамент мелкого заложения. Нет необходимости устраивать фундаменты глубиной 1,5-2м. В соответствии с главой СНиП 2.02.01-83* "Основания зданий и сооружений" глубину заложения фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если "специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения". Тип и конструкция мелкозаглубленного фундамента, способ подготовки его основания зависят от свойств грунта площадки строительства, и прежде всего, от степени его пучинистости.
Основной принцип конструирования мелкозаглубленных фундаментов зданий с несущими стенами на пучинистых грунтах заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. При мелкозаглубленных столбчатых фундаментах рама формируется из фундаментных балок, которые жестко соединяются между собой на опорах. Применение мелкозаглубленных фундаментов позволяет сократить расход бетона на 50-80%, трудозатраты на 40-70%. Стоимость мелкозаглубленных фундаментов в 2-4 раза меньше, чем традиционно применяемых.
|
