Аэростатическая архитектура

Ниже приведен ориентировочный расчет монообъемного аэростатического покрытия, позволяющий убедиться в правильности выбора объема и формы аэростата.

При расчете подъемной силы газонаполненных оболочек необходимо учитывать следующие факторы:

1. 
   Вес материала оболочки.
   
2. 
   Вес слоя воды от атмосферных осадков.
   
3. 
   Вес полезной нагрузки, необходимой для функционирования данного типа сооружения, включая:
   

- вес звукоусиливающих установок;

- вес ходовых мостиков для технического обслуживания.

4. Вес снегового покрова (при необходимости).

Вес материала оболочки ориентировочно принимается:

a) до 1000 м² — 0,2 кг/м²

б) от 1000 м² до 6000 м² - 0,450 кг/м²

Площадь оболочки ориентировочно определяется по формуле:

Учет веса снегового покрова требует специальных конструктивных мероприятий, таких, как греющего типа электрических кабелей и защитного материала. В данном разделе это не рассматривается.

1. 
   Предварительный этап.
   

1. 
   Исходя из архитектурно-планировочного решения, определяются размеры оболочки в плане.
   
2. 
   Производится подсчет нагрузок.
   
3. 
   Подъемная сила определяется по формуле:
   

4. 
   Требуемый объем оболочки определяется по формуле:
   

V =	P	(м3)
	

2. 
   Окончательный этап.
   

Полученный объем оболочки может отличаться от предварительных размеров. Для получения окончательного результата необходимо пересчитать подъемную силу с учетом измененного количества материала оболочки и определить ее объем.

Эту операцию, возможно, потребуется повторить несколько раз, до тех пор, пока разница в объемах оболочки будет составлять менее 10 %.

III. Пример расчета
Для примера приводятся результаты расчета монообъемного аэростатического покрытия в форме эллипсоида с характеристиками:

-Диаметр эллипсоида D - 50м

-Площади покрытия S гор.пр. - 1960 м²

-К_упл -7,5

-Площадь материала оболочки S обол. - 3500 м²

-Объем оболочки (при К упл.=7,5) V -8770 м³

-Вес оболочки -Q 1 -1,05 т

-Вес атмосферных осадков -Q 2 -0,78 т

Зная реальную подъемную силу газонапорной оболочки P=V/Ф =8,77 т и грузовые характеристики с коэффициентом перегрузки (Q 1 + Q 2)х К =3,66 т, можно сделать вывод о том, что данная оболочка имеет запас по несущей способности [Р - (Q 1 + Q 2)х К]:К = 2,55 т. Иными словами, это возможный вес оборудования (с коэффициентами перегрузки (Q 3 х К), который может нести данное покрытие.

Если требуемый вес оборудования больше чем на 10% превышает несущую способность оболочки, то возможно увеличение объема аэростата применив, например, К уп. = 5,0 , при котором Р=13,1т при Q3=4,72 т.

Так же как тентовые, аэростатическое покрытие без особых мер (и соответствующего удорожания) не может нести большую нагрузку от снежного покрова, т.е., в снежных районах такое покрытие надо на зиму демонтировать или «приземлять». Этого не требуется при жесткой стабилизации монообъемного покрытия (рис. 14; 15) и при аэростатическом покрытии, совмещенном с пневматическим (рис. 22).

В этих случаях аэростатическое покрытие работает как «пневмолинза» или «пневмопанель», передавая вес снеговой нагрузки на конструкции или основание покрываемого здания.

За исключением этого ограничения, область применения аэростатических покрытий практически безгранична. Аэростатическое покрытие позволяет без опор покрывать пространства значительно больших размеров, чем при любой другой конструкции покрытия. При этом эксплуатационные качества покрытия могут значительно повыситься, т.к. изготовление покрытия может производиться в заводских условиях с доставкой к месту установки в полной заводской готовности (с оборудованием) путем буксировки по воздуху.

