Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Большепролетные конструкции

Конструктивные решения покрытия трибун в лужниках


Конструктивные решения покрытия трибун в лужниках

В период подготовки к Олимпийским играм в Москве перед московскими проектными организациями была поставлена задача разработать покрытие над трибунами Большой спортивной арены.

В процессе поиска рациональных конструктивных решений; покрытия трибун, в котором участвовали видные конструкторы, было предложено несколько интересных оригинальных, конструкций. Ни одному из этих проектных предложений не суждено было воплотиться в реальную конструкцию из-за отсутствия времени. Однако опыт их разработки и исследований, представляющий несомненный интерес, не должен быть забыт.

Большая спортивная арена имеет форму плана, близкую к эллиптической, с размером главных осей 300X240 м. Наружный контур представлен ломаной линией с прямолинейными участками длиной около 60 м в серединах длинных сторон. Ширина трибун равна примерно 50 м, их высота около 30 м. На стадии проектных разработок (технико-экономических обоснований) выполнены пять вариантов покрытия. В развитие общего направления на применение мембранных систем для покрытия трибун были предложены мембраны в трех конструктивных разновидностях.

Покрытие в виде цилиндрической мембраны

Покрытие полностью закрывает западную и восточную трибуны, на северной и южной трибунах постепенно открываются передние ряды, а к концам длинной оси стадиона закрытыми остаются только задние ряды трибун.

Покрытие представляет собой мембрану, выполняемую из рулонированной листовой стали толщиной 4 мм. В поперечном сечении стадиона мембрана очерчена по квадратной параболе со стрелой 9 м при пролете 240 м. Это же очертание сохраняется во всех вертикальных сечениях, перпендикулярных длинной оси стадиона. Наружный контур очерчен по форме внешнего периметра стадиона, внутренний — по эллиптической кривой. При полной постоянной и временной нагрузках образующие мембраны, параллельные длинной оси, прямолинейны и горизонтальны. При монтаже им задается строительный подъем со стрелкой 1,5 м в середине длинной оси. Под мембраной параллельно короткой оси стадиона расположены направляющие (из стальных полос сечением 300x6 мм с шагом 3 м; под направляющими — система стабилизирующих ферм высотой 1,5 м, расположенных в продольном и поперечном направлениях с шагом 12 м. Направляющие и стабилизирующие фермы участвуют в работе на растяжение совместно с мембраной.

Внецентренно-сжатый наружный контур корытообразного поперечного сечения из листовой стали толщиной 6 мм с ребрами жесткости. После установки в проектное положение корыто заполняется бетоном марки М400. Внутренний контур имеет коробчатое поперечное сечение, развитое в горизонтальном и вертикальном направлениях. Он выполняется сварным из листовой стали. В соответствии с усилиями наружный и внутренний контуры имеют переменное поперечное сечение. Оно максимально у концов длинной оси стадиона и минимально у концов короткой оси.

Опирание наружного контура запроектировано в двух вариантах: с опорами, расположенными за пределами контура стадиона, и с опорами, сооружаемыми в створе крайней внешней оси стадиона. Опоры из монолитного железобетона на монолитных фундаментах и буронабивных сваях. Шаг опор 24 м.

Статической особенностью этой конструкции является то, что наружный и внутренний контуры соединены непрерывными прямолинейными затяжками, образуемыми мембраной и продольными стабилизирующими фермами. Этим обеспечивается малая изгибность контуров, так как их искривление лимитируется удлинением затяжек.



Рис. 1. Покрытие в виде цилиндрической мембраны
1 — мембрана толщиной 4 мм; 2 — наружный сталебетонный контур (бетон марки М 400); 3 — внутренний стальной контур; 4 — стабилизирующие фермы с шагом 12 м; 5 —опоры; 6 — водоприемные решетки; 7 — подвесной потолок; 8 — трибуны; 9 — монтажные опоры


Форма покрытия обеспечивает естественный сток воды с поверхности к концам длинной оси стадиона. Здесь вода перехватывается водоприемниками со спуском в подтрибунное пространство.

Подвесной потолок создает комфортные акустические условия, защищает зрителей от перегрева в солнечные дни.

