Обобщен опыт возведения сооружений из пневматических конструкций в мировой практике, приведены сведения о последних разработках в области создания эффективных материалов оболочек, новых пневматических строительных конструкций и современных методов расчета. Авторы - крупнейшие специалисты мира, известные своими трудами в различных областях проектирования и использования пневматических строительных конструкций. Для научных и инженерно-технических работников.

Предисловие

I. Мировая практика пневматических сооружений
Прошлое, настоящее и будущее пневматических строительных конструкций. В.В. Ермолов
Пневматические конструкции в США. У.У. Бэрд (Перевод с английского А.И. Маныиавина)
Материалы и конструктивные формы пневматических сооружений и их применение в ФРГ. Э. Бубнер (Перевод с немецкого С. Б. Ермолова)
Пневматические сооружения в Финляндии. Л. Виттинг (перевод со шведского К.Е. Мурадян)
Пневматические конструкции в СССР. С. Б. Вознесенский
Пневматические строительные конструкции в ЧССР. З. Голуб, Л. Штепанек (перевод с чешского Н.Г. Рыжковой)

II. Проектирование воздухоопорных зданий
Особенности архитектуры пневматических воздухооиорных сооружений. Ю.Н. Орса
Пневматические сооружения на международных выставках. Ю. Мурата (перевод с английского С.Б. Ермолова)
Пневматические конструкции в плавательных бассейнах и сооружениях для спорта и отдыха, Й. Линекер (перевод с немецкого С.Б. Ермолова)
Двухслойное воздухоопорное покрытие, усиленное канатами. Э. Фрицше, Г. Вольф, Г. Айзенхут (перевод с немецкого С.Б. Ермолова)

III. Материалы пневматических оболочек
Свойства тканей с покрытием из ПВХ, применяемых в пневматических конструкциях. В. Круммхойер (перевод с английского С.Б. Ермолова)
Стеклоткань, покрытая тефлоном, — уникальный новый материал для тканевых сооружений. У.У. Бэрд (перевод с английского А.И. Маньшавина)
Улучшенные высокопрочные материалы для оболочек. Д.Л.Г. Старджен, М.В. Уардл (перевод с английского С.Б. Ермолова)

IV. Расчет пневматических конструкций
Проектирование и расчет пневматических сооружений. К. Ишии (перевод с английского Н.И. Александровой)
Техническая теория мягких оболочек и ее применение для расчета пневматических конструкций. В.И. Усюкин
Проектирование и расчет пневматических конструкций с использованием метода конечных элементов. Э. Хауг (перевод с английского С.Б. Ермолова)
Проектирование пневматических сооружений с помощью ЭВМ в режиме диалога «человек — машина». М. Майовецки, Дж. Тирони (перевод с английского А.И. Маньшавина)
Расчет воздухоопорных сооружений на ветровые нагрузки. Р. Харнах (перевод с немецкого С.Б. Ермолова)

Предисловие

Можно смело сказать, что ни один из видов строительных конструкций не претерпел в столь короткий срок такого бурного развития, как пневматические конструкции. Менее 40 лет отделяет нас от того события, когда разложенная на земле бесформенная груда мягкой технической ткани ожила под действием включенного вентилятора, по ткани побежали волны, она начала вспухать и подниматься, неуверенно покачиваясь и, наконец, наполнившись воздухом, неустойчивый матерчатый пузырь почти мгновенно стал упругим и устойчивым. В это чудо поверили, лишь ощупав купол руками, ощутив его стойкость и упругую незыблемость.

А сейчас уже около ста тысяч таких сооружений смонтированы на всех континентах мира и их изготавливают во всех технически развитых странах.

Пневматические строительные конструкции не имеют ни предшественников, ни традиций. В них все ново — и материалы, и принципы функционирования, и характер эксплуатации. Мало того, они как строительный объект не укладываются в привычные представления об инженерных сооружениях, о произведениях строительного искусства.

Традиционные материалы — древесина, камень, металлы, бетон отличались тяжестью, жесткостью, способностью оказывать высокое сопротивление всем вицам напряженного состояния: растяжению, сжатию, изгибу, сдвигу, кручению. Материалы мягких оболочек пневматических сооружений могут сопротивляться только растяжению.

В традиционных конструкциях принцип предварительного напряжения всегда рассматривался не более как средство искусственного перераспределения усилий в конструкции с целью оптимального использования механических свойств, применяемых жестких материалов. Предварительное напряжение в пневматических конструкциях — непременное условие возможности их функционирования. Создаваемое воздухоподающим оборудованием, оно является основой их существования.

Эксплуатация традиционных зданий сводится лишь к обеспечению их сохранности, исправности, к созданию заданных условий комфорта. Если эти условия не соблюдаются, здание становится неполноценным в смысле способности выполнения своих функций. Эксплуатация воздухоопорных зданий требует прежде всего абсолютно надежной работы воздухоподающей системы. Прекращение подачи воздуха в этом случае не потеря комфорта, а прекращение существования сооружения.

