Воздухоопорная (или надувная ) конструкция — это любое здание, структурная целостность которого обеспечивается за счет использования внутреннего сжатого воздуха для надувания оболочки из гибкого материала (т. е. конструкционной ткани) , так что воздух является основной опорой конструкции, а доступ осуществляется через воздушные шлюзы .
Первой в истории конструкцией, поддерживаемой воздухом, был обтекатель , изготовленный в Корнеллской авиационной лаборатории в 1948 году Уолтером Бердом. [1]
Концепция была реализована в больших масштабах Дэвидом Х. Гейгером в павильоне США на выставке Expo '70 в Осаке, Япония, в 1970 году. [2]
Обычно он имеет форму купола , поскольку эта форма создает наибольший объем для наименьшего количества материала. Для сохранения структурной целостности конструкция должна находиться под давлением таким образом, чтобы внутреннее давление было равно или превышало любое внешнее давление, приложенное к конструкции (например, давление ветра ). Конструкция не обязательно должна быть герметичной для сохранения структурной целостности — пока система наддува, которая обеспечивает внутреннее давление, заменяет любую утечку воздуха, конструкция останется устойчивой. [3] Весь доступ к внутренней части конструкции должен быть оборудован какой-либо формой воздушного шлюза — обычно либо двумя наборами параллельных дверей, либо вращающейся дверью , либо и тем, и другим. Конструкции с воздушной опорой закрепляются тяжелыми грузами на земле, наземными анкерами , креплением к фундаменту или их комбинацией.
Среди множества вариантов использования: спортивные и рекреационные сооружения, складирование , временные укрытия и обтекатели. Конструкция может быть полностью, частично или только с воздушной опорой. Полностью воздухоопорная конструкция может быть предназначена для временного или полувременного сооружения или постоянного, тогда как конструкция только с воздушной опорой может быть построена как постоянное здание.
Форма конструкции, поддерживаемой воздухом, ограничена необходимостью равномерного давления на всю поверхность оболочки . Если это не так, конструкция будет поддерживаться неравномерно, создавая складки и точки напряжения в податливой оболочке, что в свою очередь может привести к ее разрушению. [4]
На практике любая надувная поверхность подразумевает двойную кривизну. Поэтому наиболее распространенными формами для воздухоподдерживаемых конструкций являются полусферы, овалы и полуцилиндры.
Основные нагрузки, действующие на поддерживаемую воздухом оболочку, — это внутреннее давление воздуха, ветер или вес от накопления снега. Конструкция постоянно активно поддерживается за счет вдувания большего количества воздуха, что требует энергии. [3]
Для компенсации силы ветра и снеговой нагрузки надуваемость конструкции регулируется соответствующим образом. Современные конструкции имеют управляемые компьютером механические системы, которые отслеживают динамические нагрузки и автоматически компенсируют надуваемость. Чем лучше качество конструкции, тем более высокие силы и вес она может выдержать. Конструкции наилучшего качества могут выдерживать ветер до 120 миль в час (190 км/ч) и вес снега до 40 фунтов на квадратный ярд [4] (21,7 килограмма на квадратный метр).
Давление воздуха на оболочку равно давлению воздуха, оказываемому на внутреннюю землю, толкая всю конструкцию вверх. Поэтому ее необходимо надежно закрепить на земле (или на подконструкции в конструкции только с крышей).
Для конструкций с широкими пролетами требуются тросы для анкеровки и стабилизации. Анкеровка требует балласта (грузов). Ранние конструкции анкеровки включали мешки с песком, бетонные блоки, кирпичи и т. п., обычно размещаемые по периметру на юбке уплотнения. Большинство современных конструкций используют фирменные системы анкеровки.
Опасность внезапного обрушения практически незначительна, поскольку конструкция будет постепенно деформироваться или провисать под воздействием большой нагрузки или силы (снега или ветра). Только если эти предупреждающие знаки игнорируются или не замечаются, то накопление экстремальной нагрузки может разорвать оболочку, что приведет к внезапному сдуванию и обрушению. [3]
В жарком или холодном климате кондиционирование воздуха увеличивает потребность в энергии. В местах, которые посещают миллионы людей в год, потребление энергии может составлять пару гигаджоулей на квадратный метр. [5]
.jpg/1280px-RCA_Dome_07-02-2008_(2632586746).jpg)
Распространенное заблуждение заключается в том, что эти сооружения не предназначены для постоянного использования, однако все крупные корпорации, участвующие в этой отрасли, соответствуют той или иной форме Международных строительных норм . Чтобы стать постоянным сооружением, эти купола должны быть спроектированы в соответствии с теми же строительными нормами, что и традиционные сооружения. [ требуется ссылка ]
Воздухоопорные конструкции или купола также широко известны как «пузыри».
Материалы, используемые для воздухоопорных конструкций, аналогичны тем, которые используются в натяжных конструкциях , а именно синтетические ткани, такие как стекловолокно и полиэстер . Для предотвращения ухудшения свойств от влаги и ультрафиолетового излучения эти материалы покрываются полимерами, такими как ПВХ и тефлон .
В зависимости от использования и местоположения, конструкция может иметь внутреннюю облицовку из более легких материалов для изоляции или акустики. Материалы, используемые в современных воздухоподдерживаемых конструкциях, как правило, полупрозрачны, поэтому использование системы освещения внутри конструкции часто не требуется в дневное время.
Внутреннее давление воздуха, необходимое для воздухоподдерживаемых конструкций, не так велико, как ожидает большинство людей, и, конечно, не заметно внутри. Величина требуемого давления зависит от веса материала и подвешенных на нем систем здания (освещение, вентиляция и т. д.) и давления ветра. Тем не менее, оно составляет всего лишь менее 1% выше атмосферного давления . [6] Внутреннее давление обычно измеряется в дюймах водяного столба , inAq , и варьируется в пределах от 0,3 inAq для минимального наполнения до 3 inAq для максимального, причем 1 inAq является стандартным уровнем давления для нормальных условий эксплуатации. В терминах более распространенных фунтов на квадратный дюйм , 1 inAq равен всего лишь 0,037 фунта на квадратный дюйм (2,54 мбар, 254 Па), [4]
Медиа, связанные с надувными зданиями на Wikimedia Commons