Обобщенные параметры композитных мембранных конструкций

Введение. Знание ключевых параметров, определяющих работу несущих систем, позволяет обеспечить безопасную, рациональную и экономичную эксплуатацию зданий и сооружений. Для мембранных систем с размещенным на мембране бетонным слоем определены относительные обобщенные параметры, определяющие работу композитных мембранных конструкций.

Материалы и методы. Рассмотрены мембранные системы с прямолинейным опорным контуром, жестко закрепленным на опорах, и прикрепленной к нему плоской стальной мембраной. Расчеты выполнены для конструкции двух размеров в плане. Первая: а = b = 6 м с толщиной мембраны 1 и 2 мм. Вторая: а = b = 12 м с толщиной мембраны 2 и 3 мм. На мембрану уложен слой бетона В30, равный для первой модели 50 и 40 мм, для второй 100 и 60 мм. Конструкция по свободному краю мембраны нагружена нагрузкой q, действующей в плоскости мембраны.

Результаты. Численные расчеты, проведенные с использованием метода конечных элементов, показали, что увеличение относительной продольной жесткости бетонного слоя приводит к снижению изгибающего момента, продольных усилий в контуре и напряжений в мембране. Это увеличивает жесткость и несущую способность конструкции. Установлено, что путем изменения параметров жесткости бетонного слоя можно значительно повысить эффективность конструкции.

Выводы. Размещение на мембране бетонного слоя значительно повышает эксплуатационную надежность конструкции, уменьшает усилия в опорном контуре, снижает прогибы и напряжения в мембране. Относительные обобщенные параметры мембранных систем с бетонным слоем можно использовать для оценки напряженно-деформированного состояния провисающих мембранных покрытий на прямоугольном плане с плоским опорным контуром.

1. Еремеев П.Г. Тонколистовые мембраны — новый вид легких металлических конструкций (ЛМК) покрытий // Монтажные и специальные работы в строительстве. 1992. № 7. С. 14–16. EDN YZHETB.

2. Еремеев П.Г. Тонколистовые металлические мембранные конструкции покрытий: исследования, строительство // Вестник НИЦ Строительство. 2017. № 3 (14). С. 43–57. EDN ZCDGZN.

3. Еремеев П.Г. Влияние податливости опорного контура мембраны на перераспределение в нем усилий // Строительная механика и расчет сооружений. 1984. № 6. С. 71–75. EDN YOXPWX.

4. Фарфель М.И. Мембранные покрытия зданий массового назначения // Строительная механика и расчет сооружений. 2021. № 3 (296). С. 37–45. DOI: 10.37538/0039-2383.2021.3.37.45. EDN ODRAXE.

5. Фарфель М.И. Покрытия из стальных мембран — эффективный тип висячих конструкций // Строительная механика и расчет сооружений. 2024. № 4 (315). С. 58–67. DOI: 10.37538/00392383.2024.4.58.67. EDN ZOTSNM.

6. Копытова А.Е., Братошевская В.В. Применение тонколистовых конструкций // Научное обес-печение агропромышленного комплекса : сб. ст. по мат. 79-й науч.-практ. конф. студентов по итогам НИР за 2023 год. 2024. С. 202–204. EDN RYWFDT.

7. Фарфель М.И. Численные исследования работы прямоугольных мембранных панелей // Строительная механика и расчет сооружений. 2008. № 4 (219). С. 53–62. EDN XTSEZG.

8. Фарфель М.И. Двускатные покрытия из мембранных панелей // Промышленное и гражданское строительство. 2009. № 6. С. 26–28. EDN KNOVPV.

9. Клюев С.В., Ундалов А.М., Сабитов Л.С., Клюев А.В. Исследование напряженно-деформированного состояния элементов купола с мембранной кровлей // Электронный сетевой политематический журнал «Научные труды КубГТУ». 2022. № 6. С. 1–8. EDN YZIYCJ.

10. Chang-Jiang L., Zhou-Lian Z., Xiao-Ting H., Jun-Yi S., Wei-Ju S., Yun-Ping X. L-P Perturbation Solution of Nonlinear Free Vibration of Prestressed Orthotropic Membrane in Large Amplitude // Mathematical Problems in Engineering. 2010. Vol. 2010. Issue 1. DOI: 10.1155/2010/561364

11. Liu C.J., Zheng Z.L., Yang X.Y., Guo J.J. Geometric Nonlinear Vibration Analysis for Pretensioned Rectangular Orthotropic Membrane // International Applied Mechanics. 2018. Vol. 54. Issue 1. Pp. 104–119. DOI: 10.1007/s10778-018-0864-4

12. Xu J., Zhang Y., Yu Q., Zhang L. Analysis and design of fabric membrane structures : a systematic review on material and structural performance // Thin-Walled Structures. 2022. Vol. 170. P. 108619. DOI: 10.1016/j.tws.2021.108619

13. Tian G., Fan Y., Wang H., Zheng H., Gao M., Liu J. et al. Studies on the thermal optical properties and solar heat gain of thin membrane structure industrial building // Solar Energy. 2021. Vol. 213. Pp. 81–90. DOI: 10.1016/j.solener.2020.10.083

14. Пасюта А.В. Прочность и жесткость прямоугольной в плане висячей железобетонной оболочки с внешним листовым армированием : автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 1989. С. 20.

15. Haonan H., Yaozhi L. Experimental methods and performance of membrane structures : a systematic literature review // International Association for Shell and Spatial Structures (IASS). 2023. Vol. 11. Pp. 1–11.

16. Pang Y., Qiu G., Gong J. A material model describing the nonlinear biaxial tensile behavior of fabric membrane in precise forming for inflated structures // Structures. 2024. Vol. 70. P. 107884. DOI: 10.1016/j.istruc.2024.107884

17. Xu J., Zhang Y., Fang J., Wang X. Nonlinear mechanical behavior of architectural coated fabric and uncertainty analyses for FE model of tensioned membrane structure // Structures. 2024. Vol. 69. P. 107505. DOI: 10.1016/j.istruc.2024.107505

18. Bedov A.I., Vagapov R.F., Gabitov A.I., Salov A.S. Calculations of 3D Anisotropic Membrane Structures Under Various Conditions of Fixing // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Vol. 18. Issue 1. Pp. 92–98. DOI: 10.22337/2587-9618-2022-18-1-92-98. EDN OCHNLT.

19. Freiherrova N., Krejsa M. Stress analysis of basic shapes of membrane structures // AIP Conference Proceedings. International Conference on Numerical Analysis and Applied Mathematics 2019 (ICNAAM-2019). 2020. P. 130009. DOI: 10.1063/5.0026523. EDN VODLHI.

20. Marbaniang A.L., Kabasi S., Ghosh S. Interactive exploration of tensile membrane structures for conceptual and optimal design // Structures. 2024. Vol. 60. P. 105983. DOI: 10.1016/j.istruc.2024.105983. EDN QAJPHA.

21. Туснин А.Р., Постарнак М.В. Испытания модели мембранного перекрытия многоэтажных зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 9. С. 26–35. DOI: 10.33622/0869-7019.2022.09.26-35. EDN BLXHDI.