Возможность применения тентовых сооружений в условиях Вьетнама

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Возможность применения тентовых сооружений в условиях Вьетнама

Нгуен Туан Дьунг

Москва 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

Московском государственном строительном университете

Научный руководитель: Официальные оппоненты: Ведущая организация:	Кандидат технических наук, доцент Ковалев Александр Олегович Доктор технических наук, профессор Грудев Иван Дмитриевич Кандидат технических наук, доцент Безбородов Леонид Васильевич Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций (ЦНИИСК) им. В.А.Кучеренко- филиал ФГУП «НИЦ «Строительство», г. Москва.

Защита состоится “ ”__________________ 200.. г. в час. мин. на заседании диссертационного совета Д 212.138.04 при ГОУВПО Московском государственном строительном университете по адресу: Москва, Ярославское шоссе, д. 26, зал заседаний Ученого совета (1 этаж административного здания).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26.

Ученый секретарь

диссертационного совета П.Б. Каган

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Во Вьетнаме в больших объемах осуществляется строительство жилых и общественных зданий и сооружений из железобетона и кирпича. Покрытия таких зданий и сооружений часто строят из традиционных материалов, например, глиняной или алюминиевой черепицы. Строительство таких сооружений требует большого расхода материалов, а также продолжительного времени, а это не соответствуют актуальным архитектурно-конструктивным и технико-экономическим задачам сегодняшнего дня, таким как снижение материалоемкости и массы зданий и сооружений. При таких капитальных решениях усиливается актуальность использования легких быстровозводимых, мобильных построек.

В современной мировой архитектуре отмечены новые тенденции, включающие расширенное применение комбинированных с капитальными постройками - легких, мобильных, в том числе тентовых сооружений (ТС). В особенности они проявились в развитии мобильных, сезонных и специальных построек, в которых тонкие, гибкие оболочки позволяют решать многие задачи, например, погодозащитные с наибольшей рациональностью. Можно сказать, что ТС представляют собой новые архитектурные типы, не используемые широко во Вьетнаме сегодня.

Однако практика показывает, что эксплуатация и использование ТС во Вьетнаме затрудняется вследствие многих причин. Так главной причиной являются жесткие условия влажного жаркого климата (ВЖК). Таким образом, для определения эффективности и использования ТС в условиях Вьетнама необходимо проводить изучение и исследование их особенностей, которые под влиянием ВЖК могут быть труднопреодолимыми ограничениями. Полученные результаты позволяют оценить возможности применения ТС в условиях Вьетнама и оценить перспективу их развития.

Изучение и исследование тентовых сооружений в целях эксплуатации и применения их во Вьетнаме до настоящего времени не проводились. Не смотря на то, что информации в этой области за рубежом встречается очень много, но отсутствуют исследования о тентовых конструкциях во влажно-жарких климатических условиях таких, как в условиях Вьетнама. Для подтверждения актуальности применения ТС были проведены теоретические исследования их особенностей при анализе влияния ВЖК на них и анализе микроклимата ТС, который воздействует на биолого-климатическое комфортное условие человека.

Целью диссертационной работы являются анализ и обобщение исследований прогрессивных технических решений тентовых сооружений и их элементов, а также изучение принципов работы тканепленочных материалов и тентовых конструкций в процессе эксплуатации в условиях влажного жаркого климата (ВЖК) и разработка на этой основе рекомендаций по проектированию и эффективной эксплуатации ТС во Вьетнаме.

Основные задачи исследования. Для осуществления намеченной цели сформулированы следующие основные задачи:

1. Обобщение и сравнительный анализ конструктивных и функциональных особенностей тентовых сооружений;

2. Изучение и определение факторов, сдерживающих развитие ТС во Вьетнаме;

3. Анализ влияния климатических факторов Вьетнама на ТС с последующим выбором определяющих;

4. Изучение характеристик тентовых оболочек с учетом работы их под воздействием факторов влажностно-жаркого климата с разработкой рекомендаций по улучшению качеств мягких ограждений;

5. Оценка зарубежного опыта применения ТС в странах с жарким климатом и выявление оптимальных конструктивных и архитектурно-планировочных решений ТС в условиях Вьетнама;

6. Определение рациональных областей применение ТС во Вьетнаме и разработка предложений по перспективе научно-практического развития ТС во Вьетнаме.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Данное исследование по анализу опыта применения ТС в жарком климате и изучению особенностей решений ограждающих конструкций в условиях повышенной влажности и жары является первым во Вьетнаме;

2. Выявлено, в результате испытаний различных видов соединений тентовых ограждений, что для условий Вьетнама рациональным является сварное соединение тентовых оболочек;

3. Для жарких районов мира, в том числе для СРВ, рекомендовано применение двухслойного с воздушной прослойкой тентового ограждения улучшающего микроклимата помещений. Экспериментальное и теоретическое обоснование эффективной возможности применения ТС в народном хозяйстве Вьетнама с учетом мобильности и малой материалоемкости ТС.

Практическое значение работы состоит в следующем:

1. Разработаны предложения по систематизации ТС для первостепенного и перспективного их применения в СРВ;

2. Разработаны практические рекомендации по проектированию рациональных конструктивных решений тентовых ограждений в соответствии с климатическими условиями Вьетнама;

3. Разработан альбом конструктивных решений тентовых сооружений с учётом воздействий влажностно-жаркого климата;

4. Отдельные положения диссертации использованы в дипломном проектировании на областном факультете ПГС филиала МГСУ в г. Мытищи,

5. Внедрением ТС внесены новые изменения архитектурного лица городов Вьетнама.

На защиту выносятся:

1. Систематизация конструктивных решений ТС и их особенностей с точки зрения возможности применения их во влажностно-жарком климате;

2. Способы учёта влияния климатических факторов на ограждающие тентовые конструкции;

3. Результаты изменения основных эксплуатационных свойств материалов и соединений мягких ограждений (прочность при разрыве, деформативность и ползучесть);

4. Технические решения и формы тентовых покрытий, создающие быстрое влагоудаление с него, а также обеспечивающие комфортные условия в помещениях ТС;

5. Номенклатура и экономически обоснованные сферы применения ТС во Вьетнаме. тентовый покрытие влагоудаление

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка из 131 наименования. Диссертация содержит 198 страниц текста, 119 рисунков, 42 таблицы. Структура диссертации приведена на рис.1.

Основное содержание работы

Во введении обоснованы актуальность поставленной задачи, работы и ее научная новизна, практическая ценность и изложено ее практическое содержание.

В первой главе систематизированы основные особенности системы тента и проведена предварительная оценка спроса на применение ТС во Вьетнаме. Из этого, выявлены основные причины, сдерживающие применение ТС в условиях Вьетнама.

Рис. 1: Структура диссертации.

Выявлены типы тентовых материалов, их физико-технических показателей, типы их соединений, узлов, а также форм ТС, применяемых за рубежом. В тентовых сооружениях применяются следующие основные типы тентовых материалов: воздухопроницаемые в виде текстильных материалов без защитных покрытий, брезентовые парусины (льняные, полульняные), льнокапроновой ткани и другие; воздухонепроницаемые материалы в виде армированных пленок и тканей (капроновой, лавсановой, стеклоткани и.др.) с защитными пленочными покрытиями (ПВХ, ХСПЭ, тефлон, найрит, неопрен). Приведенные основные физико-технические показатели у них включают: прочность на разрыв (40ч100 кН/мІ) и раздир, малая масса (не более 1кг/мІ), эластичность, огнестойкость, светопогодостойкость, адгезия между покрытием и несущим слоем материала, биостойкость, тепло - и морозостойкость, воздухонепроницаемость, водонепроницаемость и воздухопроницаемость, водопроницаемость.

Проведёны анализ основных способов соединений тканей с пленочными покрытиями, которыми являются сваривание, склеивание, ниточное сшивание, безниточное сшивание и их комбинации. Соединения элементов тента делятся на несколько групп, в зависимости от выполняемой функции. Соединение такого назначения решаются разъемными и неразъемными: крепление оболочки к элементам каркаса в отдельных точках - дискретное или по длине всей конструкции-континуальное крепление края тента по контуру (верхнему или нижнему основанию сооружения), которое также выполняется дискретным или сплошным.

Обзор и анализ мирового опыта проектирования, возведения и эксплуатации позволяет следующим образом классифицировать эти сооружения по ряду основных показателей: по несущей схеме (безкаркасные и каркасные); по конструкции каркаса - сооружения с жёстким (рамным или арочным), гибким (вантовым или пневматическим) и комбинированным каркасом; по компоновочной схеме - сооружения с тентовым ограждением облегчающим каркас (накаркасная схема); по схеме напряжения тентового покрытия - с контурным линейным, точечным и комбинированным напряжением; по форме тента - тентовые сооружения со складчатой, седловидной, воронкообразной, плоской формой покрытия или в виде поверхностей одинарной кривизны.

В основе анализа эксплуатации и использования ТС в мире, были найдены основные причины, сдерживающие широкое их применение во Вьетнаме. При отсутствии данных, а также необходимых опытов для проектирования и строительства ТС во Вьетнаме, имеется другие важные причины, заключающиеся в том, что архитектурные задачи здесь часто решаются традиционными путями (эксплуатация и использование популярных строительных материалов для строительства здания, сооружений, таких как кирпич, черепица, бетон и.др.). Таким образом, для применения ТС во Вьетнаме, необходимо утвердить достоинства системы ТС в сравнении с традиционными конструкциями по конкретным нормам. При этом, важно увидеть пользу применения ТС в комбинации с традиционными и с учетом новых, современных тенденций развития.

При таких основных причинах, самой важной из них, сдерживающей применения ТС во Вьетнаме являются климатические факторы.

Во второй главе рассмотрено влияние климатических факторов на систему ТС и их элементов. Для определения степени влияния приведён сбор и анализ данных климатических параметров Вьетнама.

В TCVN 4008-85* (Строительный стандарт Вьетнама. Том 3, издание 1997 года) показано, что территория Вьетнама разделена на два климатических района (СКР): Северный и Южный, включающих 5 климатических подрайонов (А1, А2, А3, В4, В5). По обобщению можно сказать, что подрайоны имеют сходные характеры, заключаются в том, что средняя температура самих жарких дней большая (> 32°С), максимальная температура значительная (> 40°С), интенсивность солнечной радиации на горизонтальную поверхность достигает 908 Вт значительное время. Однако, из-за влияния действия циркуляции муссона, режима климата, а также и рельефа в северных подрайонах имеются различия, особенно в зимнее время. Температура тогда может снижаться до 10ч15°С, даже до 7°С с большой абсолютной влажностью с 80% до 90% и интенсивным дождем с 300 до 400мм/ч.

Другой очень важный фактор - это тайфун. Территория Вьетнама находится под прямым влиянием центра наибольших тайфунов во всём мире. Можно сказать, что тайфун- это самое страшное бедствие во Вьетнаме. Статистика показывает, что с 70 г до сих пор во Вьетнаме имеется 5-6 тайфунов в год, даже иногда до 11 тайфунов. Сезон тайфуна продолжается около 3-4 месяцев и количество тайфунов с сильным ветром (более 12 баллов) составляют около 23% всех тайфунов. Число тайфунов, приходящих с восточного океана составляют 60%, а остальная часть с тихоокеанского направления около 40%. Вредными влияниями из-за тайфуна являются сильный ветер (40-50м/c на взморье и 30-35м/c на равнине) с резким изменением его направления, интенсивным дождем и наводнением.

