Пневматичне покриття будівель і споруд

Пневматичне покриття будівель і споруд, яке містить цілісну лінзову систему, що опирається на ЗОВНІШНІЙ опорний контур та на центральний опорний контур, прикріплений до обпертого на ванти підтримуючого пристрою з обв'язками, яке відрізняється тим, що підтримуючий пристрій додатково обладнаний рухомим телескопічним елементом, з'єднаним з центральним опорним контуром, а в зоні зовнішнього контуру до його опорних елементів прикріплені ролики, крізь які пропущена ванта, при цьому вона жорстко закріплена на ПІДОСНОВІ за допомогою фіксуючих барабанів, а лінзова система додатково обладнана допоміжним нагнітальним пристроєм Винахід відноситься до будівництва, а саме до пневматичних систем будівельних конструкцій, і може бути використаний при улаштуванні покриття будівель і споруд різного призначення при різноманітному обрисі в плані, наприклад, палаців спорту, палаців культури, промислових корпусів, овочесховищ, зерносховищ, тощо ВІДОМІ пневматичні лінзоподібні покриття [1], які використовують конструктивне рішення на основі поєднання роботи верхньої та нижньої мембран, герметично з'єднаних між собою по контуру В внутрішній області лінзи за допомогою вентиляційної установки утворюється надлишковий тиск повітря, внаслідок чого мембрани підтримуються в проектній формі Одним з найголовніших недоліків цих систем є те, що в режимі тривалого підтримання надлишкового тиску вони недостатньо надійні в експлуатації, а при використовуванні їх в режимі відсутнього надлишкового тиску - не забезпечують необхідного водовід ведення, внаслідок чого на поверхні покриття, зокрема, в центральній її частині, створюється великий водяний мішок, що призводить до дестабілізації будівельної конструкції та и пере на вантаження Неможливість створення рівних умов використання конструкцій в різних режимах експлуатації, як при використанні надлишкового тиску повітря, так і при його відсутності усередині лінзи, - найголовніший недолік розглянутих конструкцій Найбільш близькою до пропонованої є конструкція [2], яка, завдяки використанню підтримуючого пристрою з обв'язками, що спирається на ванти, закріплені на опорних елементах, відтворює цілісну колоподібну лінзову систему, що поєднує два окремих пояси - верхній та нижній, виконані у вигляді з'єднаних по контуру мембран, в єдину лінзу, обперту по зовнішньому контуру на опорні конструкції, а по центральному контуру - на підтримуючий пристрій, причому на верхньому та нижньому поясах мембран розміщені гнучкі елементи При відсутності надлишкового тиску повітря усередині лінзи верхня мембрана опускається на нижню мембрану і підтримується нижніми гнучкими елементами Цим встановлюються можливість та приблизно рівні умови обох режимів експлуатації конструкції покриття, як при застосуванні надлишкового тиску повітря усередині лінзи, так і при його відсутності Недоліком цієї системи є те, що вона, позбувшись центрального водяного мішку, не гарантує повного водовідведення з поверхні покриття в режимі відсутності надлишкового тиску повітря, зокрема, уздовж и зовнішнього контуру, що призводить до перенавантаження елементів конструкції опорного контуру, виникненню додаткових згинаючих моментів, локальної дестабілізації конструкції, тощо Теоретично повний ВОДОВІДВІД в режимі відсутності надлишкового тиску повітря усередині лінзи со (О 61423 підтримуючого пристрою, забезпечення натягу вант, їх закріплення на опорних елементах, паралельне відтворення цілісної лінзової системи, и спирання як по зовнішньому, так і по центральному контуру, тощо, передбачають значні монтажні роботи, які додатково ускладнюються тим, що необхідно дотримуватись розрахованого профілю "потрібної" стріли провисання зовнішнього контуру верхнього та нижнього поясів мембрани, щоб уникнути можливості створення водяних МІШКІВ уздовж зовнішнього опорного контуру Більш ТОГО, В розглянутій системі при застосуванні перехідного режиму "здуття" лінзи неминуче настає момент, коли процес укладання верхнього поясу мембрани на нижній пояс закінчується "вихлопом" конструкції внаслідок інваріантності умовної довжини лінзи уздовж перерізу