Несучі конструкції з пластмас. Пневматичні конструкції.

 

Висока міцність деяких видів пластмас при відносно низькій щільності, стійкість проти атмосферних впливів - це цінна властивість пластмас як матеріалу для несучих конструкцій. Однак, серйозною перешкодою до застосування ПМ в несучих конструкціях, є їх відносно велика деформативність.

Для запобігання негативного впливу деформативності ПМ застосовуються в основному два засоби:

-підвищення жорсткості конструктивних елементів шляхом більш раціонального, ніж у масивних перерізах, розподілу матеріалу;

-надання конструкціям таких форм, при яких виключаються або зводяться до мінімуму напруження від згинальних моментів і небажані деформації.

Першому засобу найбільшою мірою відповідають тонкостінні профілі (трубчасті, коробчаті, хвилясті), другому - просторові конструкції одинарної або подвійної кривизни (склепіння, куполи, оболонки), а також конструкції з об'ємних блоків (пірамідальних, воронкоподібних, шаблеподібних та ін.)

Найбільш прийнятними для несучих конструкцій є пластмаси на основі поліефірних, епоксидних та фенольних смол, з наповненням скловолокном (поліефірні склопластики застосовуються частіше, тому що вони найбільш дешеві).

У менш відповідальних частинах конструкцій застосовується жорсткий вініпласт і оргскло.

Кожному конструктивного матеріалу відповідають свої ефективні форми. Можна виділити два основних види пластмасових несучих конструкцій:

1) гратчасті конструкції з склопластикових і вініпластикових труб;

2) конструкції з об'ємних елементів і просторові конструкції.

 

Гратчасті конструкції.

Ці конструкції так само, як і інші несучі конструкції з ПМ, поки що проходять дослідну перевірку. Їх міцність не викликає сумніву, жорсткість їх досягається формою перерізу їх елементів - найчастіше трубчастою. Обмеження їх застосування пов'язано з низьким ступенем вогнестійкості, крихкістю і старінням.

Дослідження з метою поліпшення їх властивостей тривають, проводяться роботи з вивчення ферм з вініпластових труб. Ферми мають проліт 6 м і ламаний контур верхнього поясу. З'єднання елементів виконується зварюванням.

У спеціальних спорудах знайшли застосування склопластикові труби для радіовеж висотою 27-30 м. (США - Колорадо, Флорида). Вежа виконана у вигляді секцій, які з'єднані між собою за допомогою конусоподібних гільз на клею. Вага вежі - 640 кг., в 5 разів легше аналогічної сталевої вежі, вартість матеріалу в 3 рази вища, значна економія на транспорті, монтажі і споруді.

 

Для виготовлення радіовеж використовуються труби зі склопластику діаметром d = 51, 64, 76, 89 мм., товщина стінки δ = 3 мм.

 

Конструкції з об'ємних елементів і просторові конструкції з пластмас.

 

Такі конструкції використовують як покриття будівель та споруд різного призначення.

Набули поширення конструкції з лоткових, пірамідальних, воронкоподібних елементів, а також пневматичні конструкції.

Лоткові елементи опробовані в досвіді будівництва США, Франції, Словаччини. Товщина лоткових елементів 3-6 мм., жорсткість досягається гофруванням поперечників і вигином по довжині. Лоткові елементи мають довжину l = 6,8-12,2 м., а ширину b = 67-90 см. Форми поперечних перерізів вкрай різноманітні.

 

З'єднують лоткові елементи між собою болтами через 60 см. і шов заклеюється еластичною стрічкою.

Пірамідальні елементи для склепінчатих і купольних покриттів виконуються із склопластику, можуть бути холодними і напівтеплими, світлопрозорими і глухими.

Пірамідальний елемент

По контуру основи пірамід кріпляться болтами, шви заклеюються клейкою стрічкою. Вершини пірамід скріплені металевими затяжками. Вони забезпечують стійкість споруди.

При будь-якій комбінації навантажень (симетричного або несиметричного) в стінках пірамід виникають розтягуючі зусилля.

Воронкоподібні елементи застосовуються в тих випадках, коли потрібно забезпечити незалежність окремих частин конструкцій.

Розміри воронки 2,4 х2, 4 м, висота - 1,5 м, δ = 3-6 мм; вона спирається на сталеву трубу h = 2,4 м, d = 10-15 см, що служить для відведення води. Форма воронки - гіперболічний параболоїд, по контуру йде фланець для з'єднування з сусіднім елементом. Стики фланців разом з болтами закриваються полівінілхлоридними профілями на клею.