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.

Материал	Воздействующие факторы	Продолжительность старения (час)	Направление Испытания образцов	Остаточная прочность в % от разрывной в зависимости от степени двухосного нагружения при старении (основа: уток)
				0:2	1:2	2:2	2:1	2:0
ТМП-2	Температура Мех. напряжение УФ-радиация Влага	1800	По основе По утку	75 104	73 90	76 83	89 87	94 89
ТУ РСФСР 6283-73	Температура Мех. напряжение УФ-радиация Влага	1000	По основе По утку	70 86	64 77	67 65	75 61	79 69
		1800	По основе По утку	58 77	54 62	61 58	65 55	72 59
ТУ 13328-67 двухслойной	Температура Мех. напряжение УФ-радиация Влага	1000	По основе По утку	77 74	82 72	85 61	88 57	90 65
		1800	По основе По утку	64 62	69 64	70 56	71 53	73 59

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

Состояние микроклимата	Тепловое ощущение	По диаграмме эффективной температуры	Температура воздуха єС (ц=80%; v= 0.3ч0,5м/сек)
		Холодный сезон	Жаркий сезон	Холодный сезон	Жаркий сезон
комфортно	Нижний предел Комфортно Верхний предел	20.0 23.3 26.5	24.0 28.0	21.5 24.5 29	25.5 29.5

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

Об. БКР	город	Об.1	Об.2	Об.3	Об.4	Об.5	Об.6	Об.7	Об	Об.9
(%) время	Ханой	0,1	9,6	18,0	27,1	0	15,4	27,6	2,2	0
	Винг	0	6,6	20,1	22,6	0	24,1	24,3	2,2	0,1
	Хошимин	0	0	0,8	61,2	0	16,7	20,7	0,5	0,1

Приведенные результаты учёта показывают, что процент времени существующего холодного климата во Вьетнаме значительно меньше, чем процент времени существующего комфортного и жаркого климата. При этом процент времени существующего комфортного климата (в области 4 по БКР) и лёгкого жаркого климата (в области 7 по БКР) значителен. Такие цифры имеют очень важное назначение для применения, эксплуатации ТС в таких городах, особенно для применения мобильных ТС, которое заключается в том, что необходимо их использовать и эксплуатировать во время, совпадающее с моментом комфортного климата.

Рис.2. Строительное биолого-климатическое районирование

для Вьетнама (БКР)

Где: Область 1: температура воздуха ? 8єС, очень холодная; обл.2: температура воздуха 8єС ч 15єС, холодная; обл.3: температура воздуха 15єС ч 20єС, легкая холодная; обл. 4: комфортная область, определена из двух трассы влажности 20% ч 90% и двух трассы температуры 20єС ч 32єС. Когда влажность повышается с 50% до 70%, то такая граница температуры будут снижаться с 32 єС до 30 єС; обл. 5: температура воздуха 20єС ч 32єС, влажность менее 20% - прохладная и сухая; обл.6: температура воздуха 20єС ч 26єС, влажность более 90% -прохладная и влажная; обл. 7: температура воздуха 32єС ч 35єС, влажность 20% ч100%. Когда влажность повышается с 60% до 100%, то температура будет снижаться с 35єС до 28єС - легкая жаркая; обл.8: температура воздуха ? 35єС или ? 32єС при влажности 100% - очень влажно-жаркая; обл. 9: температура воздуха ? 35єС или ? 32єС при влажности ? 20%.

При этом разработаны конкретные стратегии по технико-архитектурным решениям в основе использования БКР для строительства тентовых сооружений в условиях Вьетнаме, чтобы повысить их биолого-климатический комфорт. Они состоят из 15 мероприятий. Эффект таких мероприятий зависит от основных особенностей ТС, включающих их форму, свойства ограждения, компоновки фасада (дверей, окон) и. др.

