Автореферат: Возможность применения тентовых сооружений в условиях Вьетнама

Под воздействием ветра мягкая оболочка будет заметно деформироваться и подвергаться таким явлениям аэродинамического характера как флаттер, бафтинг. Измеренные результаты определения ветровой нагрузки указывают на то, что шестая степень ветра (? 10м/с) имеет давление около 12 кг/мІ, одиннадцатая степень ветра (? 30 м/с) - 110 кг/мІ и более двенадцатой степени (50м/с) - 300кг/мІ.

Причём, эксперименты доказывают, что пульсация скоростного напора часто происходит опасно не только при самых высоких скоростях ветров, но и при средних, которые вызывают резонансные колебания конструкций. Величина автоколебания можно достигать около 95% при повторяемости ветра, скорость которого с 5 -15м/с. Практика эксплуатации и натурные наблюдения показывают, что пульсация мягких ограждающих конструкций особенно опасна при недостаточных предварительных напряжениях материала оболочки, потому что эти причины приводят к разрыву оболочки.

Снижение прочности тента, соединений значительное при действии большого влажно-теплового режима. Зарубежные исследования показывают, что прочность тентовых материалов может снижаться до 35% в зависимости от типа тента (при t=90°C, кратковременной нагрузке), до 22% (при увлажнении и загрузке). Снижение прочности современных тентов, клеевых швов может достигать от 10ч15% и до 52,7%(по исследованиям НИИРПа) при температуре 70єС. На основе исследования современных клеев можно сказать, что их теплостойкость находится в пределах от -50 єС до 200 єС (в зависимости от типа клеевого соединения) со снижением прочности до 27% от первоначальной прочности при увлажнении до 70% и повышении температуры до 80 єС.

Влияние солнечной радиации во Вьетнаме на прочности тента, особенно на прочность синтетических пленочных покрытий, таких как ПВХ, ХСПЭ, каучуковых пленок значительно вследствие большой интенсивности солнечной радиации.

На основании литературных, а также предварительных экспериментальных исследований были выявлены основные эксплуатационные факторы и их сочетания, воздействующие на тентовые материалы в сооружении, такие как ультрафиолетовая радиация солнца, температура, влага и механические нагрузки. При определении режимов ускоренных испытаний количественно определялись условия эксплуатации тентовых материалов в конкретной климатической зоне. Для получения сравнительных данных с результатами ускоренного старения проводились испытания на старение этих же материалов в естественных климатических условиях г. Ханоя во СРВ.

В качестве объектов исследования были выбраны типичные представители материалов массового производства: однослойный материал ТУ РСФСР 6283-73 и двухслойный материал ТУ 13328-67 армированные льнокапроновой тканью с покрытием из ПВХ, а также тентовый материал ТМП-2 с покрытием из пластифицированного ПВХ.

Скорость старения тентовых материалов определялась по изменению основных эксплуатационных показателей: прочности при разрыве, определяющей расчетные параметры тентовых ограждений; прочности при раздире, определяющей сопротивляемость материала; деформативности, определяющей сохранение формы и размеров тентовых ограждений.

Снижение прочности материалов в зависимости от продолжительности старения и соотношения нагрузок в сочетании с различными климатическими факторами имеет различный характер. Закономерность старения тентовых материалов при совместном воздействии не только механических нагрузок, но и повышенных температур, УФ-радиации, влаги, что можно посмотреть в табл. 1.

Кроме того, во Вьетнаме имеет место ещё фактор, действующий на прочность материалов покрытия здания - это мгновенное изменение температуры. Оно можно достигать большого значения (?40 єC) на поверхности ограждения за короткое время в течение дня. В результате этого появляются в материале многократные температурные деформации, что может вызвать разрушение покрытия. Резкое изменение температуры вносит теплонапряжение в слоях тентовых материалов оболочки вследствие неоднородности коэффициента теплоудлинения у них. Такое напряжение может быть незначительной величиной при случайных условиях дождя и солнца.

Например, совместное влияние климатических факторов Вьетнама на прочность тента можно видеть через оценку снижения кратковременной прочности тента типа Precontraint502 (фирма FERRARY) при эксплуатации в Европе и во Вьетнаме (диаграмме 1). Это тип тента, используемого для покрытия здания, построенного в Французском посольстве в Ханое и предназначенного для конференции (рис. 1). Это здание эксплуатируется в течение 11 лет. Физико-технические показатели этого типа тента следующие: толщина защитного пленки 140мм; прочность при разрыве по утку 250 даН/5см; максимальная рабочая температура до 70°С.

Диаграмма 1:

Снижение кратковременной прочности тента с типом Precontraint502 при эксплуатации во Вьетнаме и в Европе.

Оценка возможности применения ТС в условиях Вьетнама может идти через оценку биолого-климатического комфорта. Одним из важных факторов, влияющих на применение ТС во Вьетнаме, является тепловой комфорт.

Таблица 1

Остаточная прочность тентовых материалов в зависимости от соотношения нагрузок при старении.