та незмінності її опорних точок Це призводить не тільки до локальної розгерметизації швів, але й до загальної дестабілізації усієї конструкції Основою винаходу є задача удосконалення пневматичного покриття, в якому за рахунок особливостей конструктивного виконання його елементів підтримується ПОСТІЙНІСТЬ геометрії первісної конструкції,мінімізується можливість створення водяних МІШКІВ на поверхні зовнішньої мембрани з Навіть при правильно підібраних параметрах, повною ліквідацією явища "вихлопу" в режимі що впливають на формування "потрібної" стріли "здуття" лінзи, полегшується процес виведення в провисання верхньої та нижньої мембран, коли проектне положення підтримуючого пристрою з водяні мішки не створюються уздовж зовнішнього паралельною фіксацією розрахованої стріли "проопорного контуру, розглянута система не дає гависання", а також створення рівних умов викорисранти, що при її використовуванні тривалий час тання конструкції в різних режимах експлуатації, як збережуться умови повного водовідведення з попри використанні надлишкового тиску повітря, так і верхні покриття в режимі відсутності надлишкового при його відсутності усередині лінзи тиску повітря забезпечується правильно підібраною довжиною нижнього гнучкого елементу та загальною формою провисання нижньої та верхньої мембран Зокрема, у стані, коли верхня мембрана опускається на нижню мембрану, найнижчі точки провисання усієї системи, що розташовані уздовж зовнішнього контуру верхньої мембрани, повинні співпадати в плані з точками опори лінзи на ЗОВНІШНІЙ опорний контур Якщо найнижчі точки провисання цієї системи розташовані між точками опори лінзи на ЗОВНІШНІЙ та центральний опорний контури, то уздовж лінії, умовно проведеної через вказані найнижчі точки, формується локальна сіть водяних МІШКІВ, зокрема, це може бути єдина замкнута система уздовж всього опорного контуру В цьому випадку для ліквідації водяних МІШКІВ необхідний перехід всієї конструктивної системи із режиму відсутності надлишкового тиску повітря в режим його застосування усередині лінзи Якщо зауважити, що атмосферні опади взагалі є величина випадкова, як по частоті випадання, так і по своєї тривалості, то залежність переходу конструкції покриття із одного режиму в другий від випадкової величини також треба вважати одним з найголовніших недоліків цієї системи Так, через МІНЛИВІСТЬ активного навантаження (сніг, ДОЩ, вітер, температурні коливання, тощо) та внаслідок фізичних властивостей матеріалу конструкції, що працює на розтяг тривалий час, неминуче настає момент, коли загальна умовна довжина мембрани уздовж лінії перерізу збільшується настільки, що докорінно міняється геометрія первісної конструкції лінзи, внаслідок чого спостерігається часткове або повне перенесення найнижчих точок провисання системи усередину між точками опори лінзи на ЗОВНІШНІЙ та центральний опорний контури, тобто порушуються умови повного водовідведення з поверхні покриття в режимі відсутності надлишкового тиску повітря Окрім того, конструкція покриття, завдяки збільшенню довжини підтримуючої ванти та загальної умовної довжини мембрани уздовж лінії перерізу, "просідає", зменшуючи корисний простір споруди, що перекривається Це погано впливає не тільки на забезпечення ПОСТІЙНОСТІ напруження верхнього та нижнього поясів системи, але й на характер розподілу напружень уздовж швів з'єднання розкроєного мембранного матеріалу, а також в вузлах дотику мембрани з гнучкими елементами Причому, застосування в режимі нагнітання надлишкового тиску повітря лише одної повітряної установки призводить до нерівномірного підйому поясів лінзи, що також погано впливає не тільки на характер розподілу зазначених попереду напружень, але й на загальну стабілізацію конструкції покриття Окрім того, виведення в проектне положення Пневматичне покриття будівель і споруд, яке містить цілісну лінзову систему, що спирається на ЗОВНІШНІЙ опорний контур та на центральний опорний контур, прикріплений до обпертого на ванти підтримуючого пристрою з обв'язками, ВІДПОВІДНО до винаходу додатково обладнане рухомим телескопічним елементом, з'єднаним з центральним опорним