НАДУЕМ МОСТ И ТЕАТР

Чтобы не отставать от научно-технической 
революции, предлагаю воздушные замки 
впредь именовать пневматическими.

Е. Дворянчиков. Фразы

Резиновые конструкции, не являясь частью какого-либо здания, могут оказать помощь при его возведении, ремонте или, наборот, разрушении. Эти конструкции представляют собой надуваемые сжатые воздухом подушки. Один из западногерманских инженеров предложил даже поднять с помощью таких подушек Пизанскую башню. Предложение было отклонено, но совсем не потому, что техническое решение было неудачным - башня должна постоянно «падать». Зато подобные подушки нашли широкое применение при строительстве других зданий. Они изготовлены из резины на основе синтетического каучука, армированного крестообразно и по краю проволокой. Грузоподъемность подушки до 70 т. В Швеции с помощью резиновых подушек поднимают осевшие дома, их подводят под фундамент и нагнетают туда воздух. В освободившееся пространство засыпают гравий и дом опускают на новое основание. Каждая из применяемых подушек способна за полчаса поднять груз весом до 20 т на высоту 5 - 6 см. Усилия, развиваемого подушкой, оказывается достаточно для того, чтобы выпрямить прогнувшуюся железобетонную плиту.

Большим достоинством резиновых баллонов является то, что подъем той или иной конструкции может быть медленным и аккуратным. Подушки используются при регулировке пола в помещениях, где устанавливается оборудование для сверхточных работ (например, в обсерватории), при передвижке зданий, установке креплений в шахтах. Благодаря резиновым подушкам в ряде случаев вообще обходятся без фундамента. Так и поступили инженеры польского города Зелена-Гура при установке тяжелых станков и механизмов - фундамент заменили несколькими слоями надувных подушек, размеры и пружинящие свойства которых были подобраны индивидуально для каждого механизма в зависимости от его веса и вибрационных параметров.

Имеются сообщения о том, что с помощью резиновых подушек удается подчас решить очень сложные строительные задачи. На северной окраине Берлина меняли стальные клепаные фермы моста городской железной дороги, возведенные почти 100 лет назад. Для демонтажа тяжелых мостовых конструкций использовали воздушные баллоны. Мост разрезали на отдельные секции весом 200 т, подложили под них пневматические устройства и вытянули на насыпь с помощью железнодорожных кранов. После этого фермы отправили в переплавку. На всю операцию ушло 5 ч ночного времени, так как скорость движения секций была достаточно высока - 1 м/мин. Демонтаж был даже заснят на кинопленку, которая стала учебным фильмом.

Удается использовать подобные подъемники и для разрушения старых домов. Сейчас экскаватор толкает полуразрушенную стену дома, рассыпает ее и ковшом отправляет в кузов автомобиля. Но ковш не может забрать мелкие обломки и рабочим приходится делать это вручную. А если разрушать не на землю, а на разложенную на ней резиновую платформу, то с помощью насосов можно поднять остатки строения на высоту грузовика и свалить их в кузов. По этому принципу усовершенствуют различные погрузочно-разгрузочные работы, например снимают с поезда багаж и перевозят его до камеры хранения. В ряде стран так перевозят контейнеры весом до 20 т, подводя под них низкие платформы на роликах с надувными емкостями.

Обсуждая преимущества пневматических сооружений, журнал «Изобретатель и рационализатор» писал: «Пневматические сооружения оказываются незаменимыми при строительстве сложных конструкций. Криволинейная арка по расходу материалов гораздо экономичнее прямолинейной, рассчитанной на ту же па-грузку. При увеличении числа пролетов эта разница растет. Кроме того, сводчатая конструкция или выпуклая криволинейная оболочка как опора надежнее плоской бетонной плиты, а по расходу материалов с тонкостенными бетонными оболочками соперничают только металлические пространственные конструкции. Но чтобы сделать криволинейную конструкцию, надо и опалубку соорудить криволинейной. Это и труднее, и дороже».

В 1893 г. наш соотечественник И. Сумовский предложил аэробалки. Пневматическая аэробалка - это тканевая оболочка с воздухонепроницаемой пленкой внутри, наполненная сжатым воздухом. Если внутри оболочки создано давление, способное удерживать вес строительных материалов, то надувная камера будет являться опалубкой, вес которой в десятки раз меньше веса деревянных или металлических. Поставить опалубку в рабочее положение или разобрать ее можно за несколько часов. При этом никаких подъемных механизмов, кроме компрессора или вентилятора, не требуется. Но чтобы удержать сырой бетон, необходимо давление в десятки раз большее, чем то, которое требуется для поддержания надувной оболочки. Но ведь можно наносить бетон и послойно. Тогда каждый предыдущий слой будет служить каркасом последующему.