В тропических областях восприятие солнечной радиации, передающейся через крышу для одноэтажного здания, играет важную роль в изменении температуры в помещении по сравнению с передающейся солнечной радиацией через стену для многоэтажного здания. В основе измерительных данных количество переданного тепла в помещение через крыши может увеличиться от 5 до 9 раз, чем через стены, одновременно с большой амплитудой теплоколебания.

Таким образом, необходимо исследовать такой стереоэффект оболочки ТС, чтобы снизить вредное влияние солнечной радиации для микроклимата. Однако, с задача микроклимата не ставится при проектировании тентовых навесов (тип Б) вследствие их специфического функционального назначения, но при проектировании тентовых сооружений (типы А - полные тентовые сооружения и В -сооружения с тентовым покрытием и жесткими стенами) такая задача является важным фактором, определяющим возможность эксплуатации ТС в условиях Вьетнама.

В качестве примера, расчёта общей температуры Ttg на поверхности покрытия сооружения в городе Ханой во Вьетнаме со следующими климатическими данными: средняя ежедневная температура tн =28єС (в городе Ханоя); величина счетной солнечной радиации на западной поверхности с углом 45є по сравнению с горизонтальной поверхностью: Iн=429 W/мІ или =1464 Вт/мІ.ч; коэффициент поглощения солнечной радиации поверхности тента у = 0,65 по приложению 7х СНипа II-3-79; значение коэффициента теплообмена конвекцией бo =15,2 Вт/мІ.єС при скорости ветра v=3м/с для строений, построены в городе; значение коэффициента полусферической радиации поверхности тентовых материалов е=0,5 (такой коэффициент зависит от технических особенностей и цвета материалов покрытия).

Величина Ttg можно определить по формуле:

Ttg = to +(2)

	где: Ttg - общая температура на поверхности структуры; to - температура воздуха вне здания; I - величина солнечной радиации на поверхности покрытия; ДB - перепад между количествами тепловосприятия и теплопотери. бo,сo - коэффициент теплообмена конвекцией и радиацией. е - коэффициент полусферической радиации поверхности (0< е <1); у - коэффициент поглощения солнечной радиации поверхности тента.

Рис 3. Тип ТС для оценки комфортного комфорта в помещении.

Применение таких расчетных методов для полного тентового сооружения (тип А) в виде плоской формы с геометрическими параметрами: В x h x L = 12 x 11 x 20 м, поверхность с углом б =45є по отношению к горизонтальной поверхности, что показано на рисунке 3 выше. В здании такого типа предположена площадь проёмов незначительная по сравнению с суммами площади внутренних поверхностей.

Количество теплообмена радиацией между поверхностью покрытия и небом именно разность количества тепловой радиации и количества теплопоглощения, то есть: ДB= сo(T-T).

Где: T- температура поверхности покрытия, которая в данном случае равна Ttg; T- температура неба, которая имеет величину равную разности температуры воздуха вне здания и 8єС (для влажно-жарких климатических условий), то есть: T= tн - 8 єС= 28єС - 8єС = 20єС.

Отсюда формулу (2) можно представить в следующем виде:

Ttg == (28++0,5.20)/(1+0,5)= 67єС (3).

Температурный перепад между температурой наружной поверхности покрытия и температурой воздуха равный: Дt = Дt= Ttg - tн = 67 - 28 = 39 єС .Количество теплообмена (Q) между поверхностями ограждающих конструкции и окружающей их воздушной средой в практических расчётах определяется по формуле: Q = б.Дt.F.Z ( 4 )

Где: б - коэффициент теплообмена, вт/(мІ.єС); F - площадь поверхности, мІ;

Z - продолжительность процесса, ч ; Дt - температурный перепад, єС.

Из формулы (4) определяем: Q = 592.Z.(Bt) > q = = 592 (Bt/мІ).

