PONYVASZERKEZETEK. Különleges Tartószerkezetek Hegyi Dezső Jegyzet kézirat v1 Ponyvaszerkezetek

Átírás

1 PONYVASZERKEZETEK Sátorszerkezet a sivatagban A ponyvaszerkezetek rokonok a kötélszerkezetekkel: a kötélszerkezetekhez hasonlóan a ponyva is csak húzóerő felvételére alkalmas, ezért hasonló konstrukciók építésére alkalmas. A ponyvaszerkezeteket textíliából építjük fel, amiből felületszerkezet alakítható ki. A ponyvaszerkezetek így az egyrétegű kötélhálókkal álnak rokonságban. A két szerkezettípus kialakításának alapelvei hasonlóak, a fő különbség abból adódik, hogy a felület és a vonalelem más kapcsolódási lehetőségeket, hálózati felépítést tesz lehetővé, illetve a ponyvaanyagok terhelhetősége sokkal lehatároltabb, mint a nagyszilárdságú acél huzaloké. Sátor jellegű szerkezeteket valószínűleg a történelem előtti időkben is készítettek. Már nagyon korai ábrázolásokon is láthatóak ilyen szerkezetek. Az ókori Rómában pedig már mérnöki jellegű szerkezeteket is építettek: az amfiteátrumok nézőterét árbocok közé feszített textíliával védték az erős napsütéstől. "Hatalmas sátortető feszült a római Fórum fölött, amely figyelemre méltóbbnak tűnt a gladiátorok küzdelménél is" írta Plinius. Az amfiteátrumok külső homlokzatán ma is láthatóak azok a kőkonzolok, amik a ponyvát tartó faszerkezet rúdjainak rögzítésére szolgáltak. A veronai amfiteátrum metszete A középkorban a mérnöki létesítmények háttérbe szorultak, komolyabb ponyvaszerkezeteket legközelebb a vándorcirkuszok kezdtek használni a XVIII.-XIX. században. Ezek azonban a katedrális építéshez hasonlóan kézműves módszerekkel készültek, azaz a felgyülemlett tapasztalatok alapján tökéletesítették a rögzítéseket, a megtámasztásokat és a szabásterveket. Az igazi mérnöki jellegű sátorépítés a második világháború után indult el. 1

2 Európában Otto Frei német építész, Amerikában Walter Bird (Birdair) repülőmérnöké volt az úttörő szerep. De érdemes megjegyezni, hogy már Vlagyimir Suhov orosz mérnök is épített sátor jellegű szerkezetet kötélhálóból még a XIX. század végén, de az ő építészete hosszú ideig nem került a széles nyilvánosság elé. Magyarországon Majoros Gábor építészmérnök építette az első sátorszerkezeteket. A magyarországi ponyvaépítés elméleti és gyakorlati fejlődésében úttörő szerepe volt még Pelikán Józsefnek és Kollár Lajosnak, de itt érdemes megemlíteni Ivics Ivánt is, aki kábelszerkezetekkel dolgozott ugyan ebben az időben. A ponyvaszerkezetek és az egyrétegű kötélhálók együtt fejlődtek. A nagyobb terhelésű, nagyobb támaszközű szerkezetek kötélből készültek, esetleg ponyva fedéssel, a kisebb szerkezetek pedig tisztán ponyvából. 2