Время и трудозатраты на установку, демонтаж и перемещение аэростатического покрытия значительно сокращаются по сравнению с любой известной системой покрытия. Нагрузки от веса аэростатического покрытия на конструкции покрываемых зданий и их основания равны нулю или направлены вверх, что дает особые преимущества для экономии средств и трудозатрат при сложных и особо сложных условиях строительства. В частности:

- в труднодоступных местностях, удаленных от баз индустриального строительства;

- на сложном, крутом рельефе;

- на слабых и просадочных грунтах;

- на вечной мерзлоте (сезонные здания);

- при высокой сейсмической активности;

- при особых экологических, археологических, геологических и иных требованиях к сохранению почвы, рельефа, растительного и культурного слоя;

• 
  при необходимости в кратчайшие сроки устроить временное покрытие (с последующим его перемещением в другое место), например, для проведения олимпиад, чемпионатов, массовых праздничных мероприятий и т. д.;
  
• 
  при необходимости срочного устройства временного покрытия над производственными объектами;
  

• 
  над геологическими разрезами, а также археологическими раскопками для производства работ и последующей музеефикации.
  

В реальной действительности нет еще ни одного аэростатического покрытия, ни в виде опытного образца, ни в модели, ни в проекте.

Конечно, практика откорректирует некоторые умозрительные построения, уточнит и разовьет методики расчетов, создаст новые материалы, методы и способы. Но то, что аэростатические покрытия нужны и возможны не вызывает никаких сомнений, т.к. это реальная мечта, доказанная уже теоретически.

Можно даже построить своеобразное «генеалогическое дерево» еще не родившейся аэростатической архитектуры.

Любое новое направление развития техники подобно дирижаблю - оно имеет периоды подъема, бурного взлета, замедления, спуска, а, иногда, и катастрофического падения. Например, идея пневматических конструкций, зародившись как новое, яркое направление инженерной мысли, достигнув апогея в павильоне в США на выставке «ЭКОПО-70», блеснув в нескольких интересных постройках и проектах, поражавших воображение своими масштабами, «приземлилась» в виде чисто утилитарных временных строений «геостатах» - приземистых, невыразительных ангаров и складов.

Таких строений построено уже сотни тысяч – более 50 млн. м². Но кто, кроме узких специалистов об этом знает? Кому это приносит радость?

Иная судьба у зародившейся чуть позже идеи тентового покрытия. Она подарила миру, быть может, самый замечательный, самый красивый за всю историю Олимпийских игр, спортивный комплекс – «Мюнхен – 72».

Очень важно, чтобы с самого начала аэростатические покрытия рассматривались не просто как утилитарная часть здания или сооружения, не только в качестве рациональной экономичной конструкции, а как средство создания незабываемых, ярких, возвышенных пространственных образов. Ведь создаются эти пространства специально для крупных общественных зданий и сооружений, собирающих огромные массы людей для праздника общения с силой, здоровьем, красотой, богом.

Идея свободного полета, идея воздухоплавания может и должна возрождаться в мечте о ВОЗДУХОПАРЯЩЕЙ АРХИТЕКТУРЫ.

ИСТОЧНИКИ

1. 
   Авторское свидетельство СССР № 826771 1977 г.
   
2. 
   Авторское свидетельство СССР № 910010 1980 г.
   
3. 
   Авторское свидетельство СССР № 1260492 1986 г.
   
4. 
   Патент на изобретения Японии № JP 7247731 1995 г.
   
5. 
   Патент на полезную модель РФ № RU 56421 2006 г.
   
6. 
   Патент на полезную модель РФ № RU 94603 2010 г.
   
7. 
   Патент на полезную модель РФ № RU 94604 2010 г.
   
8. 
   Патент на полезную модель РФ № RU 94605 2010 г.
   
9. 
   Патент на полезную модель РФ № RU 94606 2010 г.
   
10. 
    Патент на полезную модель РФ № RU 94607 2010 г.
    
11. 
    Патент на полезную модель РФ № RU 94608 2010 г.
    
12. 
    Н.П. Полозков; М.А. Сорокин «Воздухоплавание, Воениздат, 1940 г.
    
13. 
    В.В. Ермолов, У.А. Бэрд и др. «Пневматические строительные конструкции», Стройиздат, 1983 г.
    
14. 
    «Популярная механика» № 3,