Монтаж покрытия намечено было осуществлять следующим образом. Вначале монтируются наружный контур на постоянных опорах и внутренний контур на временных опорах. Затем поднимаются полосовые направляющие и крепятся к обоим контурам. Затем поднимаются и крепятся к направляющим и к контурам стабилизирующие фермы, которые совместно с направляющими образуют достаточно жесткую постель для раскатывания рулонов, образующих мембрану. Рулоны поступают с завода-изготовителя максимально возможной ширины и раскатываются по готовой постели. После сварки рулонов монтажные опоры убираются. Наружный контур запроектирован таким образом, что он способен воспринять собственную массу мембранного покрытия до его обетонирования. Этим обеспечивалась определенная свобода сроков выполнения работ по бетонированию контура.

Покрытие сферической мембраной

Основное отличие этого варианта от предыдущего — в форме поверхности мембраны. Контуры — наружный и внутренний— расположены на постоянных отметках, и поверхность мембраны по всей площади имеет уклон от наружного контура к внутреннему. Конструктивно этот вариант покрытия решен так же, как и предыдущий. Отличие состоит в том, что контуры имеют постоянное поперечное сечение по длине. Вариант опирания наружного контура дополнен еще одним — о. использованием для этой дели всех существующих опор, расположенных на внешней оси стадиона. При этом используемые для опирания покрытия колонны и фундаменты под ними подвергаются усилению.

Вода с поверхности покрытий поступает в лоток, расположенный в специально предназначенном для этого отсеке внутреннего контура. Лоток имеет уклоны, благодаря чему вода стекает к серединам северной и южной трибун и отсюда отводится в подтрибунное пространство. В зимнее время отсек с лотком обогревается электричеством.



Рис. 2. Покрытие в виде сферической мембраны
1 — мембрана толщиной 4 мм; 2 —наружный сталебетонный контур; 3 — внутренний стальной короб;. 4 — стабилизирующие фермы; 5 — опоры — вариант с шагом опор 24 м; 6 — вариант с использованием существующих опор стадиона; 7 — подвесной потолок; 8 — трибуны; 9 — монтажные опоры; 10 — водосточный лоток с электроподогревом


Монтаж покрытия осуществляется в том же порядке, что и при цилиндрической мембране. Несколько усложняется раскрой рулонов, так как заготовки должны иметь трапециевидную форму.

Сталебетонная мембрана

Мембранное покрытие предложено шириной 60 м, при этом открытой остается средняя часть арены размером 120X177 м и площадь открытой части составляет 30% общей площади покрытия (поэтому покрытие в статическом отношении рассматривается как мембрана с отверстием в средней части). Мембранное покрытие закрепляется в наружном контуре, опертом на трубобетонные стойки высотой 10 м, расположенные над существующими колоннами наружной оси трибун с шагом 6 м.

Наружный опорный контур^запроектирован в двух вариантах: с применением трубобетона и в виде стальной коробки, заполненной бетоном.

Внутреннее стальное кольцо, обрамляющее отверстие в мембране, совмещено с кольцевой галереей в виде жесткой коробки сечением 2X3 м, в которой размещены осветительная аппаратура, телевизионные установки, громкоговорители и др. Несущая нижняя его часть запроектирована из листа толщиной 40 мм и шириной 3000 мм. Внутреннее кольцо монтируется на отметке, превышающей пролетную на 3 м.

Верхняя часть кольца в период возведения разрезана на отдельные элементы, которые соединяются между собой в последнюю очередь (после опускания покрытия).

Кольцевая галерея соединена с существующими вертикальными шахтами-лестницами четырьмя радиальными галереями, в которых предусмотрены электроосвещение, радиофикация, водоудаление с кровли и другие коммуникации. По радиальным галереям обслуживающий персонал попадает в кольцевую галерею. Кольцевая галерея и радиальные галереи представляют собой жесткую пространственную систему, стабилизирующую покрытие.

Для резкого уменьшения изгибающих моментов в процессе монтажа элементы мембраны раскатываются по радиально-кольцевой Байтовой : сетке (жестким вантам), соединяющей кольца между собой.

Ванты запроектированы из швеллеров № 18, расположенных горизонтально ребрами вниз и связанных уголками, шаг между которыми 3 м.