3 A PONYVASZERKEZET ÉPÍTÉS ANYAGAI Fent:egyszerű láncszövés, lent: panama szövés A ponyvaszerkezetekhez felhasznált anyagok a történelmi időkben állati vagy növényi eredetűek voltak: állatbőrök, szövetek. A modern ponyvaépítést a műanyag ipar fejlődése tette lehetővé, mely már képes volt olyan jó minőségű, tartós anyagokat létrehozni, amivel tartós, ellenálló szerkezeteket lehet építeni. A ponyvaszerkezetekhez felhasznált anyagokat szokás műszaki textíliáknak nevezni. Maga a szövet egyszerű láncszövéssel vagy panama szövéssel készül. A láncszövés esetén a megfeszített lánc irányú szálak közé váltva befűzik a vetülék irányt. A panama szövésnél a vetülék irányú szálakat csak minden második lánc irányú szál között fűzik át. A panama szövés esetén a vetülék irányú szálak egyenesebbek maradnak, ami kedvezőbb a megnyúlások és a szilárdság szempontjából is. Ha kevésbé görbítjük a szálakat a szövés során, akkor a terhelés hatására kevésbé kell kiegyenesedniük a szálaknak, azaz merevebben viselkedik a szövet. A nagyobb görbeség a szálak teherbírását is csökkentik. A szálak egyébként nem hengeresek, hanem laposak, hogy minél kevésbé görbítsék egymást az egyes irányok. A fentiek miatt teherhordó szerkezetekhez szinte csak panama szövetet használnak. A szövet a két száliránnyal párhuzamosan különböző módon viselkedik. Az ilyen anyagokat orthotrop anyagoknak nevezzük. A szövet nyírási merevsége elhanyagolható egészen addig, amíg a szálak össze nem zárnak. A szöveten lévő bevonat biztosít csak némi nyírási merevséget, ami kb. ötvened-század része a szálirányokhoz tartozó húzási merevségnek. Emiatt a két szálirány közötti irányokban nagyon lecsökken a ponyvaanyag merevsége. A szövet szálainak görbültsége és az elemi szálak nemlineáris viselkedése 3

4 lánc vetülék miatt a ponyvaanyagok viselkedése erősen nemlineáris, azaz a feszültségek és a megnyúlások közötti kapcsolatot nem lehet lineáris függvénnyel leírni (lásd Hook-törvénye). A lánc irány szálai a gyártás során egyenesek maradnak, így ez az irány merevebb, és erősebb is. A vetülék irányban a feszültség-megnyúlás függvény nagyon laposan indul, aztán ahogy a szálak kiegyenesednek a függvény egyre meredekebb lesz. A teherbírás is kisebb ebben az irányban. A Ferrari cég által gyártott pre-constrain anyagok viselkedése kicsit kedvezőbb: a bevonatolás előtt megfeszítik a szálakat, és az előfeszítés hatására a lánc irány is meggörbül kissé, így a két irány viselkedése hasonlít egymáshoz. A szövetet bevonattal látják el, ezt szokás mátrixnak is nevezni. A bevonatnak több feladata is van: folytonossá teszi a felületet; védi a szálakat; némi nyírási merevséget biztosít; lehetővé teszi az anyag hegesztését. lakk mátrix szövet Ponyvaanyagot többféle anyag kombinációval készítenek. A szálak lehetnek polietilénből, poliészterből és üvegszálból, de ma már a polietilén szál használata nem jellemző. A bevonat PVC-ből vagy Teflonból (PTFE) készül. A következő kombinációk elterjedtek: PVCvel bevont poliészter szál szövet, Teflonnal lakkozott PVC-vel bevont poliészter szál szövet és Teflonnal bevont üvegszál szövet. Ezeken kívül még gyakran használják az ETFE membránt, ami egyfajta teflon, de víztiszta átlátszó, és szövet nélkül készítik. PVC-ből is készítenek szövet nélküli víztiszta változatot. A PVC bevonatú poliészter szál szövet előnye, hogy az anyag viszonylag lágy, ezért könnyen megmunkálható és könnyen feszíthető. A gyártási és tervezési pontatlanságok (ti. a térbeli görbült felületből származtatunk sík szabásmintát) miatt szükségünk van erre a nyújthatóságra ahhoz, hogy ráncmentes sima görbült felületet kaphassunk. Fontos az is, hogy az anyag ára kb. a negyede a Teflonos anyagokénak, ráadásul a lágyabb 4

5 anyaghoz gyengébb segédszerkezetekre van szükség, ezért a szerelvényeink is olcsóbbak lesznek. A PVC bevonatú szövetek hátránya, hogy érzékenyek az UV sugárzásra, emiatt viszonylag rövid az élettartamuk (kb év). Az UV sugárzás elleni védelmet egy lakkréteg biztosítja, ami idővel lekopik, és akkor előbb a PVC, majd a poliészter is gyorsan szétporlik. Az UV sugárzás hatására az anyag színe hamar megfakul. Viszont gyakorlatilag bármilyen színben beszerezhető az anyag, és könnyen festhető. A PVC elektrosztatikus feltöltődése miatt erősen koszolódik a felület, gyakori takarításra van szükség, ami viszont koptatja a lakkréteget. A Teflonos bevonat rendkívül ellenálló a külső hatásoknak, nem érzékeny az UV sugárzásra, és a kosz nem tapad meg rajta. A Teflon olyannyira ellenálló, hogy a legtöbb hagyományos építőanyaggal is felveszi a versenyt. Az élettartamát ma évre becsülik, de ez lehet több is, csak még nincs róla használati tapasztalatunk. Poliészter szállal kombinálva a Teflon bevonatot még viszonylag könnyen építhetőek a szerkezetek, de üvegszál szövettel már nehezen feszíthető az üvegszál nagyobb húzási merevsége miatt. Az építést nehezíti, hogy a Teflon nagyon csúszós, ezért nehéz megfogni, erőt átadni a felületre. A Teflon hátránya még, hogy csak fehér színben létezik. Pontosabban a gyártás után világos barna, ami a természetes fény hatására csontfehérré változik, és olyan is marad. Az ETFE átlátszó hártyaként kerül beépítésre. Mivel nincs benne erősítő szövet, csak kisebb szerkezetek előállítására alkalmas, vagy sűrűbb megtámasztásra van szükség. A maximális elérhető fesztávolság konstrukció függő, de nem nagyobb 4-8 m-nél. Jellemzően légtartós sátrakat és párnás szerkezeteket építenek belőle. A térbeli felületet a sík szövetből szabásminta alapján lehet összeállítani. A ponyvaanyag darabokat (snittek) egymáshoz kell rögzíteni valamilyen módon. Ennek a hagyományos módja a varrás, amit ma már csak ritkán 5

6 alkalmaznak. A varrás egyébként erőtanilag kedvező, azonban nagy felületeknél nehéz elkészíteni és a varrás apró lyukain átszivárog a víz. Ma a hegesztés a legelterjedtebb megoldás. A hegesztések 2-6cm szélességgel készülnek annak függvényében, hogy mekkorák a szerkezet igénybevételei. A PVC hegesztését hőlégfúvóval vagy nagyfrequenciás hegesztőgéppel végzik. Mindkét esetben a PVC-t olvasztják meg, amihez 600C körüli hőmérsékletre van szükség. A hőlégfúvónál a két összehegesztendő réteg közé fúják be a forró levegőt, majd összenyomják a két réteget egy kis henger segítségével. A nagyfrequenciás hegesztőgéppel sokkal megbízhatóbb kapcsolat készíthető. Itt a PVC klóratomjait gerjesztik váltóárammal, amitől megolvad a PVC. Maga a hegesztőgép össze is préseli a két (vagy több) anyagréteget. A Teflon hegesztése sokkal nehezebb a PVC-nél. Magas hőmérsékletű "vasalóval" kell összepréselni a rétegeket 1000C feletti hőmérsékleten. Ehhez az összekapcsolandó felületeket fel kell csiszolni és a két réteg közé bekerül egy kellősítő fólia is. Ha üvegszál szövetet használunk, akkor arra is ügyelnünk kell, hogy az üveg a magas hőmérséklet hatására zsugorodik, ami miatt hegesztés közben meg kell feszíteni az anyagot. 6

7 A ponyvaszerkezet típusai A ponyvaszerkezetek kialakításánál a legfontosabb, hogy a ponyvaanyag mindig meg legyen feszítve minden irányban. E nélkül a rendkívül lágy anyag nem lenne alaktartó és szél hatására veszélyesen belebeghetne. Tulajdonképpen a feszítés biztosítja az alaktartást, a feszítés a főteher a szerkezeten. A feszítést többféleképpen hozhatjuk létre, a szerkezettípusokat e szerint határozhatjuk meg: Feszített sátor feszített sátrak légtartós sátrak tömlős szerkezetek TensAirity szerkezetek párnás szerkezetek (tartályok) A feszített szerkezetek esetén a peremek segítségével hozzuk létre az alaktartáshoz szükséges feszítést. Ilyen módon csak hiperbolikus felületet lehet kialakítani: a két főgörbületnek ellentétes irányúnak kell lennie ahhoz, hogy a feszítőerők egymással egyensúlyt tudjanak tartani külső erő nélkül. Azaz a feszített sátrak hiperbolikus felületek. A szabadon formált héjfelületeknél megismert módon lehet meghatározni a feszített sátrak alakját úgy, hogy külső terhet nem hárítunk a szerkezetre, csak az előírt belső feszültségeket vesszük számításba. Légtartós sátor A légtartós sátrak esetén a feszítést légnyomás segítségével hozzuk létre. A légnyomás a talaj és a ponyvaanyag között van. Szokás egyrétegű légtartós szerkezeteknek is nevezni ezeket a szerkezeteket, ahol is az egy réteg arra utal, hogy a légnyomás a talaj és a ponyvaréteg között 7

8 működik. De ez az elnevezés megtévesztő lehet, hiszen hőszigetelési okokból készítenek két és három rétegű szerkezeteket is. A légtartós sátrak működéséhez szükséges túlnyomást a szerkezetre jutó lehetséges terhekből lehet meghatározni: külső hatás lehet a szél és a hó. A rendkívüli hóteher pedig 2kN/m 2, ez a szabvány szerinti legnagyobb külső hatás a szerkezeten, ezt kell légnyomással egyensúlyozni. 1A 10 5 Pa=10 5 N/m 2 =100kN/m 2, azaz 0,02A képes egyensúlyozni a legnagyobb külső terhet. Élettani szempontból ez még elfogadható, 0,03A túlnyomás felett már kellemet mellékhatások lehetnek (az időjárási fronthatáshoz hasonló tünetek). Láthatjuk, hogy meglehetősen kicsi túlnyomásra van szükségünk, ami azt jelenti, hogy a szükséges gépészeti berendezések sem túl nagyok és az energiaigényük is még elfogadható. Tulajdonképpen a fűtéshez és a légcseréhez szükséges gépészet képes lehet biztosítani a szükséges túlnyomást (természetesen méretezett kompresszorokkal). Mivel a légnyomás alatti teret használjuk, meg kell oldani, hogy a ki-be közlekedés során lehetőleg kevés levegő szökjön el. Zsiliprendszert szokás alkalmazni, ahol is egy nyomáskiegyenlítő előtéren keresztül közelíthető meg a belső tér. Erre azért is szükség van, hogy egyáltalán bejuthassunk. A fenti légnyomás adatokból látszik, hogy egy 2m 2 -es ajtó kinyitásához 2-4kN nagyságú erőt kellene kifejteni, amire csak kevesen képesek. Ezért a zsilip ajtószárnyain van egy kis felületű szelep, amivel ki lehet egyenlíteni a légnyomáskülönbséget az ajtó két oldalán, és ezután az ajtó nyithatóvá válik. Kisebb szerkezeteken egyszerű cippzáros megoldást használnak zsilip nélkül, így nincs szükség a légnyomás legyőzésére, viszont nagyobb a levegőveszteség. A menekülő ajtók is cippzárosak. Általában azt mondjuk, hogy nem helyes olyan tartószerkezetet tervezni, ami csak aktív gépészeti berendezés segítségével képes állékony maradni. A légtartós sátrak esetén felmentést kaphatunk ez alól a feltétel alól, a 8

