Это область применения в строительной сфере, включающая проектирование формы мембранных изделий, механический анализ, раскройный дизайн, производство и монтаж, а также изготовление и установку опорных конструкций или элементов. Это прикладная инженерия, объединяющая архитектуру, строительные конструкции, материаловедение и другие междисциплинарные области.
Особенности мембранных конструкций:
- Лёгкость: натяжные мембранные конструкции имеют малый собственный вес и сохраняют устойчивую форму за счёт предварительного напряжения.
- Светопропускание: светопроницаемость мембранных материалов обеспечивает естественную освещённость помещений, способствуя энергосбережению.
- Гибкость: под действием ветровых или снеговых нагрузок натяжная мембрана деформируется, адаптируясь к внешним воздействиям.
- Выразительная форма: уникальные криволинейные поверхности натяжных мембран придают им ярко выраженную скульптурность, а мембранное полотно сохраняет равновесие за счёт натяжения.
Виды мембранных конструкций:
- Каркасные мембранные конструкции
- Пневматические мембранные спортивные сооружения
- Ландшафтные мембранные навесы
- Мембранные перекрытия с обратным подвесом (антивандальные)
- Пневматические палатки
- Гостиничные шатры (тентовые домики)
Каркасные мембранные конструкции
Принцип работы: в качестве основного несущего элемента используется жёсткий каркас из стали, дерева, бетона и т.п., на который натягивается мембранное полотно. Мембрана крепится к каркасу с помощью фиксирующих устройств, при этом каркас воспринимает основную нагрузку, а мембрана выполняет преимущественно функции покрытия и ограждения.
Особенности: высокая конструктивная устойчивость и надёжность, возможность адаптации к сложным рельефам и климатическим условиям, относительная простота монтажа. Гибкость выбора каркаса и мембранных материалов обеспечивает широкие возможности проектирования. Однако из-за большого объёма каркасных материалов может возрастать стоимость и собственный вес конструкции.
Примеры применения: крупные ландшафтные объекты, стадионы, промышленные цеха и т.п. Часто используются в спортивных центрах и торговых комплексах для сочетания функциональности и эстетики.
Пневматические мембранные конструкции
Принцип работы: форма и жёсткость поддерживаются за счёт перепада давления воздуха внутри и снаружи мембраны. Путём нагнетания воздуха мембрана надувается и образует пространственную форму, перекрывающую большие площади.
Особенности: высокая адаптивность к пространству, возможность реализации больших пролётов без промежуточных опор, относительно простой и быстрый монтаж, умеренная стоимость. Однако требуют высокой герметичности мембранного материала, постоянной подачи воздуха для поддержания давления, а при сильных ветрах возможны проблемы с устойчивостью.
Примеры применения: павильон США на выставке Expo-1970 в Осаке (Япония) — крупногабаритная низкопрофильная пневмоконструкция размером 139×78 м в плане, а также 7 крупных пневматических куполов компании Birdair, включая «Серебряный купол», продемонстрировавшие возможности пневмоконструкций в перекрытии больших пролётов.
Натяжные мембранные конструкции (тентовые)
Принцип работы: с помощью тросов, мачт и других опорных элементов к мембране прикладывается усилие натяжения, благодаря чему она принимает устойчивую форму. Основная нагрузка воспринимается за счёт растягивающей способности мембраны.
Особенности: чрезвычайное разнообразие форм, позволяющее создавать сложные криволинейные поверхности и уникальные архитектурные решения. Конструкция обладает художественной выразительностью, малым собственным весом, предъявляет сниженные требования к фундаментам и опорам, а также демонстрирует хорошие механические характеристики, эффективно сопротивляясь ветровым и снеговым нагрузкам.
Примеры применения: павильон ФРГ на выставке Expo-1967 в Монреале (архитектор Фрай Отто) — классический пример тентовой конструкции с тросово-мачтовой поддержкой. Также элементы натяжных мембран применяются в знаковых сооружениях, например, в структуре крыши Сиднейского оперного театра, что подчёркивает уникальный архитектурный облик.