Рис. 3. Покрытие в виде сталебетонной мембраны
1 — стальная мембрана толщиной 4 мм со стабилизирующим железобетонным слоем толщиной 40 мм; 2— наружный сталебетонный контур; 3 — внутренний контур сечением 2X3 м (осветительная галерея); 4 — трубобетонные стойки; 5 — трибуны


Элементы мембраны доставляются на стадион в виде рулонов шириной 12 и 9 м. Сразу же после раскатывания элементы мембраны должны быть сварены с кольцами. При раскатывании последующих рулонов ранее закрепленный рулон начинает работать совместно с радиальными вантами. Следовательно, на вантовую сеть, состоящую из 150 радиальных и 18 кольцевых вант, одновременно передается нагрузка не более чем от двух рулонов, поэтому при монтаже в опорных кольцах возникает небольшой изгибающий момент, который они легко воспринимают. Покрытие монтируется из 78 секций четырех типоразмеров, наибольшая площадь секции 700 м2.

После соединения полотнищ между собой и приваривания всех элементов мембраны к кольцам опускается среднее кольцо. При этом поверхность мембраны будет изменяться, главным образом, в результате кинематических перемещений, а не упругих удлинений материала. Под действием временной нагрузки стрела провисания покрытия увеличится вследствие упругих удлинений. Расчет показал, что под действием временной нагрузки стрела провисания может возрасти всего на 54 см.

Чтобы увеличить жесткость покрытия, в качестве стабилизирующего мероприятия поверх мембраны предусмотрено нанесение бетонного слоя толщиной 40 мм. Перед его укладкой к наружной поверхности мембраны приваривается рулонная сетка. Таким образом, мембрана превращается в железобетонную оболочку, способную воспринимать и сжимающие усилия, которые могут возникнуть при несимметричной нагрузке. Кроме того, как отмечалось ранее, покрытие стабилизируется жесткой пространственной системой в виде радиальных и кольцевых галерей.

Характер колебаний мембранного покрытия в целом и отдельных его участков, а также перемещения и деформации от действия ветра определяли на изготовленной геометрически подобной модели покрытия в масштабе 1:60. Размер наружного контура модели в плане 5X4 м. Мембрана изготовлена из алюминиевых лент, соединенных между собой и с кольцами на клею.

Модель испытывали статической и динамической нагрузками, а также ветровой в аэродинамической трубе ЦАГИ. Испытания подтвердили теоретические и ранее проведенные экспериментальные исследования и показали, что форма конструкции мало изменяется при действии временной нагрузки. Так, при действии полной расчетной нагрузки 1,4 кН/м2 дополнительное провисание внутреннего кольца составило менее 1/700 пролета, а его горизонтальные перемещения — менее 1/5000. Перемещения внутреннего контура имели направление от центра и составляли 1/6000 и 1/2000 его осей.

Консольное покрытие с внешними опорами

Вариант предусматривает полное покрытие западной и восточной трибун с разрывами в районе северной и южной трибун. Существующие конструкции стадиона не затрагиваются.

Конструкции покрытия покоятся на 12 опорах, расположенных по внешнему контуру арены на расстоянии 6 м от наружной оси. Расстояние между опорами около 50 м. Фундаменты под опорами — из монолитного железобетона на основании из буронабивных свай. Опоры —стальные, высотой 45 м. К опорам подвешены главные консольные фермы с вылетом 60 м. Главные фермы имеют треугольное поперечное речение и выполняются сварными из труб. Их подвеска к опорам осуществляется в двух точках по длине 16 стальными канатами диаметром 70 мм. Канаты закрытого типа из оцинкованной проволоки с пределом прочности 1200 МПа. Проходя через верх опор, часть канатов, загибаясь вокруг пальцев, выпущенных из опор на 9 м во внешнюю сторону, прикрепляются к опорам у поверхности земли. Эти канаты помогают воспринять изгибающие моменты в стволе опоры. Остальные канаты уходят от верха опоры прямолинейно к земле и закрепляются в монолитных анкерных фундаментах.

По главным фермам вдоль трибун укладываются опирающиеся на них второстепенные фермы, также имеющие треугольное поперечное сечение. Второстепенные фермы покрыты листовым алюминием толщиной 1 мм, соединяемым на монтаже клепкой с прокладкой герметика. В алюминиевом покрытии организуются отверстия, закрываемые светопрозрачным материалом.

Покрытие имеет уклон в сторону внешнего контура стадиона. Вода с кровли отводится через подтрибунное пространство водосточными трубами, расположенными у колонн внешнего контура.

Для улучшения акустики и защиты зрителей от перегрева предусматривается устройство подвесного потолка.

Колонны, главные и второстепенные фермы изготовляются на заводах металлоконструкций отправочными марками длиной 18—24 м. Укрупнительная сборка выполняется на строительной площадке. Монтаж конструкций осуществляется двумя башенными кранами: один из них перемещается вдоль внешнего, а другой — вдоль внутреннего контура покрытия.

В качестве варианта этой конструкции разработано консольное покрытие с внутренними опорами (рис. 4).

Объем покрытия трибун такой же, как и в предыдущем варианте. Покрытие опирается на существующие конструкции стадиона.



Рис. 4. Консольное покрытие с внутренними опорами
1 — главные консольные фермы с шагом 18 м; 2 — второстепенные фермы; 3 — труба 450X20; 4 — трос диаметром 70 мм; 5 —труба 50X5; в — кровля из листового алюминия или профилированного стального настила; 7 — стальная колонна; 8 — стальная оттяжка; 9 — трибуны


Конструкции покрытия состоят из главных консольных ферм, расположенных с шагом 18 м, и опертых на них второстепенных ферм. Главные фермы опираются на трубчатые стойки, покоящиеся, в свою очередь, на стальных колоннах стадиона, отстоящих на расстоянии 12 м от крайней наружной оси. Концы главных ферм закреплены за крайние колонны стадиона.

Колонны, воспринимающие вес покрытия, должны быть усилены монолитным железобетоном. Усилению также подвергаются расположенные под этими колоннами фундаменты. Анкерные колонны усиливаются тяжами, обеспечивающим'й их работу на растяжение.

Конструкция покрытия по фермам, система водоотвода, мероприятия по улучшению акустики, защите от перегрева, порядок изготовления и монтажа конструкций такие же, как и в варианте с внешними опорами.

Покрытие, подвешенное к опорам

Этим вариантом предусматривается почти полное покрытие трибун с небольшими разрывами в серединах северной и южной трибун. Существующие конструкции стадиона загружаются по контуру.

Несущие конструкции покрытия образуются системой радиальных и кольцевых ферм, составляющих две плоские плиты, соединенные между собой у концов длинной оси стадиона. Стальными канатами плиты подвешены к четырем опорам, расположенным за пределами контура стадиона. К каждой опоре покрытие подвешивается канатами (24 шт.) диаметром 70 мм, объединенными в группы. Горизонтальные составляющие усилий в канатах воспринимаются плитами.

Канаты, проходя через верх опор, крепятся к анкерным фундаментам, расположенным на расстоянии около 80 м от опор. Анкерные фундаменты выполняются в виде коробок из монолитного железобетона, стены которых осуществляются методом «стена в грунте», заполняемых грунтом.

Опоры, высота которых равна примерно 80 м, выполняются в виде стальной решетчатой конструкции треугольного поперечного сечения. Под опорами — монолитные ростверки на бурона-бивных сваях.

Конструкция покрытия по фермам, система водоотвода» мероприятия по акустике и защите от перегрева такие же, как и в предыдущих вариантах.

Для монтажа конструкций потребуется установка временных опор на трибунах стадиона. Снятие покрытия с временных опор и регулирование усилий в канатах предполагается осуществлять домкратами, устанавливаемыми в местах анкеровки канатов в покрытии и на анкерных опорах.



Рис. 5. Покрытие, подвешенное к опорам

Анализ проработанных вариантов покрытий показывает преимущества мембранных систем и прежде всего цилиндрической мембраны по расходу стали и бетона по сравнению с плоскостной схемой — консольным покрытием с внешними опорами, и с покрытием, подвешенным к опорам.

Вариант консольного покрытия с внутренними опорами, хотя и несколько более выгодный, был признан неприемлемым по эксплуатационным (потеря большого числа зрительских мест за стойками) и эстетическим качествам.



Похожие статьи:
Рекомендации из опыта проектирования и строительства большепролетных сооружении Олимпиады-80 в Москве

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Большепролетные конструкции

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум