Лекции по деревянным конструкциям - часть 13

 

Пневмокупол 
 
Опоры пневмоарок шарнирные. Торец пневмоэлементов надевают на стальной 

стакан  и  закрепляют  нагелями  или  хомутами.  Наиболее  целесообразно  для  ПК 
использовать арки кругового очертания. Пролет пневмоарок следует принимать 12-
16 м., шаг 2,5-3 м. Проектное положение ПК сохраняется благодаря избыточному 
давлению воздуха (0,5-1,5 атм.) 

Внутри  помещения  с  пневмокаркасными  конструкциями  в  отличие  от 

воздухоопорных, сохраняется нормальное давление воздуха. Однако, конструкции 
этого  типа  сложнее  в  изготовлении  и  требуют  установки  для  нагнетания  воздуха 
под  значительно  большим  давлением.  Для  этой  цели  используют  обычно 
компрессоры, а иногда баллоны со сжатым воздухом или газом. 

 
Комбинированные  конструкции  состоят  из  сборного  каркаса  (алюминиевого, 

стального или деревянного) и воздухоопорной ограждающей оболочки.  

 

 
В  обычных  условиях  внутри  помещения  поддерживается  нормальное 

давление.  Давление  повышается  при  значительных  ветровых  или  снеговых 
нагрузках.  Эти  конструкции  отличаются  повышенной  стойкостью,  однако  их 
применение целесообразно при перекрытии больших пролетов. 

Вантовопневматические  конструкции  представляют  собой  сочетание 

воздухоопорных оболочек с вантовыми системами из стальных или синтетических 
тросов. 

 

Линзообразные  пневматические  конструкции  состоят  из  замкнутых  висячих 

оболочек, закрепленных на жестком опорном каркасе. 

 

Пневмоконструкции применяются  во временных сооружениях: зерноскладах, 

складах  сыпучих  материалов,  как  опалубка  для  монтажа  постоянных  (бетонных) 
конструкций;  для  капитальных  сооружений – как  покрытие  цирков,  стадионов, 
летних  кинотеатров.  Кроме  того,  ПК  применяют  для  изготовления  куполов  и 
складов  методом  поверхностного  нанесения  стеклопластика  или  полиуретана,  в 
результате чего образуется монолитная трехслойная конструкция. 

Из  всех  видов  ПК  наибольшее  применение  получили  воздухоопорные 

конструкции в виде цилиндрических или сферических оболочек. 

 
Материалы, применяемые для ПК. 
Для  возведения  пневматических  конструкций  используют  тканевые 

материалы и пленки. 

Основные требования к этим материалам: 
- воздухонепроницаемость; 
- влагонепроницаемость; 
- эластичность; 
-  легкость  в  сочетании  с  высокой  прочностью  на  разрыв  и  достаточной 

долговечностью при эксплуатации в различных климатических условиях. 

Пленки,  как  правило,  дешевле  тканей,  но  они  более  деформируемы,  менее 

прочны  и  недолговечны  в  эксплуатации.  Поэтому  пленки  применяют  для 
временных сооружений и теплиц.  

В  сооружениях,  предназначенных  для  длительной  эксплуатации  необходимо 

применять тканевые материалы. 

Ткани  и  пленки  бывают  одно-  и  многослойные,  прозрачные  и  непрозрачные. 

При  необходимости  их  можно  утеплять  эластичными  синтетическими 
материалами. 

Тканевые  материалы  состоят  из  основы  и  пропитки  (или  покрытия).  В 

качестве  основы  применяю  технический  текстиль  из  природных  (лен,  хлопок)  и 
синтетических  (капрон,  нейлон  и  другие)  волокон.  Для  изготовления  пропитки 
используют эластичные смеси на основе синтетических и каучуковых смол. 

Пропитки  служат  для  придания  тканям  воздухонепроницаемости  и  для 

защиты их от атмосферных воздействий. Пропитки подвержены старению, то есть 
со  временем  они  теряют  эластичность,  в  них  появляются  трещины,  изменяется 
цвет, а у светопроницаемых элементов снижается прозрачность. Пропитку наносят 
с  одной  или  двух  сторон  ткани.  Двухсторонняя  пропитка  повышает  качество 
(долговечность) тканей. 

Ткани – анизотропные  материалы,  поэтому  при  расчете  тканевых  оболочек 

необходимо  учитывать  различие  в  механических  характеристиках – по  основе 
(вдоль куска ткани) и по утку (поперек нитям). 