Сорок лет (а если вести счет от начала массового производства, то двадцать лет) — срок очень небольшой для приобретения нужного опыта проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации столь новых сооружений. Известно, что кажущаяся простота пневматических конструкций привела к тому, что их изготовлением стали заниматься многие предприятия. Пионер в области пневматических сооружений Уолтер У. Бэрд организовал фирму «Бэрдэйр» в 1956 г., а в 1957 г. только в США насчитывалось уже около 50 подобных фирм. «Пневматический бум», охвативший всю Северную Америку, Европу и Японию, архитектор Р.М. Энгельбрехт, перефразируя известную строку С. Т. Колриджа, обрисовал как «Пузыри, пузыри везде...» [«Water, water everywhere...». S. Т. Coleridge, «Old mariner»]. Этот начавшийся в 60-х годах «бум» и сопутствующая ему конкуренция фирм привели к тому, что некоторые предприниматели, не будучи достаточно компетентными, не смогли решить ряд конструктивных и технологических проблем совершенно незнакомого вида сооружений и не сумели обеспечить ни должного качества своей продукции, ни должного уровня их эксплуатации.

Наступила пора трезвого осмысления опыта применения пневматических конструкций в строительстве — пора подведения итогов, признания ошибок, констатации изменения точек зрения формулирования новых задач.

Главный вывод состоит в том, что пневматические конструкции оказались не такими простыми, какими они представлялись на первый взгляд. В то же время они обнаружили ряд неожиданных качеств, открыли некоторые возможности, о которых ранее не догадывались или в которых сомневались. Все это позволило несколько по-иному представить себе те инженерные, технологические и архитектурные проблемы, которые возникли в процессе развития пневматических строительных конструкций во всем мире.

Сейчас в некоторых странах, особенно остро переживающих энергетический кризис, отмечается повышение интереса к экономике пневматических сооружений. Это вызвано главным образом повышенным по сравнению с капитальными сооружениями расходом горючего на отопление помещений, отделенных от внешней среды очень тонкой оболочкой. Существуют две тенденции преодоления последствий кризиса:

повышение термического сопротивления оболочек путем их дублирования или устройства ограждающих и поглощающих слоев и др.;
использование оболочки в качестве коллектора солнечной энергии.

В условиях недостаточного опыта изготовления и использования новых, необычных и непривычных сооружений особое значение приобретает интенсивный обмен опытом специалистов, посвятивших себя задаче успешной реализации этой перспективной разновидности пространственных конструкций. Нет ничего удивительного в том, что за сравнительно короткое время был проведен ряд интернациональных форумов, посвященных только пневматической строительной тематике: в Штутгарте (1967), Чикаго (1971), Делфте (1972), Колумбии, штат Мериленд (1973), Лас-Вегасе (1974), Венеции (1977), Лондоне (1980).

Необходимо подчеркнуть организационную роль ИАСС (Международной ассоциации по пространственным конструкциям), которая не только провела половину перечисленных выше мероприятий, но начиная с 1967 г. обязательно включала тему пневматических конструкций в программу всех своих конгрессов и симпозиумов, состоявшихся в Токио и Киото (1971), Монреале (1976), Алма-Ате (1977), Моргантауне (1978), Мадриде (1979), Оулу (1980). Кроме того, ИАСС организовала под председательством проф. Й. Цубои рабочую группу по пневматическим конструкциям, которая поставила одной из своих задач разработку международных норм проектирования и эксплуатации пневматических конструкций.

Настоящее издание как бы продолжает традицию обмена опытом и информацией. Для участия в нем был привлечен ряд крупнейших специалистов из десяти стран, известных своими научными трудами или практической деятельностью в области пневматических строительных конструкций.

Книга в основном посвящена пневматическим конструкциям воздухоопорного типа (включая пневматические линзы и подушки), что объясняется их более широким распространением по сравнению с другими разновидностями — пневмостержневыми и пневмопанельными конструкциями.

Авторами статей сборника являются (в порядке оглавления): В. В. Ермолов, д-р техн. наук, профессор Московского архитектурного института; У.У. Бэрд, президент фирмы «Бэрдэйр», США; Э. Бубнер, др-инж., профессор университета в Эссене, ФРГ; Л. Виттинг, технический директор фирмы «Рукка», Финляндия; С.Б. Вознесенский, канд. техн. наук, зав. лабораторией пневматических конструкций ЦНИИ строительных конструкций, Москва; З. Голуб, канд. техн. наук, Л. Штепанек, инженер, НИИ строительных конструкций в Брно, ЧССР; Ю.Н. Орса, архитектор, Москва; Ю. Мурата, архитектор, Токио, Япония; И. Линекер, архитектор, Маттигхофен, Австрия; Э. Фрицше, Г. Вольф и Г. Айзенхут, инженеры. Высшее техническое училище, Дрезден, ГДР; В. Круммхойер, др-инж., Институт технического волокна, Вупперталь, ФРГ; Д. Л. Г. Старджен и М. В. Уардл, научные сотрудники фирмы «Дюпон», США; К. Ищии, др.-ииж., профессор университета в Иокогаме, Япония; В.И. Усюкин, д-р техн. наук, профессор МВТУ им. Н.З. Баумана; Э. Хауг, др-инж., сотрудник НИИ инженерных систем, Рунгис, Франция; М. Майовецки, др-инж., и Дж. Тирони, др-инж., профессора университета в Болонье, Италия; Р. Харнах, др-инж., профессор университета в Бохуме, ФРГ.

Д-р техн. наук, проф. В.В. Ермолов