Мембранные покрытия

Мембранные покрытия больших размеров являются исключительно сложными сооружениями как с точки зрения формообразования и расчета, так и с точки зрения их возведения и эксплуатации. Стальная мембрана в этих сооружениях воспринимает только растягивающие напряжения. Огромная ответственность лежит и на опорном контуре, воспринимающем большие усилия от мембраны и передающем их на опоры или фундаменты. Отличительная особенность мембранных покрытий от других типов висячих конструкций – совмещение в одном материале несущих и ограждающих функций, за счет чего достигаются дополнительное облегчение конструкции и снижение металлоемкости.

Сооружения этого типа строят реже, чем, например, тентовые, сетчатые металлические конструкции или оболочки из клееной древесины. Но почти все построенные сооружения с мембранными покрытиями становятся широко известными и часто цитируемыми.

С увеличением пролета экономическая целесообразность мембранных конструкций возрастает. Однако опыт применения мембранных конструкций показал, что они успешно могут конкурировать с другими металлическими конструкциями на малых и средних пролетах (18–36 м). При пролетах до 100 м расчетная толщина стальной мембраны по условиям прочности не превышает 1–1,5 мм, что практически нельзя осуществить из условия коррозионной стойкости, поэтому толщину стальной мембраны из малоуглеродистой стали марки 10Г2С1 или низколегированных сталей марок 17Г2С и 17Г2СФ проектируют не менее 4–6 мм.

Применение алюминиевых сплавов имеет свои специфические недостатки, связанные с дополнительными напряжениями и деформациями от воздействия температуры, низким модулем упругости, низким пределом огнестойкости, плохой свариваемостью полос, а также высокой стоимостью.

В зависимости от метода возведения мембранных покрытий их разделяют на два типа: ленточные покрытия и мембранные оболочки. Ленточные покрытия образуются из отдельных, не связанных между собой лент и работают подобно однопоясной вантовой конструкции. К этому типу относят также более жесткие системы из переплетенных в двух взаимно перпендикулярных направлениях лент. В мембранных оболочках отдельные ленты при помощи сварки, высокопрочных болтов или клепки сопрягаются в сплошную пространственную конструкцию, способную воспринимать сдвигающие усилия. Благодаря этому мембранные оболочки обладают большей несущей способностью и жесткостью но сравнению с ленточными мембранами, требуют меньшего расхода материала на пролетную конструкцию. Мембранные оболочки могут быть очерчены по поверхностям нулевой гауссовой кривизны (цилиндрические и конические), положительной гауссовой кривизны (сферические, в форме эллиптического параболоида) и отрицательной гауссовой кривизны (гипары). Мембранные покрытия, как и тросовые системы, стабилизируют пригрузом покрытия. Выбор способа стабилизации определяется типом мембранного покрытия, его размером, формой плана, конструкцией опорного контура. Мембрана цилиндрической формы как никакая другая система нуждается в стабилизации поверхности.

Решение кровли в мембранных покрытиях решается традиционно: пароизоляция, утеплитель, выравнивающая стяжка, гидроизоляционный ковер. В сплошных мембранных покрытиях-оболочках при плотном соединении тонких металлических листов между собой пароизоляция не требуется, ее функцию выполняет тонкий лист.

Рассмотрим два мембранных покрытия, наиболее интересные из построенных в последние годы.

Специализированный крытый каток в г. Коломне в отличие от комплекса в Крылатском предназначен исключительно для подготовки конькобежцев высокого уровня (рис. 14.18). Его мембранное покрытие толщиной б мм в форме гиперболического параболоида имеет размеры в плане 200 х 120 м. Было заварено около 20 км сварных швов. Проектирование и научно-техническое сопровождение вела лаборатория металлоконструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко. При проектировании комплекса было обращено особое внимание на безопасность несущих конструкций. Сооружение оборудовано специально разработанной уникальной системой слежения за конструкциями, позволяющей вести полный и постоянный мониторинг. Ледовый дворец в Коломне – третий

Крытый каток в г. Коломне в процессе строительства, введен в эксплуатацию в 2009 г.

Рис. 14.18. Крытый каток в г. Коломне в процессе строительства, введен в эксплуатацию в 2009 г.

и России крытый ледовый дворец для занятий конькобежным спортом подобного уровня после Москвы (Крылатское) и Челябинска. Коломенский ледовый дворец спорта – одно из лучших сооружений подобного профиля не только в России, но и в мире.

Прямоугольный в плане ледовый дворец спорта "Ермак" в г. Ангарске Иркутской области стал самым крупным крытым дворцом спорта на территории Восточной Сибири (рис. 14.19). Его размеры 90 × 87 м. Архитектурная часть проекта была выполнена ОАО "Сибирский “Оргстройпроект”", конструкции разработаны ЗАО "Курортпроект" ОСК-1 (рис. 14.20). Поверхность покрытия принята в форме поверхности переноса параболы с пролетом 90 м и стрелой подъема 10 м по параболе со стрелой 2,5 м. Ветви парабол обращены в разные стороны, следовательно, это гиперболический параболоид. Компания ООО "ХЕКСА" провела нелинейный расчет с учетом геометрической и физической нелинейности полной конструкции Ледового дворца спорта "Ермак" на заданные нагрузки и воздействия. Полная модель представлена на рис. 14.19, а.

Ледовый дворец спорта

Рис. 14.19. Ледовый дворец спорта "Ермак" в г. Ангарске, 2010 г.:

а – конечно-элементная модель полотнищ мембраны; б – заключительный этап укладки мембранного покрытия

Ледовый дворец спорта

Рис. 14.20. Ледовый дворец спорта "Ермак" в г. Ангарске в процессе строительства:

а – раскладка полотнищ по временным элементам "постели"; б – опорный контур до бетонирования

В отечественной практике применяют два способа устройства мембранных покрытий. По первому способу стальные полотнища, образующие мембрану, раскладывают и соединяют друг с другом внизу на горизонтальном основании, после чего мембрану целиком поднимают наверх в проектное положение. По второму способу отдельные полотнища, образующие мембрану, поднимают наверх и раскладывают в проектное положение на элементы постели (см. рис. 14.20, а).

Реконструкция и техническое перевооружение действующих предприятий во многих случаях сопряжены с заменой несущих конструкций покрытий промышленных зданий. Необходимость такой замены вызвана как исчерпанием амортизационных сроков, так и изменением технологии производства и соответственно нагрузок на покрытие. Разработаны и исследованы мембранные конструкции покрытий на прямоугольном плане, позволяющие производить замену устаревших покрытий в ряде случаев без остановки производства. Основная информация по мембранным покрытиям содержится в нормативном документе "Рекомендации но проектированию мембранных покрытий на прямоугольном плане для реконструируемых зданий и сооружений" (М.: ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, 1989).

В англоязычной научно-технической литературе часто к мембранным покрытиям относят и тентовые структуры.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >