Рациональный выбор тентового материала в начале проектирования играет очень важную роль для эксплуатации тентовых сооружений, удовлетворяющей функциональному требованию сооружений. Это должно быть исполнено на основе определения конкретных требований, соответствующих проектируемым целям для тентовых материалов. С точки зрения автора, можно установить принципиальные требования для применения ТС во Вьетнаме, предъявляемые к тентовым материалам, сводятся к следующим аспектам:
- прочность под влиянием нагрузки от ветра, дождя (сопротивление разрыва по основу и утку тентовых материалов);
- прочность под влиянием воздействия комбинации тепло-влажности;
- большая возможность отражения солнечной радиации, малая теплопроводность,
- большая водонепроницаемость, большое сопротивление паропроницанию.
При этом, учитывая целесообразность обеспечения единства в технике решений элементов тентовой оболочки сооружения, выявилась группа всех материалов, выпуск и применение которых в комплексе наиболее эффективных.
Например, в работе Блинова.Ю.И. были поисковые архитектурно-строительные требования на тентовый материал на капроновой ткани с покрытием из ХСПЭ с наиритом и ММА. Полные требования этого материала включали 18 групп параметров, в т.ч. по световым и цветовым качествам, долговечности и другим данным. Частью этих требований явились параметры сопротивления разрыву, относительного удлинения при разрыве, жесткости, морозостойкости, водостойкости и др. Моделированием службы тентовых материалов в наружных ограждениях были выявлены их специфичные деформации и повреждения, например, в виде раздира, разрывов, проколов, воспроизведение которых позволило вероятностные параметры сил и характера эксплуатационных воздействий.
Интересным примером оценки и оптимизации свойств тентовых материалов по прочности на разрыв и толщине с учётом трех факторов: архитектурно-строительных требований, условий службы и химико-техноло-гических возможностей являлся обобщающий и упрощенная формула для практического использования: G = , (12) или G = , (13)
Где: G - предел прочности пленки при разрыве по напряжению в Па или даН/смІ или кгс/смІ, требующийся для условий изготовления и использования; д - необходимая толщина пленки, мм; K - коэффициент, увязывающий эти характеристики (G и д) с эксплуатационной нагрузкой и требуемой для её восприятия разрывной прочностью R в даН или кгс, полосы материала, шириной I см (или 5 см, или I м), безотносительно к толщине.
Принимая во внимание, что эти коэффициенты входят в формулы, позволяющие определять сроки службы материалов в тентах с учётом их толщины и условий эксплуатации, можно повлиять и на расчетное назначение необходимой толщины пленок покрытий, которая находится из следующего выражения:
д = Z. J.m. К. К. К. К.C, (14)
где: Z - срок службы полимерного материала плёнки тентовой оболочки;
J- интенсивность износа в эксплуатации, мкм/сутки;
m - интенсивность подвижек тента (например = 8 м/сутки);
C- количество дней эксплуатации тента; К , К, К, К - коэффициент однородности; длительной прочности, старения, абразивного износа.
На основе исследований изменения прочности материалов, установлены зависимость переменного композиционного процесса материалов (который вызывает материалов более разрушать или прочности) и времени, напряжения при влиянии тепло-влажности условии, ветра, а же и других факторов. Время долговечности материалов Zпод влиянием многих наружных факторов можно определено из формулы: 1/ Z= 1/Z +1/Z+………..+1/Z= 1/Z (15)
Где: Z, Z,……., Z- требуемые длины времени для наружных факторов, нарушающих композицию материалов.
При этом, для обеспечения теплового комфорта в помещении тентовые материалы должны обладать отдельными физическими свойствами, которые должны эффективно противостоять влиянию влажно-жаркого климата Вьетнама. Поэтому в проектировании тентовых сооружений во Вьетнаме необходимо выявить конкретные требования к влажно-тепловым параметрам тентовых материалов. Сегодня на мире производятся несколько современных тентовых материалов, имеющих коэффициент теплопроводности л=2ч2,7 Вт/мІ.К, поэтому имеется возможность повышать термическое сопротивление ограждения тентовых сооружений.
Требованиями к соединениям тентовых материалов для Вьетнама являются:
- обеспечение необходимой прочности соединений тентовых материалов, особенно при растягивающих, раздирных, абразивных и других нагрузках и воздействиях при влажно-жарком климате и большом колебании температуры в течения дня, которое часто происходит во Вьетнаме. Например, в работе зарубежных авторов рекомендована с учётом специфики “шва” в тенте расчётная формула для определения прочности шва по ниткам R ( в кгс/см, или Н/см ) :
R= , (16)
Где: n- число строчек в шве; a- начальная длина стёжка, см; R- разрывная прочность швейной нити (кгс или Н); K- коэффициент снижения прочности нити в шве (при испытании “петлей” равен 0,87 по опытным данным); е- разрывное удлинение швейной нити; K- коэффициент, учитывающих конструкцию шва; K- коэффициент, учитывающих схему загрузки шва в тенте; K- коэффициент, учитывающих неравномерность загрузки строчек в многорядом шве; и- угол между ветвями швейной нити в стёжке (в градусах).
- крепление тентовых материалов к несущему каркасу по обеспечению эффекта сопротивления воздействия тайфуна для сооружений.
Из формулы (16) приходим к выводу, что определение прочности шва зависит от коэффициента снижения прочности нити в шве K. Поэтому определение снижения прочности нити в шве под влиянием воздействия влажно-жаркого климата Вьетнама представляет собой очень важное дело. С точки зрения автора подтвержденной экспериментально, во Вьетнаме самое надежное соединение для тентового ограждения - сварное.
К требованию снижения мощности теплопередачи из внешних поверхностей ограждения к внутренние ТС рекомендуем снижать сумму площади поверхностей ограждения, воспринимающих солнечной радиации или использовать тентовые материалы, имеющие большой коэффициент теплового отражения (свойства обычных материалов оболочек в зависимости от цвета их поверхности колеблются в довольно широких пределах: коэффициент отражения - от 35 до 90%; коэффициент пропускания - от 5 до 20%; коэффициент поглощения - от 35 до 90%). Таким образом, путем использования рационального цвета на внешней поверхности ограждения тентовых сооружений можно снижать восприятие тепловой радиации солнца в том случае, когда невозможно изменить площадь поверхностей ограждения, воспринимающих солнечную радиацию. Здесь белая окраска предпочтительнее, чем другие цвета. Что касается наружных стен, они менее опасны с точки зрения перегрева, чем световые проемы. Лишь только применение светлой окраски фасадов может удалять до 80% радиационного тепла от солнца.
Рациональный выбор форм ТС по условию климата позволяет экономично использовать их, и обеспечивать требования архитектурной задачи. Во Вьетнаме солнечная радиация на поверхности стены, ориентированной на запад и восток очень большая. Таким образом, основное требование к ограждению, ориентированному на запад или восток, такое, что она должна хорошо защищать помещение от тепла солнечных лучей. Это возможно при использовании в качестве стен традиционных материалов. Для оптимальной эксплуатации тентовых сооружений в условиях Вьетнама, учитывая традиционный опыт можно улучшить конструкцию покрытия посредством устройства дополнительного внутреннего тента. В промежутке между двумя такими тентовыми оболочками можно обеспечить вентиляцию - механическую или естественную. Причём, устройство двойного тентового покрытия может быть использовано также для повышения других архитектурных эффектов, таких как световой комфорт, звукоизоляционный комфорт.
Качество проветривания помещения тентовых сооружений полностью зависит от объемно-пространственных решений: действие ветра на горизонтальную и вертикальную поверхность, устройство вентиляционных отверстий, окон, дверей, их форма, размеры, положение, а также конструкции. Существует ещё мероприятие, обеспечивающее тепловой комфорт в помещении - это использование зеленых насаждений. Использование зеленых насаждений, влияет на температурно-влажностный режим: даже небольшой зеленый массив снижает температуру воздуха летом (от 1,5 до 2,5єС), интенсивность солнечной радиации - до 40-50%, загрязнение воздуха - на 25-40% не только внутри самого массива, но и в прилегающих районах. Причём есть ещё другое мероприятие, которое часто используется сегодня в мире, применительно к сооружению с большой площадью покрытия, лёгким покрытием, имеющим плохую теплоизоляцию - это увлажнение к поверхности покрытия или ограждения. В исследованиях Геша было показано, что толщина тонкого слоя воды в 1,5мм может воспринимать 19% энергии солнечной радиации и превращать 44% такой энергии, но не влиять на светопередачу помещения. Другое испытание в Фоэнисе (США -1966) показано, что намачивать поверхности крыши 0,136 кг воды на площадь (? 0,1мІ) в час может снижать температуру поверхности крыши до внешней температуры воздуха при температурном перепаде между ними с 18ч24єС.