Расчетное  кратковременное  сопротивление  тканей  по  основе  изменяется  в 

пределах     28,8-64 кг\см, а по утку 18,2-35 кг\см, модуль упругости 90-114 кг\см 
(прочностные  и  упругие  характеристики  относятся  к  единице  ширины  вне 
зависимости от толщин). 

Для  ПК  наиболее  часто  используются  воздухонепроницаемые  ткани 

№29,34,42,60,80,  представляющие  собой  одно-,  двух-  или  трехслойную  ткань, 
покрытую слоем резины. Основой для этих тканей является капроновый текстиль. 
Ткани выпускают в рулонах     0,9 м. Масса 1м

2

 этих материалов колеблется от 0,45 

до 1,8 кг., а толщина от 0,6 до 1,8 мм.  

 
Синтетические  пленки.  Для  ПК  применяют  чаще  всего  полиэтиленовые, 

полиамидные,  полиэфирные  пленки.  Пленки  могут  быть  прозрачными, 
полупрозрачными  и  непрозрачными,  иметь  различный  цвет.  Под  воздействием 
солнечной радиации пленки «стареют», поэтому срок службы большинства из них 
–  один-два  года.  Кроме  того,  пленки  обладают  повышенной  деформативностью. 
Для повышения механических характеристик их армируют тканевыми сетками из 
капрона, стекловолокна и других материалов. 

Для  пневматических  воздухоопорных  СК  небольших  пролетов,  используют 

армированные  пленки  марки  ПС-40-П, NC-40C, а  так  же  А,  АС – синтетические 
пленки из полиамида, в которые впрессованы капроновые сетки. 

Армированные  пленки  выпускают  в  рулонах  шириной 0,85-0,9 м.,  толщина 

пленки от 0,45 до 0,71 мм., масса 1м

2

 от 0,45 до 0,76 кг. Ткани и пленки по длине и 

ширине  соединяют  склеиванием  или  сваркой.  При  склеивании  тканевых 
материалов рекомендуют швы усиливать нитяной строчкой. 

Расчетное кратковременное сопротивление растяжению пленок колеблется от 

7,5  до 31,2 кг\см  (

)по  основе,  а  по  утку 

,  модуль 

упругости  

. 

Основы расчета пневматических конструкций. 
Пневматические 

конструкции 

относятся 

к 

классу 

предварительно 

напряженных  СК.  Форма  и  несущая  способность  их    обеспечивается  постоянно 
действующими  растягивающими  напряжениями  в  оболочках,  возникающими  в 
результате создаваемого внутри давления воздуха.  

Избыточное давление определяется из условия 
Р

изб

≤ΣР, 

 где  ΣР – сумма  сил  в  наиболее  невыгодной  комбинации  (снег,  ветер, 

собственный вес). 

Методы  расчета  воздухоопорных  и  пневмокаркасных  конструкций 

основываются на безмоментной теории оболочек, поскольку тонкие и гибкие ткани 
не могут сопротивляться изгибающим и сжимающим усилиям. 

Пневматические  конструкции  рассчитываются  по  двум  предельным 

состояниям: 

1) по несущей способности (прочность, устойчивость); 
2)  по  деформациям  (прогибам,  складкообразованию  и  сохранению 

положительной кривизны). 

Расчет  по  прочности  производится  для  всех  типов  ПК  и  заключается  в 

определении максимальных растягивающих напряжений в тканях или пленках при 
наиболее неблагоприятных сочетаниях расчетных нагрузок. 

Расчет  тканей  ведется  в  двух  направлениях – по  основе  (с  расчетными 

сопротивлениями R

0

) и по утку (с расчетными сопротивлениями R

y

), R

0

»R

y.

 

При расчете на прочность должно выполняться условие: 
σ

0(y)

 ≤R

0(y) 

Расчет  на  устойчивость  необходим  при  проектировании  элементов  ПК, 

которые могут потерять несущую способность раньше разрыва оболочек. 

Расчет по прогибам производится из условия  
f≤[f] 
и  заключается  в  определении  максимального  прогиба  от  нормативных 

нагрузок, который должен быть меньше предельного. 

Допустимые  прогибы  ПК  пока  не  нормированы  и  применяются  по  условиям 

эксплуатации. 

Учитывая,  что  деформация  ПК  не  является  признаком  их  разрушения, 

значения  могут  быть  приняты  значительно  большими,  чем  в  обычных 
конструкциях,  лишь  бы  деформации  не  мешали  нормальной  эксплуатации 
перекрываемого помещения. 

Нужно  отметить,  что  в  настоящее  время  вопрос  о  разработке  достоверных 

методов  расчета  ПК  до  конца  еще  не  решен.  Работы  в  этом  направлении 
выполняются отечественными и зарубежными учеными.