Тонкостенные композитные и пластмассовые оболочки

В начале XX в. возникло промышленное производство синтетических соединений – смол. Начиная с 1930-х гг. количество вырабатываемых смол и пластмасс достигло промышленных масштабов, и их стали применять в промышленности, а затем и в строительстве благодаря их достоинствам: высокая прочность при малом собственном весе, стойкость в агрессивной среде и по отношению к гниению. Пластмассами называются материалы, содержащие в качестве основного компонента синтетический полимер. Неоднородные пластмассы кроме полимера могут содержать вспомогательные вещества (технологические добавки), придающие им определенные свойства. Стеклопластики представляют собой пластмассы, состоящие из стеклянного наполнителя и связующего. Стеклянное волокно является для стеклопластика арматурой. Древесные пластики – это материалы, полученные соединением синтетических смол и продуктов переработки древесины. К ним относятся древесно-волокнистые плиты (ДВП) и древесно-стружечные плиты (ДСП). Вначале пластмассы использовали в качестве теплоизоляции (пенопласт, сотопласт и др.), затем они нашли применение в пневматических конструкциях (прорезиненная ткань, армированная пленка).

В 1950-е гг. появляются малопролетные купольные покрытия, выполненные из листового пластика.

Б. Фуллер разработал покрытия для подсобных помещений с несущими плоскими элементами из листов фанеры, битуминизированного картона, оргалита, оклеенного фольгой, пластиков. Использовалась комбинация из непрозрачных и светопрозрачных листов, что позволяло создать в этих сооружениях любую освещенность (рис. 8.76).

В это же время в северных районах США появляются антенные устройства и сферические ангары для радаров, выполненные из пластика (рис. 8.77). Трехслойный пластмассовый купол выставочного павильона в г. Бергамо (Италия) диаметром 25 м, со стрелой подъема 9 м и толщиной 5 см состоит из обшивки из стеклопластика толщиной 3 мм и среднего слоя из пенопласта. Купол собран па болтах из 24 однотипных сегментов. Купол опирается на полое железобетонное кольцо. Купольные покрытия из стеклопластиков с геодезической схемой разрезки стати достигать 35–40 м в диаметре.

В СССР тоже изготавливались малопролетные купола из синтетических материалов. Для примера можно привести экспериментальный жилой дом для Заполярья (рис. 8.78), запроектированный инж. Бодянским из сборно-разборных элементов.

Купольное покрытие. США, 1950-е гг., арх. Б. Фуллер

Рис. 8.76. Купольное покрытие. США, 1950-е гг., арх. Б. Фуллер

Ангар для радара. США, шт. Аляска, 1950-е гг.

Рис. 8.77. Ангар для радара. США, шт. Аляска, 1950-е гг.

Жилой дом для Заполярья, 1959 г.

Рис. 8.78. Жилой дом для Заполярья, 1959 г.

Серьезным недостатком пластмассовых конструкций того времени были большая температурная деформативность и недолговечность, по их легкость, простота изготовления, транспортабельность и светопрозрачность предсказывали им большое будущее.

Современные тонкостенные пластмассовые и композитные купола-оболочки бывают однослойными (рис. 8.79), двух- и трехслойными. Однослойные купола изготавливают из оргстекла, полиэфирного светопрозрачного стеклопластика и пенопласта. Двухслойная оболочка состоит из наружного стеклопластикового слоя и внутреннего пенопластового. Трехслойные купола общей толщиной от 15 до 50 мм имеют стеклопластиковые обшивки толщиной до 3 мм и средний слой из пенополистирола, пенополиуретана, сотопласта и просто воздушной прослойки. Диаметр и толщина однослойных куполов из органического стекла достигают, соответственно, 10 м и 20 мм; из стеклопластика – 9 м и 6 мм; из пенопласта – 24 м и 200 мм. Трехслойные купола возводят диаметром до 25 м и общей толщиной оболочки до 50 мм. Купола диаметром до 6 м изготавливают и транспортируют целиком; при больших размерах их монтируют из отдельных элементов либо изготавливают на месте.

В России в секторе светопрозрачных конструкций активно работает компания "Сигма-Строй". Она поставляет и монтирует фонари из акрила и поликарбоната всех возможных форм и размеров (см. рис. 8.79). Высокогорная гостиница для горнолыжников в Домбае сделана в форме эллипсоида вращения. Оболочка диаметром 8 м собрана на болтах из 16 сегментов. Обшивка – из полиэфирного стеклопластика толщиной 2,5 мм, а средний слой из пенополиуретана толщиной 4 см. Аналогичная оболочка находится в Краснодаре (рис. 8.80).

По-прежнему являются востребованными защитные оболочки радиорелейных станций (РЛС), которые предназначены для защиты радиолокационных систем аэропортов от атмосферных воздействий и обеспечения нормальной работы аппаратуры в сложных метеорологических условиях. Защитные оболочки представляют собой самонесущий трехслойный или однослойный стеклопласти-

Купол из монолитного поликарбоната

Рис. 8.79. Купол из монолитного поликарбоната

ковый гладкий или зонтичный купол. Стеклопластиковые оболочки РЛС эксплуатируются в аэропортах Домодедово, Внуково, Шереметьево и других аэропортах России.

Композиционный материал (композит) – искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

В настоящее время считается, что самый большой в мире композитный купол – это купол мечети в Бахрейне (рис. 8.81), диаметр которого – 25 м.

Купол – из жаропрочного армированного стекловолокном пластика, цвет и фактура пластика подогнаны под соответствующие параметры природного камня. Компания-изготовитель дата 30-летнюю гарантию па материал сооружения.

Соборная мечеть. Бахрейн

Рис. 8.81. Соборная мечеть. Бахрейн

Трехслойная оболочка для кафе. Краснодар

Рис. 8.80. Трехслойная оболочка для кафе. Краснодар

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >