Металлические висячие оболочки-мембраны: учеб. пособие / сост. А.И. Колесов, А.А. Лапшин, Д.А. Морозов; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2015. – 58 с.

Учебное пособие

 

Нижний Новгород

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный

университет» (ННГАСУ)

 

 МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВИСЯЧИЕ                                ОБОЛОЧКИ-МЕМБРАНЫ

Учебное пособие

 

 

Нижний Новгород

ННГАСУ

 2015 г.

УДК 624.014 (075.8)

Металлические висячие оболочки-мембраны: учеб. пособие / сост. А.И. Колесов, А.А. Лапшин, Д.А. Морозов; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2015. – 58 с.

        

Предложен краткий обзор уникальных олимпийских объектов 1980 г. с покрытиями в виде висячих оболочек- мембран, а также мембранных висячих покрытий, построенных до Олимпиады-80 и после нее. Приведены важные конструктивные особенности мембранных покрытий, основы их расчета и проектирования, изготовления и монтажа, технико-экономические показатели.

Учебное пособие рекомендуется по учебной дисциплине С.3.23 «Металлические конструкции высотных и большепролетных зданий и сооружений» для студентов специальности 271101.65 как при освоении лекционного курса, так и при выборе тематики для дипломного проектирования, может быть полезно студентам направления 270800.62 – Строительство (бакалавриат).

 

	ã А.И. Колесов, А.А. Лапшин, Д.А. Морозов
	ã ННГАСУ, 2015

 

3

СОДЕРЖАНИЕ

		Стр.
1.	Общие свойства висячих мембранных оболочек…………………..	4
2.	Конструктивные особенности висячих мембранных покрытий зданий…….…………………………………………………………...	5
3.	Основы расчета висячих мембранных покрытий….………………	27
4.	Особенности расчета висячих мембран разных конфигураций…..	28
5.	Основные результаты и цели экспериментальных исследований большепролетных олимпийских мембранных покрытий………..	48
6.	Особенности испытаний узловых соединений конструкций олимпийских объектов……………………………………………….	50
7.	О натурных исследованиях работы покрытий олимпийских зданий в начальный период эксплуатации……………………………	52
	Заключение…………………………………………………………..	54
	Список литературы………………….………………………………	57

4

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ВИСЯЧИХ МЕМБРАННЫХ ОБОЛОЧЕК

Согласно  [1] можно выделить следующие общие свойства висячих мембран:

– в работе оболочек не учитываются напряжения от изгиба за их малостью;

– висячие мембраны менее деформированы, чем тросовые системы;

– для оценки деформативности мембран большую роль имеет гауссова кривизна их поверхности.

Различают:

а) сферические оболочки положительной гауссовой кривизны;

б) шатровые и седловидные оболочки отрицательной гауссовой кривизны;

в) мембраны нулевой и положительной гауссовой кривизны. Они более деформативны и при сжимающих напряжениях от ветрового воздействия на здание могут терять общую устойчивость;

г) мембраны отрицательной гауссовой кривизны, которые, как показали многочисленные исследования, не могут потерять общую устойчивость  как работающие на растяжение при различных комбинациях загружений.

Для снижения опасности коррозии мембранных кровель рекомендуют применять стали, содержащие химически связанный фосфор (например, 10ХНДП).

Конструкция висячей мембраны обычно состоит из направляющих элементов («постели»), на которые укладываются лепестки мембраны, прикрепляемые к направляющим.

В качестве направляющих элементов для мембраны применяют сетку с крупными ячейками из полосовой стали (в одном направлении) и из профильного металла (в другом).

 

5

Направляющие элементы («постель») служат в качестве связей. В пе-

риод монтажа мембраны они формируют поверхность оболочки. Только

после выверки формы поверхности сетки приступают к укладке лепестков мембраны.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВИСЯЧИХ МЕМБРАННЫХ ПОКРЫТИЙ

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ВИСЯЧИХ МЕМБРАН РАЗНЫХ КОНФИГУРАЦИЙ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ЦЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ МЕМБРАННЫХ ПОКРЫТИЙ ОЛИМПИЙСКИХ ОБЪЕКТОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из приведенного выше краткого обзора применения мембранных покрытий в уникальных зданиях общественного назначения следует, что основные несущие конструкции в них в своем большинстве изготавливались из стали и железобетона. Сталь хорошо работает на растяжение и используется при изготовлении пролетных конструкций мембраны. Железобетон также хорошо работает на сжатие и внецентренное сжатие и используется в наружных опорных контурах таких зданий.

Большим достоинством большепролетных мембранных покрытий является возможность переноса в заводские условия изготовления пролет-
55

ной части покрытия и стальной опалубки для железобетонного опорного контура. Мембрана в виде крупных лепестков в компактных рулонах доставляется на строительную площадку и позволяет получать почти готовую поверхность большой площади.

Следует отметить, что приоритет в создании мембранных покрытий принадлежит России и выдающемуся русскому инженеру В.Г. Шухову, который впервые в 1986 г. на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде применил мембранное покрытие на инженерном павильоне диаметром 25 м.

С середины XX века по настоящее время исследования мембранных покрытий теоретически, численно и экспериментально ведут ученые ЦНИИСК – одного из ведущих институтов России. Для расширения области применения мембранных систем в ЦНИИСК разработаны и исследованы конструкции производственных зданий для массового применения.

На основе совместных разработок ЦНИИСК с другими ведущими институтами России выявлены области рационального применения зданий с мембранными покрытиями, разработана их номенклатура и габариты [6, с. 282].