В 1965 г. итальянский архитектор Данте Бини разработал несколько измененный метод постройки куполообразных зданий (сейчас по этому методу построено уже более 1000 зданий высотой до 11 м и диаметром до 26 м). На бетонированную площадку настилают прорезиненную ткань. На ней устанавливают растягивающуюся арматуру. Время подготовки такой площадки занимает около 2 ч. Площадку заливают бетоном, который покрывают другой прорезиненной тканью. Полученный «сандвич» из двух кусков прорезиненной ткани и армированного между ними бетона надувают - воздух подают между нижней тканью и бетонированной площадкой до достижения желаемой высоты. После затвердевания слоя армированного бетона - его толщина составляет около 7 см - оба куска ткани устраняют, и их можно использовать еще 10 - 12 раз. Многолетний опыт эксплуатации подобных бетонных куполов в течение ряда лет свидетельствует о перспективности метода.

Быстрота строительства - иногда самое главное достоинство. В начале 70-х гг. в Португалии был необычайно высокий урожай винограда и других фруктов. И виноделы столкнулись с проблемой хранения. Строители прибегли к пневматической опалубке - они в спешном порядке стали надувать огромные мешки и набрызгивать на них бетон. После того как бетон застывал, воздух выпускали и мешок вытаскивали. Так за один месяц были построены прочные хранилища, спасшие несколько миллионов литров вина. Этот эпизод и послужил толчком к дальнейшему усовершенствованию изобретения.

Впоследствии стали применять не одну оболочку, а опалубку из дифференцированных пневматических труб. Такая составная опалубка позволяет строить сооружения любых размеров и форм, и заботиться о повышении несущей способности тканей уже не приходится. Для таких труб годится прорезиненная ткань на хлопчатобумажной основе типа пряжи и парусины с подкладкой из пленки. Опалубка из пневматических труб имеет то преимущество, что из набора одинаковых элементов можно собрать секции пролетами 9, 12, 15, 18, 24 м и т. д. Обычно на пневмобалки надевают опалубочный щит, который и изнашивается вместо пневмобалок. Такой щит имеет и другое назначение - с его помощью проводят бетонные работы и зимой, если в зазор между щитом и пневмотрубками подать подогретый воздух или пар, а поверхность свежеуложенного бетона накрыть паронепроницаемой пленкой,

Из бетона люди строят сооружения уже несколько тысяч лет. По свидетельству Плиния Старшего, еще за 3600 лет до н.э. из бетона были построены галереи египетского лабиринта; из мелких камней, связанных цементирующим раствором, возведены стены древнего Вавилона. В государстве Урарту в VII в. до н.э. строили крепости и храмы из бетона, его же использовали при строительстве большей части Великой китайской стены. Словом, бетон - материал вечный, но и проблемы у него тоже вечные. За 200 лет до н.э. римский ученый Катон обратил внимание на одну из них (правда, тогда бетон называли цементом, а вяжущим материалом была известь): «Главнейшая причина развалин нашего города есть та, что известь (при строении) крадут и составляют цемент без связующего вещества».

Конечно, резине трудно конкурировать с бетоном, но в ряде случаев она его заменяет. Пневматические трубы - это как бы промежуточное звено для создания надувных сооружений, выполненных целиком из резины или других полимеров.

Их делят на две группы - воздухонесущие и воздухоопорные. У первых несущими элементами служат заполненные воздухом арки. Воздухоопориые отличаются тем, что их оболочка (как правило, большего размера) просто «лежит» на воздухе, которому из-под нее некуда выйти, она «опирается» на воздух, находящийся под давлением.

Закономерен вопрос: как живущий под оболочкой человек будет переносить повышенное давление, какова его величина? Л. Б. Арсеньев и В. П. Поляков в своей книге «Пневматические сооружения» приводят простой и убедительный расчет. Вес 1 м2 оболочки составляет приблизительно 500 - 700 г (пусть 1 кг). Под оболочкой благодаря работе вентилятора создано давление всего 0,05 атм. Тогда на 1 м2 оболочки снизу будет давление 50 кг. Этого хватит, чтобы выдержать и вес самой оболочки, и снег, и порывы ветра, имея к тому же полуторакратный запас прочности. А разница между давлением вне оболочки и внутри нее примерно такая же, как между давлением воздуха на десятом и на первом этажах жилого дома.

В СССР первым пневматическим сооружением был склад зерна емкостью 500 т, созданный в 1960 г. Круглая в плане оболочка диаметром 22,4 м имела конусообразную форму и проектную высоту в центре 6 м. Ее разработали сотрудники ЦНИИ строительных конструкций совместно с сотрудниками института Промзернопроект, а изготовили на заводе резинотехнических изделий в Ярославле.

Сейчас пневматические сооружения стали во многих странах серийной продукцией производства. Крупнейшее в мире предприятие по производству надувных конструкций - производственное объединение «Уз-бекрезинотехника». У таких сооружений много достоинств: они сейсмостойки, несгораемы, могут устанавливаться на суше и воде, светонепроницаемы и радиопрозрачны, не имеют конкурентов с точки зрения экономии материалов. Потери воздуха в них легко восполнимы, так как из-за ничтожной разницы давлений утечки не могут быть большими. А как развернуть купол в районе удаленном, труднодоступном, где нет источников энергии? Для таких ситуаций уже создаются различные подкачивающие устройства, работающие от природной энергии, например от энергии волн.

Заявки на надувные сооружения поступают от самых различных отраслей промышленности, сельского хозяйства. Например, потребность в мобильных высотных опорах, смонтированных на автомашинах, становится все ощутимее в строительстве, сельском хозяйстве и геологии. Еще раньше она возникла в радиотехнике. Для оперативной радиосвязи важно, чтобы мачта была не только высокой, но и портативной, транспортабельной, а также чтобы на ее возведение уходил минимум времени. Этим требованиям отвечают пневмоантенны - свернутый в рулон длинный мешок из прорезиненной ткани. Под действием воздуха он становится на попа, и антенна готова.

Создание индивидуальных подземных гаражей только начинает внедряться в практику градостроения в нашей стране, и надежды на то, что все новоселы-автолюбители получают такие гаражи, нет. Каково же положение сейчас? Во многих крупных городах больше трети личных автомобилей не имеет гаражей. Раньше времени ржавеют кузова машин, сокращаются сроки между ремонтами. Но возможен и такой вариант: выйдя из кабины, водитель освобождает сложенный на верхнем багажнике тент и шлангом подсоединяет его к выхлопной трубе. Через несколько минут наполненный выхлопными газами тент распрямится и укроет автомобиль, образуя крышу, боковые и торцевые стенки. Если такой тент и обледенеет, при новом наддуве горячими газами лед попросту отскочит от поверхности. Конструкции подобных гаражей могут быть самыми различными. Уже спроектированы надувной гараж арочного типа, в который свободно въезжает легковой автомобиль, и надувной гараж-чехол, повторяющий форму автомобиля и плотно облегающий его.

Нужен ли театр там, где нет постоянной труппы? Казалось бы, нет. А если приехал передвижной театр? Открытые подмостки? Наспех сделанная сцена? Можно, конечно, и так, но многое будет потеряно. Пропадет волшебство театра с его медленно поднимающимся занавесом, хорошими декорациями. Да и играть на оборудованной наспех сцене трудно.

Группа молодых инженеров в Англии создала первый в мире большой надувной театральный зал. Сооружение состоит из емкостей трех типов: ребер с высоким воздушным давлением, служащих главными опорными элементами, вспомогательных ребер с низким давлением, поддерживающих главные, и наконец, свободных подушек низкого давления - они заполняют межреберное пространство. Для «постройки» нужен довольно мощный воздушный насос. Полчаса его работы - и театральное помещение на 350 мест готово. Фойе и артистические уборные, также надувные, пристегиваются «молниями» сбоку. Высота зала- 9 м. В его стенах и сводах помещается около 500 м³ воздуха. Ну а если проткнуть стенку? Конструкторы таким образом спланировали здание, что его отдельные, разделенные перегородками части невелики, и если одна-другая будет пропускать воздух, весь театр останется стоять.

Надувной театр - это еще не предел возможностей для надувных сооружений. Предлагают, например, укрыть тентом целый район города. Зачем? Американские архитекторы утверждают, что так удается сэкономить уйму энергии, т. е. целесообразно управлять климатом не внутри помещений, а снаружи. С помощью ЭВМ провели даже расчеты и моделирование объектов такого проекта. Оказалось, что один такой тент над несколькими кварталами города снизит энергозатраты на отопление зданий на 68%. Подобные укрытия опять-таки представляют собой прочные оболочки, надутые воздухом. В принципе они могут защищать жилые массивы от снега, ветра, дождя и зноя.

И все же надувные сооружения, выполненные целиком из резины и поддерживаемые изнутри избыточным давлением, не в состоянии нести на себе тяжелые машины и механизмы. Сильный ветер или обильный снегопад для таких зданий - серьезная опасность. Хорошо сделать из резины не всю постройку, а лишь каркас из резиновых трубок. Однако они не могут служить в качестве колонн или арок из-за гибкости. Если же их усилить спиралью или металлической сеткой, они не будут наматываться на барабаны, и транспортировка будет затруднена. В общем, преимущества подобных сооружений пропадут. Группа советских инженеров разработала механикопневматический строительный элемент, в котором совмещены эластичность и жесткость. К внешней поверхности резиновой камеры-трубы прикреплены (с помощью клея или вулканизацией) манжеты тоже из резины. Наиболее оптимальная ширина манжет 3 см и расстояние между ними 2 см. Возможны и другие размеры. Важно, чтобы края манжет были скошены под некоторым углом. Ведь элемент переменной жесткости работает на «расклинивание». Между манжетами свободно надеты кольца из пластмассы, которые также имеют скошенные внутрь края. Кольца соединены между собой металлическими тросиками. Воздух расширяет камеру-трубу, прижимает манжеты к кольцам, те в свою очередь туго натягивают тросик и строительный элемент из гибкого превращается в жесткий. С помощью подобных строительных элементов можно делать, например, теплицы с полиэтиленовым пленочным покрытием, гаражи, хранилища и многое, многое другое.

Сейчас в мире насчитывается более 100 тыс. пневмосооружений. По мнению специалистов, их число должно возрасти в ближайшие годы в несколько раз.