Проведение расчета прочности тентовых материалов вначале при проектировании позволяет быстро определить возможность сооружений сопротивления тайфунам. Однако в настоящее время во Вьетнаме ещё не разработаны конкретные указания по технике расчета несущей способности зданий в виде гибкой оболочки, потому что применяют такие сооружения в небольших объемах. Статические данные показывают, что общественные ТС занимаю большую часть в количестве ТС, построенных в архитектурной области. В общественных зданиях часто используются вантовый каркас, накаркасная или подвесная компоновка в виде схема точечного или контурного напряжения.
Рис. 5. Ячейка мембрана под действием нагрузки в центре.
Для повышения возможности сопротивления тайфуна таких типов ТС, необходимо обратить большее внимание на тип ТС (рис. 5), использующий точечную схему напряжения и стабильную сеть за счет усилий, возникающих в ткани из-за действия ветровой нагрузки, которые могут быть более, чем максимальное расчетное сопротивление натяжения тентовых материалов (В местах подпоры во всех случаях возникают большие, чем во всей мембране, внутренние усилия). В том, что величина усилия определяются из статического расчета оболочки, а значения допускаемого натяжения материала быть приняты по официальным нормативным документам, разработанным на основе испытаний при условиях, учитывающих снижение прочности материала вследствие длительного действия нагрузки, двухосного напряженного состояния, действия большого влажно-жаркого климата, факторов, вызывающих старение материала. В основе анализов влияния климатических факторов на прочность тента и учет ветровой нагрузки для ТС позволяют рассчитать прочность тента такого типа по утку по формуле: |Ту| = || ? µ.|Ro| , Н/см (17)
Где: Ту - максимальное погонное усилие в мембране по утку армирования в даН/см; - приведенная модуль упругости материала по утку; ц = d/a(1-d/a)(K-1) - коэффициент, учитывающий относительные размеры мембран и ортотропию материала; d - диаметр площадки приложения нагрузки; Ro - кратковременная разрывная расчетная прочность материала; µ= 0,1ч0,15 - коэффициент снижения прочности выбранных тентовых материалов под влиянием тепло-влажностного режима Вьетнама.
Основные выводы
1. Наблюдения области зарубежного градостроительства, а также их прогресса в области применения современных материалов в строительстве можно отметить, что некоторые новые архитектурные тенденций до сих пор не изучались и не применялись во Вьетнаме. Например, применение и эксплуатация мягких сооружений, таких как ПСК, ГСК и ТС. Обобщая можно утверждать, что эксплуатация и использование гибких, мягких материалов в области строительства Вьетнама представляет собой импровизированный, разрозненный характер вследствие объективных и субъективных причин. Выявлено, что одним из самых важных факторов, влияющих на эксплуатацию и применение ТС в условиях Вьетнама, является климатический фактор.
2. Важными факторами, влияющими на применение ТС в СРВ, являются высокий влажно-жаркий показатель (Ц?80%, Т?40єС), большое количество осадков, сильный ветер (может достигать 35м/с) сопровождающий тайфуны и др. Под всесторонним влиянием климатических условий Вьетнама прочность тентовых оболочек, их соединений снижается значительно, что приводит к снижению долговечности ТС. Хотя степень таких влияний зависит от свойства конкретных материалов тента, а также и формы, схемы конструкции, размера ТС. Экспериментально установлено, что прочность тентового материала типа Precontraint502 (фирма FERRARY) за период эксплуатации 7 лет снижается на 27,7% в условиях Вьетнама (в Европе она снижается на только 11,2%). При этом действие климатических условий влияют значительно на микроклимат ТС, особенно на их тепловой комфорт из-за своих особенностей.
3. Для оценки возможного использования тента в эксплуататорской практике, сделана попытка определить степень разрушительного действия на тент, их соединение тайфунов, которые часто бывают во Вьетнаме. На основе анализа типичных форм ТС и данных действия ветра, дождя в тайфуне были определены максимальная статическая нагрузка и максимальная динамическая нагрузка ветра на простые типы ТС (пролёт которых до 6ч30м; высота не более 30м; гипотетическое используемое время сооружений 10 лет) не более 15кN/мІ и 0,35кN/мІ, величина уклон их покрытия должна составлять от 30° до 55є для обеспечения водоотводной способности ТС.