Растяжимая мембранная конструкция — это термин, обычно используемый для обозначения конструкции крыш с использованием мембраны, удерживаемой на месте на стальных тросах. Это форма конструкции, которая выдерживает только натяжение, исключая сжатие или изгиб. Большинство растяжимых конструкций поддерживаются той или иной формой сжимающих или изгибающих элементов. Растяжимые конструкции являются наиболее распространенным типом тонкослойных конструкций.
Растягивающиеся конструкции используются с древних времен. Наиболее примитивные варианты применения можно увидеть в виде палаток и других временных кровель, используемых кочевыми племенами. Эти конструкции демонстрируют нелинейное поведение, в отличие от линейных зависимостей, наблюдаемых в обычных конструкциях, в которых в качестве основного материала используется сталь. Нелинейная зависимость может наблюдаться как в геометрии, так и в материальных аспектах.
Растяжимые мембранные конструкции чаще всего используются в качестве кровель, поскольку они могут экономично и привлекательно перекрывать большие расстояния. Растяжимые мембранные конструкции также могут использоваться в качестве полноценных зданий с несколькими распространенными применениями, такими как спортивные сооружения, складские помещения и выставочные площадки.
Первая разработка российского инженера Владимира Шухова по практическим расчетам напряжений и деформаций растяжимых конструкций, оболочек и мембран. он спроектировал восемь выставочных павильонов с растяжимыми конструкциями и тонкослойными конструкциями для Нижегородской ярмарки 1896 года площадью 27 000 квадратных метров. В настоящее время растяжимая мембрана завоевала популярность во всем мире.
Классификация растяжимых мембран
В области растяжимых строительных систем существует три различные основные классификации: мембранные натяжные конструкции, сетчатые натяжные конструкции и пневматические конструкции. Первая относится к конструкциям, в которых мембрана удерживается тросами, что позволяет распределять растягивающие напряжения по ее форме. Второй случай соответствует конструкциям, в которых сетка кабелей воспринимает внутренние усилия, передавая их на отдельные элементы, например, листы стекла или дерева. В третьем случае защитная мембрана поддерживается давлением воздуха.
Материалы для растяжимых мембран
Текстильные мембраны обычно состоят из проверенных тканей или тканей с покрытием. Некоторые типы нетканых материалов используются для специальных применений. Сегодня существует широкий ассортимент натуральных и синтетических волокон, которые могут быть использованы для производства мембран. Однако типичные требования к структурным текстильным мембранам и необходимость серии детальных испытаний самого материала, а также его соединений привели к тому, что для обычного использования выбор волокон невелик.
Сами ткани не являются водонепроницаемыми. Кроме того, большинство волокон подвержены воздействию окружающей среды, например, солнечного излучения. Среди прочего, это обычно приводит к снижению прочности и гибкости. Поэтому ткани должны быть проверены или покрыты. Проверка — это предпочтительный режим для хлопка и хлопчатобумажных / синтетических тканей. Покрытие ПВХ является наиболее распространенным решением для полиэфирных и арамидных тканей, покрытие ПТФЭ типично для тканей из стекловолокна.
Система нанесения покрытий должна хорошо подходить для волокон, используемых для самой ткани: с одной стороны, покрытия наносятся на ткани при высоких температурах, которые волокна должны быть способны выдерживать, с другой стороны, химическая и механическая адгезия к ткани имеет важное значение для жесткости при сдвиге, а вместе с этим и для несущей способности многих конструктивных деталей. Прочность мембраны зависит от типа пряжи, типа переплетения и количества, используемого для ткани. Материалы из ПВХ / полиэстера и ПТФЭ / стекла, которые можно приобрести на складе, демонстрируют прочность до 200 кН/ м (краткосрочное испытание на растяжение, 230 ° С). По запросу может быть получена прочность до более чем 300 леН/м. Прочностные свойства арамидов PVCI могут достигать порядка 600 кН/м. Однако из-за их высокой цены и недостаточной прозрачности последние выбираются только для особых случаев.
Ниже обсуждаются наиболее популярные типы растяжимых волокон-
Полиэстер с ПВХ покрытием: Полиэстер с ПВХ покрытием может быть отличным выбором материала как для постоянных, так и для временных растяжимых тканевых конструкций. Полиэстер с ПВХ покрытием известен своей превосходной прочностью, гибкостью, прозрачностью и доступностью по сравнению со стеклотканью с покрытием из ПТФЭ и ETFE. ПВХ-покрытие, которое наносится на полиэстер, включает УФ-стабилизаторы, огнезащитные добавки и антифунгициды. Полиэфирные ткани с ПВХ-покрытием имеют структурный срок службы более 20 лет.
Стеклоткань спокрытием из ПТФЭ: Стеклоткань с покрытием из ПТФЭ была разработана компанией DuPont в 1960-х годах и использовалась для создания растяжимых тканевых конструкций с начала 1970-х годов. Первоначально срок службы материала составлял 25 лет; однако этот срок уже превышен, и на сегодняшний день ожидания составляют где-то от 30 до 50 лет.
ETFE: Хотя ETFE представляет собой пленку, а не ткань, его стоит затронуть, поскольку он широко используется в качестве альтернативы конструкционному стеклу и его применение быстро растет. ETFE — отличный выбор, если теплоизоляция является приоритетом вашего проекта.
Типы растяжимых конструкций
Существует три типа растягивающихся структур, каждый из них объясняется ниже.
1. Линейные растяжимые конструкции
Линейные растягивающие конструкции — это конструкции, в которых все элементы испытывают линейные растягивающие усилия. Эти линейные элементы поддерживаются сжимающими элементами, но основные нагрузки переносятся растягивающими элементами. Типичным примером такой конструкции являются мосты с подвесом на кабелях. Основные опоры действуют как элементы сжатия, но вся нагрузка ложится на натянутые тросы.
2. Трехмерные растягивающиеся структуры
Трехмерные растяжимые конструкции представляют собой совокупность элементов, которые в основном находятся в состоянии растяжения, при этом сжатие передается на центральную мачту и опускается на землю. Наиболее распространенное явление трехмерного натяжения можно увидеть на спортивных аренах, которые обычно служат крышами для этих конструкций.
3. Растягивающиеся конструкции с поверхностными напряжениями
Поверхностно-напряженные растягивающие конструкции такие же, как и другие 2 растягивающие конструкции, но поверхностные элементы являются элементами, несущими натяжение. Тканевые растяжимые конструкции являются прекрасными примерами растяжимых конструкций с поверхностным напряжением, где вертикальные стойки удерживают специально разработанную ткань, находящуюся в натянутом состоянии.
Преимущества растяжимых конструкций
Владельцы и застройщики по всему миру обнаружили преимущества строительства с использованием растяжимых тканевых строительных конструкций в отличие от традиционных строительных изделий. Ищете ли вы развлекательное заведение, такое как амфитеатр, покрытие для пешеходных дорожек на транзитных станциях или конструкцию, которая сделает ваши спортивные площадки пригодными для круглогодичных соревнований, строительная конструкция из растяжимой ткани может стать идеальным решением. Некоторые из преимуществ растяжимых мембранных конструкций приведены ниже-
- При наличии надлежащих методик строительства, разработанных специализированными подрядчиками по проектированию и строительству для растяжимой архитектуры, монтаж натяжных мембранных конструкций часто происходит быстрее и экономичнее по сравнению с традиционными строительными проектами.
- Из-за прозрачности, присущей почти всем вариантам ткани, строительные конструкции из растягивающейся ткани обеспечивают обилие дневного света под ними, создавая привлекательное и комфортное пространство внизу.
- В дополнение к тому, что современные ткани более устойчивы к атмосферным воздействиям и легче по весу, чем палки и шкуры животных, они обладают такими преимуществами, как защита от ультрафиолетового излучения и большая ветроустойчивость. Они также покрыты материалами, устойчивыми к разрушению ультрафиолетом.
- Благодаря уникальным гибким характеристикам тканевой мембраны, натяжные мембранные конструкции дают архитекторам, дизайнерам и инженерам возможность экспериментировать с формой и создавать визуально захватывающие и знаковые конструкции.
- При желании покрыть большие площади пространства, легкий вес мембраны является экономичным решением для применения в помещениях с большим пролетом, обеспечивая при этом возможность свободного от колонн пространства. В результате для растяжимой мембраны требуется меньше опор из конструкционной стали по сравнению с традиционными строительными изделиями, что в конечном итоге снижает затраты на проект для владельцев зданий.
- Вес мембраны в растяжимых конструкциях намного меньше, и, следовательно, количество конструкционной стали, используемой для поддержки мембраны, также минимально. Таким образом, вес, а также общая стоимость растяжимых конструкций намного меньше по сравнению с обычными кровельными системами. Поскольку используется нержавеющая сталь, становится доступно больше полезного пространства, свободного от колонн. Поскольку вес конструкции невелик, она не будет испытывать значительных ускоряющих сил при сейсмическом воздействии.
- Сам мембранный материал выдерживает температуру от -40 ° C до +70 ° C. Компании дают гарантии на свои ткани, и обычно минимальный срок службы этих конструкций составляет около 25 лет.
- Монтаж растяжимых конструкций занимает менее недели, поскольку все работы по созданию рисунка и изготовлению в основном выполняются на складах, а конструкция возводится на месте. Период строительства — это только время, необходимое для его возведения, которое может быть сокращено до минимума с использованием современного строительного оборудования и технологий.
Заключение
Мембранные конструкции могут быть спроектированы, проанализированы и смонтированы в любой форме, которая нам требуется. Это предоставляет проектировщику дополнительное пространство для экспериментов с различными формами. Мембранную ткань можно использовать даже при искусственном освещении, что может придать ей еще одно эстетическое измерение. Это не только экономичное решение, но и эстетически привлекательное. Растяжимые конструкции являются относительно новой концепцией, которая только входит в строительный сценарий Индии и быстро набирает популярность. Ниже приведены области, в которых растяжимая конструкция превосходит традиционные формы конструкций.