контуром, а в зоні зовнішнього контуру до його опорних елементів прикріплені ролики, крізь які пропущена ванта, при цьому вона жорстко закріплена на ПІДОСНОВІ за допомогою фіксуючих барабанів, а лінзова система додатково обладнана допоміжним нагнітальним пристроєм Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 показана первісна геометрія конструктивної системи пневматичного покриття в режимі відсутності надлишкового тиску усередині лінзи з розрахованою загальною довжиною провисаючої мембрани уздовж лінії перерізу, як в початковому, так і в проектному положенні На фіг 2 показане пневматичне покриття в режимі застосування надлишкового тиску усередині лінзи з використанням двох симетрично розташованих нагнітаючих повітря пристроїв (загальна товщина верхнього та нижнього поясів мембран лінзи умовно показана збільшеною) На фіг 3 - теж саме, вид в плані На фіг 4 показано по стадіям процес виникнення явища "вихлопу" конструкції при "здутті" лінзи, коли верхній мембранний пояс лягає на нижній, при збереженні інваріантності умовної довжини лінзи уздовж перерізу та незмінності и опорних точок На фіг 5 показана загальна картина роботи пнев 61423 матичного покриття з використанням рухомої тетиску повітря лескопічної частини підтримуючого пристрою з При переведенні пневматичної конструкції з обв'язками, до якої кріпиться рухомий центральрежиму надлишкового тиску повітря в режим його ний опорний контур лінзової системи На фіг 6 у відсутності, тобто при застосуванні перехідного збільшеному варіанті показана схема запобігання режиму "здуття" лінзи, виникає явище "вихлопу" явища "вихлопу" конструкції при переході з режиконструкції (фіг 4), якщо поверхня мембранного му застосування надлишкового тиску в режим його поясу дійсно чи умовно ідентифікується з тонким відсутності з загальною можливістю фіксування металевим листом Умовна ідентифікація доцільна проміжних стадій та їх використання при формув тих випадках, коли робота застосованого матеванні абрису лінзи пневматичного покриття, приріалу мембран за своїми властивостями (пружні чому, застосування рухомої телескопічної частини характеристики, тощо) нагадує роботу тонкого підтримуючого пристрою дає можливість не тільки металевого листу правильно підібрати розрахований контур стріли Теоретично ЛІНІЯ (уздовж перерізу) плавного "провисання" конструкції у "здутому" стані, але й опускання верхнього поясу мембрани на нижній повністю ліквідувати водяні мішки без використанпри застосуванні перехідного режиму "здуття" ління режиму переходу у стан нагнітання надлишкози повинна проходити етапи І, II, III, IY, IX (на фіг вого тиску 4 пояси мембран умовно показані однією ЛІНІЄЮ), але практично - проходяться етапи І , II , III , IY , Лінзова система пропонованого пневматичноIX внаслідок інваріантності умовної довжини лінзи го покриття включає верхню 1 та нижню 2 мемуздовж перерізу та незмінності и опорних точок брани, уздовж яких кріпляться ВІДПОВІДНО верхні З Якщо зазначити умовну довжину лінії уздовж пета нижні 4 гнучкі елементи Лінзи покриття підтрирерізу верхнього поясу мембрани через t, а в дужмуються вантами 5, на які в середній частині поках - ВІДПОВІДНІ етапи, що проходяться цією ЛІНІЄЮ криття спирається підтримуючий устрій 6, що в процесі "здуття", то маємо нерівності складається з верхньої та нижньої обв'язок, з'єднаних між собою телескопічною стержневою системою, та рухомої телескопічної частини 7, до якої прикріплена верхня обв'язка Підтримуючі ванти, тобто t -Ї var при проходженні етапів І, II, III, що мають жорстке закріплення 8 уздовж всього IX контуру на ПІДОСНОВІ 9, паралельно обладнані фікЦе суперечить основній умові інваріантності суючими барабанами Ю т а спираються на ролики t=const, внаслідок чого спостерігається "вигинан11, які при жорсткому закріпленні на опорних еленя" розглянутої лінії по синусоподібній кривій, тобментах 12, розташованих уздовж усього опорного то примусово проходяться етапи І , II , III , IX, що контуру 13 споруди, являються місцями перегину в кінцевому результаті і призводить до "вихлопу" підтримуючих вант, на які, в свою чергу, спираєтьконструкції Так, у стані YI , внаслідок пружних ся підтримуючий пристрій з рухомою телескопічвластивостей матеріалу, мембрана деякий час ною частиною Верхня та нижня мембрани гермепідтримує свою форму, навіть коли під нею не затично з'єднані між собою так, що усередині лишилось підвищеного тиску, але достатньо нестворюється замкнутий простір, в якому при норзначного коливання - і мембрана із стану YI лавимальному режимі експлуатації підтримується надноподібним чином переходить у стан IX, тобто лишковий тиск повітря за допомогою двох симетверхній пояс буквально "падає" на нижній, вигинарично розташованих відносно осі симетрії ючи конструкцію лінзи непередбаченим чином в конструкції нагнітальних пристроїв 14 різних напрямках уздовж ЛІНІЙ найменшого опору Конструкція пневматичного покриття працює Цей процес "вигинання" лінії перерізу мембратаким чином ни тісно пов'язаний з задачею Ейлера про втрату До виведення конструкції в проектне положенрівноваги тонкого стержня, стиснутого з обох КІНЦІВ ня її формують на ПІДОСНОВІ 9 (фіг 1), для чого до уздовж своєї довжини, але в даному випадку в не натягнутих підтримуючих вант 5 , що протягуролі "тонкого стержня" виступає верхній пояс мемються через ролики 11 при жорсткому закріпленні брани з приєднаним гнучким елементом При цьо8, прикріплюється за допомогою нижньої обв'язки му зберігається загальна довжина t підтримуючий пристрій 6 з рухомою телескопічt(l>t(ll*)=t(lll*)=t(IY)= =t(IX), ною частиною, до якої, в свою чергу, за допомогою а вигляд синусоподібної кривої залежить верхньої обв'язки прикріплюється центральний від КІЛЬКОСТІ та характеру розподілу так званих опорний контур лінзи Зібрана конструкція підійма"критичних" точок уздовж розглянутої лінії ється у проектне положення за допомогою фіксуНа фіг 4 приведений найпростіший варіючих барабанів 10 традиційним способом намотуант формування однієї "критичної" точки, коли сивання ванти на барабан і закріплюються у нусоподібна крива складається з двох півхвиль, заданому положенні при остаточно звіреній геомеале в залежності від ЗОВНІШНІХ умов (вітер, темпетри стріли "провисання" лінзи у "здутому" стані ратурні коливання, швидкість падіння тиску усередині лінзи, тощо) - таких точок перегину розглянуПісля виведення конструкції в проектне полотої кривої може бути набагато більше ження за допомогою двох симетрично розташованих відносно осі симетрії споруди нагнітальних Наглядно цей процес можна спостерігати, копристроїв 14 створюється надлишковий тиск повіли матеріал мембранного поясу умовно ідентифітря усередині лінзової системи (фіг 2, 3), а при кується з м'яким тканиноподібним матеріалом, а у доведенні цього тиску до розрахункової величини "здутому" стані уздовж верхнього поясу мембрани останній підтримується увесь час експлуатації формуються зморшки у вигляді хвилеподібних пневматичної конструкції в режимі надлишкового створювань та повітряних міхурів, що являється залишковим явищем процесу формоутворення синусоподібних кривих з багатьма "критичними" точками Умовна ідентифікація в цьому випадку доцільна, коли робота застосованого матеріалу мембран за своїми властивостями нагадує роботу на розтяг одношарової чи багатошарової тканини Усіх вище наведених негативних явищ ("вихлоп", зморшки, повітряні міхури, тощо) можна запобігти, якщо, зберігаючи основне рівняння плавного переходу верхнього поясу мембрани в нижній t(l)=t(ll)=t(lll)=t(IY)= =t(IX), змусити переміщуватись точки центрального опорного контуру лінзи уздовж центральної осі споруди Технічно це реалізується використанням рухомої телескопічної частини підтримуючого пристрою з обв'язками, до якої кріпиться рухомий центральний опорний контур лінзової системи На фіг 5 показана загальна картина роботи пневматичного покриття з використанням рухомої телескопічної частини 7 підтримуючого пристрою 6 з обв'язками, до якої кріпиться рухомий центральний опорний контур лінзової системи На фіг 6 у збільшеному варіанті показана схема запобігання явища "вихлопу" конструкції при переході з режиму застосування надлишкового тиску в режим його відсутності, при цьому ось І лінзи, що має точку фіксації на опорному контурі 13 споруди, переміщується