Тентовые конструкции и мембранные покрытия

Наиболее легкими и экономичными типами висячих конструкций являются мембранные и тентовые покрытия, совмещающие ограждающие и несущие функции.

Тентовые конструкции, а также их комбинации с тросовыми сетками образуют класс мягких оболочек. Мягкие обо­лочки могут иметь любую форму. Отличительной их особенностью является способность воспринимать только растягивающие усилия. В зависимости от вида применяемых материалов мягкие оболочки можно разделить на два основных типа:

изотропные оболочки — из металлических листов и фольги, из пленочных и листовых пластмасс или эластомеров (резин), из неориен­тированных волокнистых материалов;

анизотропные оболочки — из тканей и армированных пленок, из проволочных и тросовых сеток с заполнением ячеек 'пленками или тка­нями.

По конструктивному признаку можно выделить следующие основ­ные типы мягких оболочек: тентовые покрытия, вантово-тентовые покрытия, вантовые покрытия, пневматические конструкции.

Материалы для оболочек.Оболочки тентовых и пневматических конструкций изготовляют почти исключительно из текстильных матери­алов с воздухо- и водонепроницаемыми покрытиями; возможно, одна­ко, также применение высокопрочных полимерных пленок или металли­ческой фольги. В качестве основы текстильных материалов используют­ся преимущественно полимерные волокна. В перспективе не исключено применение стеклянных и металлических волокон. В особых случаях применяют напыляемые фольговые металлические покрытия.

Существенное значение почти для всех перечисленных материалов имеет снижение их прочностных показателей с течением времени. Таким образом, приходится считаться с ограниченной долго­вечностью сооружений. Точное определение «критического времени», ха­рактеризующего долговечность конструкции, затруднено, поскольку нет надежных способов количественной оценки процесса старения. Разу­меется, следует иметь в виду, что для конструкций в виде мягких оболо­чек традиционные представления о надежности и безопасности мало­пригодны. С точки зрения сохранения человеческой жизни и здоровья в случае аварии мягкие оболочки можно считать наиболее безопасными по сравнению со всеми известными до сих пор строительными конст­рукциями

Тентовые покрытия — мягкие оболочки, устойчивость формы ко­торых обеспечивается соответствующим выбором кривизны поверхнос­ти; несущие тросы (ванты) отсутствуют либо имеются только по краям оболочки. Этот тип оболочки характерен для сравнительно малых про­летов.

Прообразом этих конструкций, настоящее раз­витие которых только начинается, можно считать палаточные цирки-шапито и паруса кораблей. В них уже столетия назад стихийно воплоти­лась идея придания мембране седловидной формы, обеспечивающей ус­тойчивость покрытия. Как обычно случается с прогрессивными строи­тельными конструкциями, оригинальные формы тентовых покрытий впервые нашли применение в выставочных сооружениях.

Вантово-тентовые покрытия — мягкие оболочки одинарной или
двоякой кривизны, подкрепленные по всей поверхности и по краям системой тросов (вант), причем оболочка и тросы работают совместно. В этих конструкциях мягкая оболочка совмещает несущие и ограждаю­щие функции.

Вантовые покрытия имеют основную несущую конструкцию в ви­де системы тросов (вант). Заполнение ячеек тросовой сетки (листовое, тканевое или пленочное) воспринимает только местные нагрузки и вы­полняет главным образом функции ограждения.

Формы мягких оболочек (мембраны) имеют при одинаковых условиях весьма много общего с формами вантовых (тросовых) конструкций; они также образуются путем натягивания или подвески между опорами, жесткими бортовыми элементами или несущими тросами.

Мягкие оболочки могут иметь форму поверхности одинарной кри­визны, положительной гауссовой кривизны (куполообразную) или отри­цательной гауссовой кривизны (седловидную). Каждой из этих форм со­ответствует при заданных контурных условиях некоторая так называе­мая минимальная поверхность, характеризующаяся тем, что напряже­ния вдоль любого ее направления одинаковы. Эта поверхность имеет на­именьшую возможную площадь и соответственно обеспечивает наиболее эффективное использование материала. Следует, однако, иметь в виду, что придание оболочке конструктивной формы, соответствующей мини­мальной поверхности, не всегда оказывается целесообразным и эконо­мичным.

Избежать образования складок или других форм потери устойчивости можно лишь в том случае, если при любом возможном сочетании нагрузок в оболочке всюду будут дейст­вовать только растягивающие напряжения.

Благодаря своим конструктивным особенностям тентовые конструкции имеют целый ряд функциональных достоинств: краткие сроки и малая трудоемкость монтажа и демонтажа (от 0,2 до 1 чел. на 1 м² перекры­ваемой площади); легкость и транспортабельность конструкций; незна­чительная доля строительно-монтажных работ в общей стоимости конст­рукций (от 8 до 25%); почти идеальная приспособляемость конструк­тивной формы к назначению сооружения; возможность перекрытия больших пролетов без внутренних опор или с редко расположенными опорами; возможность повторного использования и быстрой перестановки на новое место.

Наряду с достоинствами тентовые конструкции имеют и недостатки: ог­раниченная долговечность, вызванная старением применяемых материа­лов; ограничен­ные возможности функционального использования при определенных требованиях к микроклимату внутри сооружения; относительно высокая первоначальная стоимость и большие эксплуатационные расходы.

Мембранные покрытия чаще всего имеют в качестве основного несущего элемента тонкий металлический лист, работающий на растяжение и закрепленный в опорном контуре. Конструкция мембраны может быть различной – плетенка из алюминиевых лент, сварная из отдельных стальных лепестков и т.п. Мембранные покрытия используют в большепролетных общественных и промышленных зданиях. максимальный пролет (224х183) перекрыт металлическим мембранным покрытием, очерченным по эллипсоидной поверхности над Олимпийским дворцом спорта в Москве.