При этом: Интенсивность ультрафиолетового излучения J1=100 Bт/мІ; общее время дождевания за период То=295 ч;Продолжительность одного цикла дождевания Тд = 60 мин.; интервал между циклами дождевания ЩТд = 48 ч; количество циклов дождевания n= 212; температура материалов Тм = 330єК; соотношения нагрузок по ортогональным осям образов (основа: уток) б= 0:2, 1:2, 2:2, 2:1, 2:0 обозначает соответственно уровень нагрузки по основе и утку 0%: 10%, 5%:10%, 10%:10%, 10%:5%, 10%:0% от разрывной прочности материала; уровень нагрузок в (%) от разрывной (основа: уток) Р= 0:10, 5:10, 10:10, 10:5, 10:0 прочности материала принят исходя из максимальных усилий, возникающих в тентовых ограждениях.

В зависимости от типов ограждения ТС (однослойное, двухслойное или многослойное ограждение) степень влияния климатических факторов изменяется для условий эксплуатации ТС, потому что коэффициенты термического сопротивления тента незначительны.

В третьей главе проведены исследования влияния воздействий климатических факторов на долговечность нескольких типов ТС, а также на тепловой комфорт помещения таких зданий. Отсюда, можно определить основные требования к формам ТС, соответствующие условиям Вьетнама.

1. Влияние тайфуна можно разделить на 2 фактора: влияние ветра и влияние дождя. Для определения влияния ветра на долговечности ТС проведен следующий анализ:

- В основе зарубежных классификаций форм ТС выявлено несколько простых форм ТС (типы тентовые сооружения плоской, складчатой, цилиндрической, воронкообразной формой) для учета амплитуды ветровой нагрузки, действующей на них в условиях Вьетнама. Такой учет реализовался путем использования строительного стандарта Вьетнама TCVN 2737-1995 (указание счета ветровой нагрузки). Для определения аэродинамических коэффициентов таких форм ТС проведено изучение зарубежных результатов этой теме, а также данных из указания определения аэродинамического коэффициента по TCVN 2737-1995. Из этого можно принять 2-x основных величины аэродинамического коэффициента: Кн = +0,8 ; Кза = -0,4. В результате анализа ветровой нагрузки предлагается принимать следующие параметры ТС: пролёт до 6ч30м; высота не более 30м; гипотетическое используемое время службы сооружений 10 лет.

Нормированное значение статического состава ветровой нагрузки W по высоте Z над знаком эталона, определенное по формуле: W = Wo . c . k . г (1).

Где: Wo - величина ветрового давления, определена по карте районирования ветрового давления; с - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; k - аэродинамический коэффициент зданий; г - коэффициент надежности г = 1,2. Полученные счетные результаты показывают, что максимальная статическая нагрузка и максимальная динамическая ветровая нагрузка, действующие на ТС не более 1,5кN/мІ (в местах тента под влиянием положительного ветрового давления) и 0,6 кN/мІ (для отрицательного давления) при эксплуатации ТС в районах III типами местности А.

По ТСVN 2737-1995 в случаях, когда сооружения в виде открытой конструкции (в виде подвесной, подборно-тросной или комбинированной конструкции) или с конусообразной крышей (воронкообразную форму - тип 4), высота которых более 36м, то необходимо контролировать их состояние аэродинамической нестабильности. Для снижения удельной колебательной частоты таких ТС необходимо в целом ограничивать действие аэродинамической нагрузки, которая может достигать до 0,3 кN/мІ, а также можно повышать жесткость их схемы каркаса техническими мерами.

- Влиянию дождя на ТС необходимо обращать серьёзное внимание, так как характерной особенностью большинства тентовых сооружений является форма покрытия в виде отрицательной гауссовой кривизны, что нередко приводит к водоскоплению. Такое явление на поверхности покрытия приводит к прогибам оболочки и местному перенапряжению от водных нагрузок, что может вызвать разрушение материала покрытия и его соединений, поэтому необходимо определить оптимальный уклон покрытия. На величину уклона влияют следующие климатические характеристики района строительства:

а) количество атмосферных осадков в виде дождя;

б) летняя и зимняя температуры наружного воздуха;

в) направление и скорость господствующих ветров;

г) солнечная радиация и её интенсивность.

Из исследования влияния дождя на ТС, изучения традиционных опытов и результатов эксперимента можно предложить, что для обеспечения водоотводной возможности покрытий ТС необходимо проектировать уклон покрытия не менее 30є и не более 65є (ТС с большим уклоном приходит к повышению ветровой нагрузки) с эффективной системой водоотведения.

2. Исследование влияния климатических факторов на тепловой комфорт помещения ТС.

Исследованиями Фам.Н.Д. предположены результаты исследования теплового ощущения Вьетнамцев, что приведено в табл. 2.

Таблица 2. Тепловое ощущение Вьетнамцев

В основе исследования за рубежом была предложена диаграмма строительного биолого-климатического районирования для Вьетнама (БКР), которая показана на рис. 2. При этом предложено разделить территорию Вьетнама на девять биолоклиматических областей (при скорости ветра v ? 2 м/с). По работе Тан Нгос Щан, Нгуен Тхи Киунг Хыонг количества процента (%) времени существующей температуры по БКР в городе Ханой (район А3- север Вьетнама), в городе Винг (в районе А3 - середин Вьетнама), в городе Хошимин (в районе В5 - юг Вьетнама), приведены в табл. 3.

Табл. 3. Количество процента существующего времени температуры по БКР