§ 9. Пневматические конструкции

Пример 15. Сельскохозяйственное производственное здание купольной формы воздухоопорной конструкции

Задание. Разработать пневматическую конструкцию площадью 300 м² для временного склада мелкого инвентаря совхоза в районе Целинных земель.

Выбор материалов и конструкции. Из пневматических конструкций наиболее простыми являются воздухоопорные. Необходимость поддерживать избыточное давление воздуха внутри сооружения во время эксплуатации оправдывается быстротой возведения, которая измеряется часами.

Для проектируемого склада принимается ткань № 806 на капроновой основе (таблица 25).

Учитывая небольшую требуемую площадь склада (300 м²) и исходя из соображений экономии материалов, принимается сооружение купольной формы, имеющее в плане очертание круга (рис. 86) диаметром в 20 м. Высота купола в центре 7,5 м (рис. 87). Купол изготовляется из отдельных полотнищ специального раскроя, соединяемых на месте монтажа герметическим швом (рис. 88, 89).

Нагрузки. Нагрузки подсчитываются на квадратный метр плана (горизонтальной проекции) покрытия.

Нагрузка от собственного веса слагается из веса ткани и веса герметических швов.

Поверхность купола составляет 490 м².

Вес ткани № 806 - 0,98 кГ/м²; вес ткани на весь купол

При раскрое ткани, полотнища изготовляются шириной по низу b = 3,3 м при периметре основами купола L = πd = 3,14/20,0 = 62,8 м, количество Монтажных герметических швов равно 20.

Рис. 86. Общий вид воздухоопорного купола

Рис.87. Геометрическая схема

Вес шва принимается g_ш = 1,5 кГ/м; длина его 1610 см; тогда вес всех швов составит.

Полный вес покрытия

Расчетный вес покрытия

При площади основания

нагрузка от собственного веса, отнесенная к плану

Снеговая нагрузка. Для района строительства нормативная снеговая нагрузка на горизонтальную поверхность Р^H_СН = 100 кГ/м².

Расчетная снеговая нагрузка, отнесенная к плану купола, с учетом коэффициент перегрузки n = 1,4 составляет

Ветровая нагрузка для района строительства q₀ = 45 кГ/м²,

аэродинамический коэффициент с = -1,2 (СНиП П-А 11-62, табл. 11).

Расчетное значение ветровой нагрузки

Определение избыточного давления воздуха. Требуемое избыточное давление воздуха внутри оболочки вычисляется из условия, что оно должно превосходить сумму внешних нагрузок (собственный вес плюс давление снега), т. е.

Сумма внешних нагрузок, отнесенная к поверхности купола

откуда

Рис. 88. Герметический шов: а - до сборки; б - в собранном виде: 1 - полотнище оболочки; 2 - петля; 3 - защитный фартук; 4 - нижний (герметизирующий) фартук; 5 - монтажный трос; 6 - втулка петли; 7 - костылек застежки защитного фартука; 8 - валик для навертывания герметизирующего фартука; 9 - завязка; 10 - нитяной шов

Проверка прогиба. По условиям эксплуатации, допускаемый прогиб Δf принимается равным 0,3 м.

Величина нагрузки, приложенной в верхнем полюсе сферы, принимается равной нормативной снеговой нагрузке, распределенной на "диск" площадью 1 м², т. е. Р₁ = Р_сн = 100 кГ/м².

Соотношение между прогибами и нагрузкой для куполообразных сооружений определяется по формуле [1]

откуда, при

Расчет оболочки на прочность. Оболочка рассчитывается на

максимальный ветровой отсос с учетом действия внутреннего избыточного давления. Поскольку давление воздуха в сооружении распространяется равномерно во все стороны и местные перегрузки невозможны, расчетная ветровая нагрузка равна нормативной

Рис. 89. Крепление у основания: 1 - оболочка; 2 - катенарный пояс; 3 - металлическая обделка; 4 - кольцо для крепления оттяжки; 5 - анкер; 6 - отмостка; 7 - мятая глина

Сумма всех нагрузок (без учета снеговой)

Усилие растяжения в материале оболочки определяется по формуле [1]

Расчетное сопротивление растяжению ткани № 806 по утку при длительном воздействии нагрузки (табл. 25) R_р = 440 кГ/м; кратковременность действия ветрового давления учитывается коэффициентом условий работы k = 1,2, откуда расчетное сопротивление ткани

Расчет крепления оболочки к основанию. Для крепления оболочки к основанию принимаются винтообразные анкера длиной l_a = 1,75 м и диаметром d_a = 0,30 м.

Несущая способность анкера [1]

Для принятого анкера

для винтовых анкеров при глубине забивки l_а = 1,75 м (СН-200-62, приложение 21); α_a = 1,0 (там же), откуда

При условном расстоянии между анкерами b₀ = 1,0 м требуемое усилие на один анкер

отсюда требуемое количество анкеров на 1 м

Общее количество анкеров при периметре основания L = 62,8 м.

Принимается 42 анкера с расстановкой

Заключение. Запроектированная конструкция имеет вес (кроме анкеров) 1070 кГ; 42 анкера, каждый по 15 кГ, весят 630 кГ. Таким образом, полный вес всей конструкции составляет всего 1700 кГ. Возведение такого сооружения без установки анкеров и планировки основания, по данным ЦНИИСК, потребовало работы шести рабочих в течение 3 ч.

Все это позволяет сделать вывод о целесообразности применения пневматических сооружений для временных сельскохозяйственных зданий, особенно в условиях отдаленности района строительства от промышленных центров.