Воронкоподібні елементи застосовують у садових павільйонах (Канада), у шкільних будівлях (США), в покриттях ринків (Франція). Найбільша споруда такого типу - виставковий павільйон, збудований у Швейцарії, має розміри осередку 18х18 м.

 

Пневматичні конструкції.

Пневматичні конструкції є найпоширенішими просторовими конструкціями із пластмас.

Пневматичними або надувними називають конструкції, несуча здатність яких забезпечується надлишковим тиском повітря або іншого газу, шо знаходиться в газонепроникній оболонці, виконаній з тканини або плівки.

Пневматичні конструкції відрізняються простотою, легкістю і компактністю в складеному вигляді, високою збірністю і транспортабельністю. Їх зведення дуже просте і не потребує будь-яких трудомістких допоміжних пристроїв. Вони мають сейсмостійкість, а їх основу можна зводити на скелястих грунтах.

Пневматичні конструкції поділяються на:

- повітряноопорні;

- пневмокаркасні;

- комбіновані (вантовопневматичні і лінзоподібні).

Повітряноопорні конструкції являють собою закриту пневмооболонку, під якою всередині приміщення створюється невеликий надмірний тиск повітря, що грає роль основного несучого елемента конструкції. Цей тиск встановлюється розрахунком в межах 0,02-0,002атм. Такий тиск забезпечує необхідну стійкість споруди і практично не відчувається тими людьми, що знаходяться в приміщенні.

Повітряноопорні ПК проектуються, як правило, у вигляді сферичних куполів або циліндричних склепінь прольотом від 12 до 50 м. і більше.

Звід зі сферичними торцями

Торці склепінь в більшості випадків виконуються так само із плівки або тканини з сферичним обрисом. Для склепінь невеликих прольотів торцеві частини в деяких випадках роблять плоскими з жорстких матеріалів (дерево, метал, пластмаса).

 

З метою забезпечення герметичності і мінімальних втрат надлишкового тиску через входи необхідно влаштовувати шлюзи.

Надмірний тиск всередині приміщення створюється компресорами або вентиляторами. Якщо тиск вище допустимого рівня, повітря випускають через запобіжні клапани. Запуск вентилятора при витоку повітря може здійснюватися автоматично.

 

Пневмокаркасні конструкції складаються з ряду несучих надувних елементів. Пневмоелементи уявляють собою герметично закриті балони, найчастіше трубчастої форми діаметром до 60-70 см.

Пневмокаркасні конструкції застосовуються у вигляді пневмобалок, пневмостійок, пневмоарок, пневмокуполів та інших конструкцій.

Пневмоарка (Ризб=0,5-1,5 атм)

Пневмобалка

Пневмостійка

Пневмокупол

Опори пневмоарок шарнірні. Торець пневмоелементів надягають на сталевий стакан і закріплюють нагелями або хомутами. Найбільш доцільно для ПК використовувати арки кругового обрису. Проліт пневмоарок належить приймати 12-16 м., крок 2,5-3 м. Проектне положення ПК зберігається завдяки надлишковому тиску повітря (0,5-1,5 атм.)

Для приміщення з пневмокаркасними конструкціями на відміну від повітряноопорних, зберігається нормальний тиск повітря. Однак, конструкції цього типу складніші у виготовленні і вимагають установки для нагнітання повітря під значно більшим тиском. Для цієї мети використовують зазвичай компресори, а іноді балони зі стисненим повітрям або газом.

 

Комбіновані конструкції складаються із збірного каркасу (алюмінієвого, сталевого чи дерев'яного) і повітряноопорної захисної оболонки.

 

У звичайних умовах всередині приміщення підтримується нормальний тиск. Тиск підвищується при значних вітрових або снігових навантаженнях. Ці конструкції відрізняються підвищеною стійкістю, однак їх застосування доцільне при перекритті великих прольотів.

Вантовопневматичні конструкції являють собою поєднання повітряноопорних оболонок з вантовими системами із сталевих або синтетичних тросів.

Лінзоподібні пневматичні конструкції складаються з замкнутих висячих оболонок, закріплених на жорсткому опорному каркасі.

Пневмоконструкції застосовуються у тимчасових спорудах: зерноскладах, складах сипучих матеріалів, як опалубка для монтажу постійних (бетонних) конструкцій; для капітальних споруд - як покриття цирків, стадіонів, літніх кінотеатрів. Крім того, ПК застосовують для виготовлення куполів і склепіння методом поверхневого нанесення склопластику або поліуретану, в результаті чого утворюється монолітна тришарова конструкція.

З усіх видів ПК найбільше застосування отримали повітряноопорні конструкції у вигляді циліндричних або сферичних оболонок.