9 Több rétegű szerkezetek. következők miatt: a légtartós sátrak összeomlása lassú folyamat, van idő a menekülésre; ha esetleg valaki alatta marad a szerkezetnek, az ijedtség a legnagyobb veszély; a légtartós sátrak összeomlása rendszerint nem jár anyagi kárral; a gépészeti berendezés javítása után a szerkezet újra felfújható. A felsorolt károk csak addig maradnak elhanyagolható mértékűek, amíg a szerkezet csupán leereszt. Ha a fellazult felületet nagyobb szélhatás éri, akkor az szét is szakadhat. Emiatt nagy szél és erős havazás idején szükség van komolyabb felügyeletre. Ilyenkor indokolt 0,03A fölé emelni a légnyomást, de vigyáznunk kell, mert a ponyvaanyag ekkor már erősen kihasznált nagyobb szerkezetek esetén. Fontos tudni, hogyha hóteher hatására a felület lapos (középső) részén a felhalmozódó hó hatására átpattan a felület, akkor a gépészet már nem képes azt visszaemelni az eredeti állapotba. Le kell ereszteni a sátrat és le kell hordani róla a havat. A légtartós sátrakat elsősorban sportlétesítmények ideiglenes, téli fedésére használják. Ekkor szükség van fűtésre is, illetve ilyenkor merül fel a hőszigetelés kérdése is leggyakrabban. Négy járatos megoldás van a hőszigetelésre: egyrétegű ponyva; kétrétegű ponyva; háromrétegű ponyva; kétrétegű ponyva hőszigeteléssel. Ha egyrétegű ponyvaszerkezetet építünk, akkor csak a felületi hőátadás biztosítja a hőszigetelést, nagyon nagyok a hőveszteségek. Kétrétegű szerkezetnél megduplázzuk a ponyvaszerkezetet. Ekkor kialakul egy légrés, ami általában 10cm-nél nagyobb, és a konstrukció függvényében akár méteres nagyságrendű is lehet. Rendszerint a külső réteg az elsődleges teherhordó szerkezet, a belső réteg másodlagos szerepet tölt be. A háromrétegű szerkezeteket (amik tulajdonképpen négyrétegűek) csak légtartós sátraknál alkalmazzák. Ekkor az elsődleges tartószerkezet egy 9

10 kötélháló, ami alá fólia rétegek kerülnek. A belső réteg egy gyengébb minőségű ponyvaanyag, e fölé kerül egy réteg légbuborékos fólia (pufifólia), majd egy réteg egyszerű mezőgazdasági fólia. Itt a három fólia közé szorult levegő biztosítja a hőszigetelést, ami lényegesen jobb a kétrétegű szerkezetnél, mivel a levegő nem mozoghat. A ponyvaanyag csak másodlagos tartószerkezet ekkor. A szerkezet alakját a kötélháló határozza meg, ezért a ponyvaanyagot nem szokták "megszabni", azaz egyszerű téglalap alakban hegesztik össze a felületet. A szerkezet így kisebb-nagyobb gyűrődésekkel állítható föl, de ez a párnás jelleg miatt nem zavaró. A hőszigetelő réteg alkalmazására csak állandó jellegű feszített szerkezetek esetén van reális lehetőség. Ekkor a külső teherhordó réteg alá készül egy belső álmennyezet jellegű réteg, amire szálas hőszigetelésből készítenek hőszigetelő réteget. A tömlős szerkezetek hasonlóak a bicikli belsőhöz vagy a lufikhoz: a légnyomást a ponyvaanyagon belül hozzuk létre. A tömlős szerkezetek építéséhez és fentartásához is aktív gépészetre van szükség. Azonban kevesebb az elszökő levegő, ezért a felállítás után a gépészetet csak kis kapacitással kell működtetni, akár szakaszosan. Tömlős szerkezettel szinte bármilyen formát létre lehet hozni, ahogy lufiból is lehet gömböt, hengert és nyuszit is formálni. Azonban összetett alakok esetén nagyon egyenetlen lesz a feszültségeloszlás. A tartószerkezeteket általában hengeres, gömbszerű, vagy ezekből származtatott formákkal alakítanak ki. A tömlős szerkezetek viselkedése hasonlít a hagyományos anyagokból épített szerkezetekéhez. Készíthetünk nyomott, húzott és hajlított elemeket is. A "gerendában" ébredő húzófeszültséget a ponyvaanyag veszi fel, a nyomófeszültségeket pedig a belső légnyomás. Természetesen 10

11 az így megnövekedő légnyomás okozta egyéb változások már nem elemezhetőek ilyen egyszerűen, de a legfontosabb, hogy a hagyományos szerkezeti elemekhez hasonló módon használhatjuk fel a légnyomásos tömlőinket. A párnás szerkezet a tömlős szerkezetek speciális típusa. A légnyomással stabilizált "párna" keretbe van foglalva, így alakul ki egy határozott élekkel lehatárolt forma, aminek az alakját a légnyomás biztosítja. A párnás szerkezeteket gyakorlatilag csak átlátszó ETFE anyagból készítik, melynek a teherbírása kicsi, ezért a párnák mérete korlátos, jellemzően 4-8 méter a legnagyobb áthidalható fesztáv. A kis áthidalható fesztáv miatt a párnák másodlagos tartószerkezetek vagy burkolatként működnek. Az elsődleges tartószerkezet rendszerint térrács, ívtartó vagy hajlított gerenda. Az átlátszó párnák lehetővé teszik, hogy játszunk a fénnyel: éjszaka jól megvilágítható a felület, nappal pedig szabályozhatjuk a fényáteresztést. A fényáteresztés szabályozásához háromrétegű szerkezetet szoktak kialakítani. A külső és a belső réteget ellentétes osztású sakktábla szerűen elhelyezett színezéssel látják el. A harmadik réteg színezése pedig az egyikkel egyezik, a másikkal pedig nem. Annak függvényében, hogy melyik rétegre fújjuk a belső légnyomás segítségével a belső réteget, zárhatjuk vagy nyithatjuk a fény útját. Természetesen ez nem jelent teljes nyitást vagy zárást, de nagymértékben csökkenthető így a nyári hőterhelés. A TensAirity szerkezetek a tömlős szerkezetekhez hasonlóak, azzal a különbséggel, hogy a ponyvaanyag mellett kötelekkel és merev rudakkal is megerősítik a ponyvaanyagot. A kábeles erősítés lényegesen megnöveli a teherbírást és a szerkezet megbízhatóságát is. 11

12 A TensAirity szerkezetek hagyományos gerenda elemként működnek: a nyomást a légnyomás vagy a nyomott oldalon elhelyezett rúd veszi fel, a húzást pedig elsősorban a kábel, másodsorban a ponyvaanyag. A légnyomásos tömlő a húzott kábel és a nyomott rúd összekapcsolását biztosítja, elsősorban a nyírást veszi fel. Másodsorban csökkenti a stabilitásvesztés esélyét, megtámasztja a szerkezetet kihajlás és kifordulás ellen. Ez egyfajta rugalmas megtámasztás, a kihajlással szembeni ellenállás megnő, de a kihajlás veszély nem szűnik meg. A tartályokkal csak címszószerűen foglalkozunk itt, mivel nem magasépítési szerkezetről van szó. A tartályok is a tömlős szerkezetekhez hasonlítanak azzal a különbséggel, hogy a nyomást nem a levegő, hanem a folyadék biztosítja. Mobil és mozgó szerkezetek A ponyvaanyag kis súlya miatt könnyen mozgatható szerkezetek kialakítására különösen alkalmas. Megkülönböztethetünk többféle mozgatási lehetőséget: a komplett összeállított szerkezet mozgatható; a szétszerelt szerkezetet mozgatjuk és a használat helyén összeállítjuk; fix szerkezeten mozgatjuk a ponyvaanyagot. Általában azt gondoljuk, hogy a ponyvaanyagból viszonylag könnyen építhetünk olyan szerkezetet, amin magát a ponyvát mozgatjuk akár kézi akár gépi erővel. Ez csak addig igaz, amíg kisméretű szerkezetről van szó, mint például az üzletportálok árnyékolására szolgáló kiteríthető előtetők vagy napvitorlák. Nagyobb szerkezetek mozgatása azonban bonyolult. A problémát az jelenti, hogy a nagyobb szerkezetek biztonságos 12

13 rögzítéséhez és az alaktartás biztosításához nagy erővel meg kell feszíteni a ponyvaanyagot, mit szinte lehetetlen automatizálni, és kézi irányítással is nehéz gyorsan megoldani. Másik gond, hogy a nagy mennyiségű ponyvaanyag mozgatása, összegyűjtése és kiterítése is nehézkes, különösen kétszer görbült felületek esetén. A peremek megvezetésére szolgáló sínekben a ponyvaanyag nehezen csúszik, a kötélpályákon elakadnak a görgök, stb. Számtalan kísérlet történt nagyobb léptékű mozgatható tetők kialakítására, de ezek sikertelenek maradtak abban az értelemben, hogy a mozgatást nem tudták automatizálni, és a megfeszítés legalább néhány órás vagy néhány napos folyamat maradt. A nyitható-csukható felületeknél jobb eredménnyel kecsegtet az, ha a kompletten összeállított mozgatható szerkezetet mozgatjuk. Ez természetesen más korlátokat jelent: akkorának kell lennie a szerkezetnek, hogy a rendelkezésre álló eszközökkel meg tudjuk mozdítani. Gyakran használunk olyan sátrakat, amiket ideiglenesen állítunk fel. Az ilyen szerkezeteknek gyorsan építhetőeknek és könnyen szállíthatóaknak kell lenniük. Fontos, hogy ne legyen szükség nehéz alapozásra, hiszen ideiglenes szerkezetek esetén általában nincs lehetőség épített alapokra. Talán a legérdekesebb példa a mobil szerkezetekre a cirkuszok fedése. Hatalmas teret fednek le olyan szerkezettel, ami néhány teherautóval szállítható. Ráadásul a felállítást rendszerint az artisták végzik daruk használata nélkül, csörlők segítségével. 13

14 14

15 Különleges Tartószerkezetek Jegyzet kézirat v1 Hegyi Dezső Ponyvaszerkezetek 15

16 A peremek kialakítása A ponyvaszerkezet megtámasztásának az elve ugyan az, mint a többi héjszerkezeté vagy a kötélszerkezeteké. Sajátos azonban a peremek kialakítása. Három tipikus megtámasztási módot lehet elkülöníteni: kábeles megtámasztás; merev peremek; árbocok. A peremkábelek és a kötélkiváltások alkalmazása illik legjobban a sátorszerkezetekhez. A ponyvaanyag és a ponyvaszerkezetek rendkívül lágyak, amihez a lágy megtámasztások alkalmazása illik legjobban. A kötéllel történő megtámasztás hasonlóan lágy szerkezet. Azonban érdekes, hogy jól megmutatkozik a kötél és a ponyva közötti merevségbeli különbség például hóteher esetén: laposabb felületeknél jellemző, hogy a merevebb kábel alá süllyed a ponyvaanyag a kábel mellett a hóteher hatására hólencsét képezve. A kötelekkel kialakított peremek alakja kötélgörbe alakú. A felületben működő feszültség mint teher határozza meg a kötélgörbe alakját. A főteher által meghatározott alakhoz kell illeszteni a kötél alakját is. Mivel az alakmeghatározáskor a ponyvaszerkezet alakja, és így a benne működő feszültségek térbeli elhelyezkedése is ismeretlen, ezért a fentiek szerint nem egyértelműen meghatározható a perem alakja. Ha például szappanhártya szerű feszültségeloszlást adunk meg, akkor meg kell adnunk a kábelben működő erőt is. A felületben működő feszültség és az előírt kábelerő együttesen határozzák meg a perem alakját. Pelikán-hártya szerű feszültségeloszlás esetén a feszültségeloszlás vízszintes vetületét írjuk elő, ezért a peremkötélre ható erőrendszer vízszintes vetületét ismerjük, így a peremkábel alakjának vízszintes vetülete is egyértelműen meghatározható. Ha a sík két irányában azonos nagyságú feszültséget írunk elő nyíróerő nélkül, akkor alaprajzában kör alakú lesz a perem (ha a 16

17 főfeszültségek egyenlők, minden irány főfeszültség, és az ilyen feszültségeloszláshoz tartozó peremkábel görbületének minden pontban azonos nagyságúnak kell lennie). Ha különböző nagyságú feszültséget írunk elő, akkor a perem alaprajzi vetülete ellipszis alakú lesz, aminek a tengelyeit a nyíróerő vízszintes vetületével forgathatjuk el. A kötélgörbe skálázható, azaz adott feszültségeloszláshoz végtelen számú kötélgörbe tartozik, melyek egymásba affin transzformációval vihetők át. Minden esetben meg kell adni valamely paraméterét a kötélnek. Ez lehet a kötélerő vízszintes komponense, az induló érintője, kör esetén a kör sugara. Ha a felületen belül alkalmazunk kötélkiváltást, azt kétféleképen határozhatjuk meg. Már az alakmeghatározáskor számításba vehetjük a kötelet. Ekkor a peremkábelhez hasonlóan a belső kábelbe előírt erő is befolyásolja a szerkezet alakját, a felület redőzötté válik a vonalmenti erő bevezetésével. Az alakmeghatározás után is elhelyezhetünk belső kiváltó kábeleket. Ekkor a felület sima marad. A belső kábelt akkor alkalmazunk, ha a felület alakját valamely irányba meg szeretnénk mozgatni, vagy ha a ponyvaanyag önmagában nem tudja biztosítani a megfelelő teherbírást. A merev peremek nem illenek a ponyvaszerkezetekhez, de az építészeti környezet, egybeépíthetőségek gyakran megkívánják a merev peremek alkalmazását. De az is előfordul, hogy nagyobb fesztávok kiváltására alkalmazunk merev ívtartókat. A merev peremek alakjára nincs konkrét megkötés, csak az a feltétel, hogy az alakmeghatározáshoz előírt feszültségeloszlás mellett lehessen összefüggő felületet felvenni a tervezett peremek közé. A permek lehetnek egyenesek, síkbeli ívek és térgörbék is akár. Ha a felületen belül alkalmazunk merev megtámasztást, akkor kerülni kell a csúcsos töréseket a megtámasztásban (pl. keretsarok), mert ezeken a pontokon feszültségcsúcs alakulna ki a ponyvában. Érdemes ívtartót 17

18 alkalmazni. Továbbá érdemes biztosítani a belső megtámasztás szabad mozgását a felülettel. Ez alatt azt értem, hogy pl. egy ívtartó alsó megtámasztását valódi csuklóként érdemes kialakítani, mely a két megtámasztást összekötő egyenes mentén el tud fordulni. Ebben az esetben az ívtartó alátámasztja a ponyvát, de a ponyva támasztja meg az ívtartót az ívtartó síkjára merőlegesen. Így lágyabbá tesszük a szerkezetet, ami külső terhek hatására nagyobb elmozdulásokat szenved, viszont a deformált alak jobban illeszkedik a külső terhekhez, és így a ponyvafelületben kisebb erők ébrednek. Ez a szerkesztési elv minden megtámasztásra igaz: az árbocokat gömbcsuklóval érdemes alátámasztani, és a peremkábeleket alátámasztó oszlopokat sem érdemes a tér minden irányában megtámasztani. A ponyvaszerkezetek tipikus megtámasztási módja az árbocok alkalmazása. Az árbocok lehetővé teszik, hogy "megmozgassuk" a felületet, azaz a peremekhez képest kiemeljük a belső pontokat, és így nagyobb görbületet tudjunk kialakítani. Márpedig a ponyvaszerkezetek teherbírását erősen növeli az, ha nagyok a magasságkülönbségek és nagyok a görbületek. Az árbocok pontszerű megtámasztást biztosítanak. A koncentrált erő bevezetése azonban szingularitáshoz és az anyag tönkrementeléhez vezetne. Ennek elkerülése érdekében gyűrűs kiváltás vagy kötélkiváltás készül az árbocok csatlakozásánál. Az így szétosztott erő is gyakran nagyon nagy, és szükség van a ponyvaanyag megerősítésére. Készíthetünk kötélkiváltást esésvonal irányban, vagy megduplázhatjuk az anyagot. 18

19 Felhasznált és ajánlott irodalom: Pelikán József: Szerkezettervezés. Műszaki Könyvkiadó, Budapest Kollár Lajos: Mérnöki építmények és szerkezetek tervezése. Akadémiai Kiadó, Kollár Lajos: Ponyvaszerkezetek. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, Michael Seidel: Tensil Surface Structures. Ernst & Son, Berlin, Ábrák, forrásképek: Horváth Imola Emese rajzai Tanszéki archívum Hegyi Dezső archívuma 19