8.1 Конструктивная характеристика мембранных покрытий

Мембранные системы покрытия большепролетных зданий представляют собой пространственную преднапряженную ортогонально растянутую конструкцию из тонкого металлического листа толщиной 5-6 мм, закрепленного на опорном контуре.

Мембрана как пролетная конструкция может быть подкреплена системой элементов, используемых для монтажа оболочки и ее стабилизации в период эксплуатации здания. Как несущая конструкция, мембрана работает в 2-х направлениях на растяжение без опасности потери устойчивости оболочки.

Цепные усилия в пролетной конструкции воспринимаются опорным контуром, работающим совместно с мембраной. Последний, как правило, предусматривается из железобетона в виде замкнутого монолитного или сборно-монолитного криволинейного кольца. Мембрана, таким образом, совмещает одновременно несущие и ограждающие функции в здании.

К числу проблем при проектировании мембранных покрытий следует отнести:

1. Правильный выбор формы поверхности мембраны с учетом очертания конструкции в плане, что определяет конфигурацию опорного контура;

2. Стабилизацию мембранного покрытия, характеризующегося повышенной деформативностью, связанной с возможным «выхлопом» оболочки при ветровом воздействии на здание;

3. Рациональное конструирование опорного контура, который проектируется либо в монолитном или сборно-монолитном вариантах;

4. Вопрос гидро-пароизоляции и водоотвода ливневых вод с покрытия здания, имеющего значительные площади;

5. Антикоррозийная защита металлического листа мембраны.

Мембранные покрытия чаще всего проектируют сплошными, из отдельных тонколистовых полотнищ, объединенных на монтаже в сплошную пространственную систему. Ими можно перекрывать здания со следующей конфигурацией в плане: треугольник, многоугольник, прямоугольник, круг, овал, эллипс.

Эти оболочки могут иметь «нулевую», положительную и отрицательную кривизну.

Кроме этого, мембранные системы могут проектироваться в виде ленточных покрытий (из переплетенных, не соединяемых между собой лент). По статической схеме они подобны вантовым системам с рабочими стабилизирующими вантами. Поверхность прижимных планок ленточных полос, соприкасающихся с алюминиевыми лентами, покрывается пленкой из эпоксидного клея толщиной около 1 мм. Для увеличения сил трения после нанесения клеющей пленки по её поверхности посыпается слой корундовой крошки или кварцевого песка 0,6-0,8 мм.

Предварительное напряжение мембраны осуществляется различными способами: «притягиванием» мембраны к контуру с помощью натяжных устройств; натяжением нижнего пояса элементов решетки или оттяжек вантовой системы.

В пролетной конструкции мембранных систем можно устраивать проемы для установки зенитных фонарей пропуска коммуникаций и т.п. Такие проемы в мембранном покрытии должны быть обрамлены листом, расположенным в плоскости мембраны и имеющим площадь поперечного сечения на менее 1/2 площади ослабления мембраны.

В качестве материала мембран используются стали низколегированные и углеродистые, а также сплавы из нержавеющей стали и алюминиевые.

Металлические листы поставляются в виде рулонов с хорошим антикоррозистным покрытием, которое наносится по его площади со стороны кровли. Длина заготовок полотнища предусматривается на пролет здания если оно (без промежуточной центральной опоры) и на 1/2 пролета при устройстве внутреннего опорного элемента покрытия.

Рисунок 8.1. Принципиальные конструктивные схемы мембранных покрытий: А-формирование оболочки покрытий за счет «прегруза» ; Б-мембрана с стабилизирующей фермой; В- мембраны формируемая вантовой системой с жесткими распорками; Г-мембрана со стабилизирующими нагрузками от технологического подвешенного транспорта; 1- колонны каркаса; 2-опорный контур; 3-Предпроектное положение оболочки; 4-мембранное покрытие; 5-прегруз оболочки; 6-ванты, стабилизирующие оболочку мембраны; 7-жесткие распорки между вантовой системой и оболочкой мембраны; 8-конструкция подвесного транспорта; 9-мостовой (подвесной) кран.

Полотнища изготавливаются из отдельных листов размером 1,5 х 6 м, которые свариваются «встык» на специальных механизированных установках (если толщина листа мембраны составляет- 3 мм). При толщине листа 3 мм, сварка листов может производиться традиционным способом – электросваркой «внахлест».

Опорный контур мембранных покрытий проектируется из сборного, сборно-монолитного или монолитного железобетона, в том числе в виде трубобетона. Сечение опорного контура следует развивать в горизонтальной плоскости. Это уменьшает расход стали и повышает жесткость всей системы.

В отдельных случаях опорный контур может быть запроектирован и в виде металлических колец. По способу формообразования мембранные оболочки подразделяются на покрытия с первоначально заданной стрелой провиса и первоначально плоские покрытия. Первоначально заданные со стрелой провиса монтируются навесным способом, т.е. укладкой на монтажные элементы («постель») отдельных полотнищ с последующим объединением (сварка, болтовые соединения) в пространственную конструкцию - мембрану.

Первоначально плоские мембраны, собираются на спланированной площадке или подмостах. После подъема или «раскружаливания» оболочки она провисает под действием собственного веса. Форма поверхности и стрела провиса покрытия зависит от избыточной площадки мембраны, т.е. упругих деформаций и податливости опорного контура. Начальная стрела «провиса» покрытия в этом случае не менее 1/60 меньшей стороны опорного контура.

Центральная опора может быть выполнена из бетона. Для покрытий диаметром больше 150 м центральную опору можно выполнить железобетонной в виде круговой рамы, со стойками расположенными по окружности (см. рис. 8.2).

Рисунок 8.2. Конструкция центральной опоры мембранного покрытия: 1-внутреннее стальное кольцо; 2-консоль оголовка центральной опоры; 3 - трубобетонная опора; 4-арматурные выпуски фундамента; 5-анкерные болты фундамента.

Опорный контур мембранных покрытий проектируется замкнутым, воспринимающим сжато-изогнутые напряжения в одной или двух плоскостях.

Наиболее рациональными являются железобетонные сборные и сборно-монолитные опорные контуры.

Конструктивные схемы опорных контуров и узлов примыкания мембранных покрытий приведены на рис. 8.3 и 8.4.

Плоскость опорного столика обычно выполняется с наклоном, равным наклону касательной к поверхности мембранной оболочки в месте примыкания к контуру под максимальной нагрузкой.

Рисунок 8.3. Конструктивные схемы узлов примыкания мембраны к опорному контуру: 1-мембрана; 2-опорный контур; 3-опорный столик; 4-подкладка; 5-ось установки болтовых соединений; 6-электросварка узлов примыканию.