Экономическая эффективность мембранных покрытий определяется снижением по отношению к сравниваемым типам покрытий расхода материалов и трудоемкости заводского передела и работ, выполняемых на строительной площадке.

При этом снижается стоимость нижележащих конструкций (колонн, фундаментов) с учетом значительного снижения массы покрытия.

Кроме этих достоинств, уменьшается конструктивная высота покрытия и соответствующие этому расходы.

Как отмечено в [6, с. 283], применение мембранных конструкций покрытий позволяет снизить расход стали в пределах  , трудоемкость изготовления и монтажа - , сметной стоимости - .

56

Сопоставление данных экспериментального проектирования ЦНИИСК (анализ проведен на более чем 200 конструктивных решений) показало, что экономия стали на конструкции каркаса и покрытия составила около 20%.

 

 

57

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Беленя, Е. И. Металлические конструкции: спец. курс: учеб. пособие для строит. вузов / Е. И. Беленя, Н. С. Стрелецкий, Г. С. Ведеников; под ред. Е. И. Беленя. - Изд. 2-е, перераб. и доп. – Москва: Стройиздат, 1982. – 472 с.: ил. – (Гл. 14, 15. – С. 192-232).

2 Металлические конструкции: спец. курс: учеб. пособие для строит. вузов / Е. И. Беленя, Н. С. Стрелецкий, Г. С. Ведеников [и др.]; под ред. Е. И. Беленя. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Стройиздат, 1991. – 687 с. – (Гл. 14, п. 14.2; Гл.15. – С. 290-345).

3 Мельников, Н. П. Металлические конструкции: Современное состояние и перспективы развития / Н. П. Мельников. – Москва: Стройиздат, 1983. – 543 с., ил. – (Гл. 9, п. 9.5 – С. 230-264).

4 Шухов В. Г. (1853-1939). Искусство конструкции: пер. с нем. / Р. Грефе [и др.]; под ред. Р. Грефе. – Москва: Мир, 1994. – 192 с.: ил. – (С. 40-53).

5 Кирсанов, Н. М. Висячие и вантовые конструкции: учеб. пособие для вузов / Н. М. Кирсанов. – Москва: Стройиздат, 1981. – 158 с.: ил. – (П. 1.5. – С. 9, 29-32; П. 2.1 – С. 36, 39-42; П. 2.5 – С. 37, 54-57; П. 4.3. – С. 78, 89-94; П. 5.3 – С. 96, 105-108).

6 Трофимов, В. И. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений: (разработка конструкций, исследования, расчет, изготовление, монтаж): учеб. пособие для студентов вузов по специальности 290300 "Пром. и гражд. стр-во" направления "Стр-во" / В. И. Трофимов, А. М. Каминский. – Москва: АСВ, 2002. – 576 с.: ил. – (Гл. 7. – С. 240-283; Гл. 9. – С. 315-367).

 

 

Колесов Александр Иванович

Лапшин Андрей Александрович

Морозов Дмитрий Александрович

 

Учебное пособие

 

Редактор Т.Л. Батаева

 

Подписано в печать____________, бумага газетная, формат ___________,  печать____________. Уч.изд.л._______      Усл. печ.л.______      Тираж 150 экз.         Заказ № _____.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»  603950, г. Нижний Новгород, ул.Ильинская, 65.

Полиграфцентр ННГАСУ, 603950, г. Нижний Новгород, ул.Ильинская, 65.

Учебное пособие

 

Нижний Новгород

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный

университет» (ННГАСУ)

 

 МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВИСЯЧИЕ                                ОБОЛОЧКИ-МЕМБРАНЫ

Учебное пособие

 

 

Нижний Новгород

ННГАСУ

 2015 г.

УДК 624.014 (075.8)

Металлические висячие оболочки-мембраны: учеб. пособие / сост. А.И. Колесов, А.А. Лапшин, Д.А. Морозов; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2015. – 58 с.

        

Предложен краткий обзор уникальных олимпийских объектов 1980 г. с покрытиями в виде висячих оболочек- мембран, а также мембранных висячих покрытий, построенных до Олимпиады-80 и после нее. Приведены важные конструктивные особенности мембранных покрытий, основы их расчета и проектирования, изготовления и монтажа, технико-экономические показатели.

Учебное пособие рекомендуется по учебной дисциплине С.3.23 «Металлические конструкции высотных и большепролетных зданий и сооружений» для студентов специальности 271101.65 как при освоении лекционного курса, так и при выборе тематики для дипломного проектирования, может быть полезно студентам направления 270800.62 – Строительство (бакалавриат).

 

	ã А.И. Колесов, А.А. Лапшин, Д.А. Морозов
	ã ННГАСУ, 2015

 

3

СОДЕРЖАНИЕ

		Стр.
1.	Общие свойства висячих мембранных оболочек…………………..	4
2.	Конструктивные особенности висячих мембранных покрытий зданий…….…………………………………………………………...	5
3.	Основы расчета висячих мембранных покрытий….………………	27
4.	Особенности расчета висячих мембран разных конфигураций…..	28
5.	Основные результаты и цели экспериментальных исследований большепролетных олимпийских мембранных покрытий………..	48
6.	Особенности испытаний узловых соединений конструкций олимпийских объектов……………………………………………….	50
7.	О натурных исследованиях работы покрытий олимпийских зданий в начальный период эксплуатации……………………………	52
	Заключение…………………………………………………………..	54
	Список литературы………………….………………………………	57

4