пропорційно величині підйому рухомої телескопічної частини 7 підтримуючого пристрою 6 Можливість фіксування проміжних стадій Ь, Із, Ц дає підставу не тільки для багатоваріантного підходу до формування абрису лінзи пневматичного покриття, що також впливає й на ЗОВНІШНІЙ архітектурно-композиційний образ споруди, але й для варіаційного методу підбору техніко-економічних показників сформованої лінзи Так, якщо у стадії h розрахунковий тиск надлишкового повітря Р(І) встановлює величину P(h), то у граничній стадії Ц, коли верхній пояс мембрани повністю лягає на нижній, величина Р(Ц) дорівнює нулю, тобто маємо залежність Р(Іі)>Р(І2)>Р(Із)> >Р(Ц)=0 розрахункового надлишкового тиску Р(І) від контуру сформованої лінзи Стадія І4 встановлює також заключний етап переходу конструкції з режиму надлишкового тиску повітря усередині лінзи в економний режим його відсутності, причому, застосування рухомої телескопічної частини 7 (з направленням її переміщення у зворотній бік) підтримуючого пристрою 6 дає можливість правильно підібрати розрахований контур стріли "провисання" конструкції у "здутому" стані Окрім того, якщо при що використовуванні конструкції тривалий час, вона "просідає" внаслідок фізичних властивостей впроваджених матеріалів, що працюють на розтяг, то застосування 61423 8 пропонованих винаходом пристроїв 7, 10 дає можливість повсякчасного коригування первісної геометрії пневматичного покриття Так, якщо ЗОВНІШНІЙ контур стріли "провисання" верхнього поясу мембрани конструкції лінзи після її використовування тривалий час перейшов із стану р в стан f (див фіг 1) в режимі відсутності надлишкового тиску,^а в режимі його застосування - із стану р в стан f (див фіг 2), то повернення первісного абрису лінзи для обох режимів експлуатації здійснюється простим переміщенням рухомої телескопічної частини 7 підтримуючого пристрою 6 уздовж осі симетрії споруди Окрім того, цей ПІДХІД додатково дає можливість повністю ліквідувати водяні мішки без використання режиму переходу у стан нагнітання надлишкового тиску Цим встановлюються можливість та повністю рівні умови обох режимів експлуатації конструкції покриття, як при застосуванні надлишкового тиску повітря усередині лінзи, так і при його відсутності Якщо ж після тривалої експлуатації (або внаслідок температурних коливань) "просіла" підтримуюча ванта 5 (див фіг 2), перейшовши із стану 5 в стан 5 , то повернення її в первісне положення здійснюється за допомогою роликів 11 та ВІДПОВІДНОГО фіксуючого барабану 10, що має можливість підтягнути розглянуту ванту традиційним способом намотування на барабан, причому, цей процес може бути продовжений як в прямому, так і в зворотному варіанті Наприклад, переводячи підтримуючі ванти із положення 5 в положення 5 (див фіг 1), ми повертаємо конструкцію пневматичного покриття у стан, який вона займала до виведення и в проектне положення, що має особливе значення при проведенні різного роду ремонтних, реконструктивних та реставраційних робіт Отриману у такий спосіб конструкцію пневматичного покриття можна розглядати як модуль, на основі якого можуть бути сконструйовані різні варіанти покриттів у залежності від обрису плану та комбінацій розташування центрального та зовнішнього опорних контурів споруди Таким чином, використання запропонованого винаходу дозволяє вирішити задачу підтримання ПОСТІЙНОСТІ геометрії первісної конструкції, забезпечити загальну стабілізацію системи у поєднанні з ПОСТІЙНІСТЮ напружень її поясів та зв'язків на протязі тривалого часу з урахуванням коливань загальної довжини підтримуючої ванти, мінімізувати можливість створення водяних МІШКІВ на поверхні зовнішньої мембрани з повною ліквідацією явища "вихлопу" в режимі "здуття" лінзи, полегшити процес виведення в проектне положення підтримуючого пристрою з паралельною фіксацією розрахованої стріли "провисання", а також зазначити рівні умови використання конструкції в різних режимах експлуатації, як при використанні залишкового тиску повітря, так і при його відсутності усередині ЛІНЗИ 61423 10 11 Комп'ютерна верстка М Клюкш 61423 12 Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119