Внутренняя температура поверхности может быть определена из формулы: ф= ф- q. Rм (єС) (5)

Отсюда можно определить температуру в помещении: t= q. Rв - ф- Дt (6) Где: ф - температура внутренней поверхности; ф - температура наружной поверхности покрытия и равная Ttg; Rм и Rв - термическое сопротивление материала; Дt - получаемая дополнительная температура радиацией из внутренней поверхности ограждения, которую можно определить из формулы:

Дt= q.R= q.(7)

В том, что б именно коэффициент теплорадиации внутренней поверхности покрытия и равен б= 6,48 (Вт/мІ.ч. єС).

В помещении существует теплообмен радиацией между внутренними поверхностями сооружений. Количество теплообмена радиацией qвнутренней поверхности покрытия можно определить по формуле: q= 2,16 (35 - фo), kcal/ч (8).

где: фo- cредняя температура внутренних поверхностей и может быть определенна по формуле:фo=(9)

В формуле (9), величины Fи ф- площадь и температуры на поверхности структуры i-х в помещении. Значения фна других поверхностей помещения, определены по подобию процесса, о чём было сказано выше. Включая Дt из (7) на формулу (6) для определения температуру в помещении t

В табл. 4 приведены результат расчета величины tи эффективная температура (t) в помещении при условии влажности воздуха Ц=80%, скорости ветра в помещении v=0,3м/с. Как ясно t= 28ч29 єС > t(t - комфортная температура).

Тип тента	Коэффициент Теплопроводности л (Вт/мІ.К)	Толщина д (мм)	Коэффициент поглощения солнечной радиации поверхности у	Коэффициент теплообмена конвекцией бo (Вт/мІ.єС)	Коэффициент полусферической радиации поверхности е	Внутренняя температурапомещенияtв( єС)	Эквивалентная эффективная температура tэ ( єС)
Однослойной	6	0,5	0,65	15,2	0,5	32,16	29,3
Двухслойной	3,3	7	0,65	15,2	0,5	32	28,5
Двухслойной	3	8	0,65	15,2	0,5	30,9	28,07

Табл. 4: Данные учёта показателя теплового комфорта помещения полного ТС (тип 1: BxhxL=12x12x20м; б=45°)

в Ханое во время жаркого сезона (°C)

при условии суммы площади проёма незначительная.

(при v=3м/с; t=28°C; ц=80%)

Получаемые результаты показывают, что возможность сопротивления жары тентовых сооружений очень слабая, не только в суровом климате Вьетнама, но и в нормальных условиях с большой солнечной радиацией. Особенно для тентовых сооружений с большой площадью ограждения, которые состоят из однослойного тентового материала.

Поэтому, необходимо выбирать форму одноэтажного здания во Вьетнаме со следующими требованиями: снижение площади покрытия до минимально допустимой степени; повышение площади принятия солнечной радиации по вертикальному направлению вместо повышения площади принятия солнечной радиации по горизонтальному направлению. При проектировании ТС если невозможно изменить геометрическую форму покрытия по первому требованию, то можно регулировать техническое решение стены или ограждения ТС по второму требованию.

Из этого следует, что во Вьетнаме при выборе формы ТС рекомендуется использование ТС в виде тентового покрытия с жесткими стенами. Однако такой выбор необходимо сопровождать дополнительным решением, т.е. разработкой архитектурно-строительных средств, защищающих помещение от солнечной радиации и яркости солнечного света для таких типов ТС.

В условиях Вьетнама естественная вентиляция представляет собой важный фактор для оценки микроклиматического комфорта сооружения, особенно тентовых сооружений, что в чем можно убедиться на следующем примере.

Количество вентиляции G зависит от скорости ветра и суммы площади проёмов сооружения, и определено по следующей формуле: G = е.E. A.v , мі/с (10)

Где: E - эффективность проёма, равная 0,5ч0,6 при направлении ветра перпендикулярное к плоскости проёма; A - сумма площади проёмов, мІ; v - скорость ветра, м/с; е - коэффициент выверки, зависящий от соотношения между площадью наветренного и подветренного проёмов.

В диаграмме 2 приведены результат расчёта (использована программа microsoff Excel) величины эффективной температуры (t) в помещении при условии влажности воздуха Ц=80%, скорости ветра в помещении v=0,3м/с при площади проёма значительно.

Для снижения температуры в помещении летом (если она превышает 29 єС) защита помещения от прямых солнечных лучей необходима, так как в тропических странах и Вьетнаме солнцезащита является главным фактором при защите помещений от прямых солнечных лучей, что значительно улучшает микроклимат. Практическое применение солнцезащитных устройств способствует уменьшению теплопоступлений в помещение (может снизить температуру в помещении на 3-4єС), способствует экономии энергии на охлаждения в случае использования систем искусственного охлаждения зданий. При этом, во Вьетнаме в условиях жарко- влажного климата, где часто имеет место большое количество выпадающих осадков, при разработке решений по архитектурному проектированию солнцезащитных устройств необходимо одновременно рассматривать требования защиты помещений зданий от дождя. По этому ТС должно иметь эффективные солнцезащитные и дождезащитные устройства.

Угол падения капли (дождя) определяется горизонтальной скоростью ветра в и вертикальной скоростью падения осадков нп., что изображен на рис. 4.

Диаграмма 2: Данный учёта показатель теплового комфорта помещения полного ТС (тип 1: BxhxL=12x12x20м; б=45°) в Ханое во время жаркого сезона (°C)

при некоторых суммы площади проёма.

(при v=3м/с; t=28°C; ц=80%; е =0,6; Е=0,55)

влажного климата, где часто имеет место большое количество выпадающих осадков, при разработке решений по архитектурному проектированию солнцезащитных устройств необходимо одновременно рассматривать требования защиты помещений зданий от дождя. По этому ТС должно иметь эффективные солнцезащитные и дождезащитные устройства. Угол падения капли (дождя) определяется горизонтальной скоростью ветра в и вертикальной скоростью падения осадков нп., что изображен на рис. 4.

Он может быть рассчитан по формуле: (11)

нп - скорость падения осадков; нв - скорость ветра

Помещение без дождезащиты	Помещение с дождезащитой

Рис. 4. Угол защиты от дождя .

Полученные расчетные результаты при расчёте защиты зданий от дождя для определения угла б между горизонтальными козырьками или между наклонными экранами, находящимися над основными проемами, приведены в табл. 5. Во Вьетнаме скорость ветра более 15м/сек. встречается редко и составляет только 0,1 - 0,2% в год, поэтому для обеспечения защиты от дождя при скорости ветра v=4м/с мы рекомендуем выбирать угол б равный 46є (даже б равный 16є при тайфуне). Конечно, выбор угла б слишком малой величины является не справедливым при проектировании сооружений из-за художественного требования архитектуры, поэтому для применения ТС во Вьетнаме по нашему мнению необходимо выбирать угол защиты от дождя б в пределах от 40є до 50є.

Таблица 5

Скорость ветра (м/сек)	Угол падения осадков (градус)	Угол защиты от дождя б (градус)
4	44є	46є
7	59є	31є
10	67є	23є
15	74є	16є

Четвертая глава посвящена разработке рекомендации по оптимизации архитектурно-конструктивного проектирования для применения тентовых сооружений в условиях Вьетнама.

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.

4. Сильное влияние ветра на долговечность ТС необходимо учитываться в проектировании. Это позволяет быстро определить возможность сопротивления тайфунам для выбранных форм ТС по определению расчетного растяжения тента в загрузке. Из этого следует, что нами предварительно определены оптимальные типы ТС, а также и схемы напряжения тента для повышения стабильности ТС в сезоне тайфунов во Вьетнаме при проектировании ТС.

...