Навигация:
Главная → Все категории → Большепролетные конструкции

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


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

Богатейший опыт проектирования и строительства уникальных большепролетных олимпийских сооружений в Москве требует тщательного и многостороннего исследования. Прежде всего, для отбора и дальнейшего широкого использования оригинальных, эффективных конструктивных решений, рациональных конструктивных форм, приемов компоновки, методов расчета, прогрессивных технологий монтажа — результата большой творческой работы ведущих проектных, научно-исследо-вательских, строительно-монтажных организаций, крупных конструкторов, ученых, технологов, монтажников.

Автор не претендует на исчерпывающий анализ накопленного опыта; вместе с тем рассмотрение практики проектирования, строительства и начального опыта эксплуатации большепролетных олимпийских сооружений позволяет сделать некоторые выводы и рекомендации.

Строгий научный и инженерный подход к проектированию, синтез конструкторского поиска и научных исследований, учет при проектировании современных методов и технологий монтажа, т. е. комплексный подход к выбору конструктивных решений, позволили создать, как мы могли проследить при рассмотрении олимпийских сооружений, оригинальные, смелые в техническом отношении, прогрессивные конструкции, многие из которых находятся на переднем крае современной строительной науки и техники.

Экономические данные —расход стали и бетона — важнейшие показатели качества конструкции — подтверждают эффективность осуществленных конструктивных решений и позволяют сделать ряд выводов об их преимуществах.

Эффективность большепролетных конструкций удалось существенно повысить благодаря использованию легких утеплителей и подвесных потолков, устройству гидроизоляционного ковра непосредственно по утеплителю без традиционных цементных стяжек, что позволило снизить до возможного предела собственную массу покрытия.

Облегчению несущих конструкций способствовало также уточнение специально проведенными исследованиями расчетных временных нагрузок — снеговых и ветровых — с учетом особенностей формы покрытий и соответственно исключение излишних запасов несущей способности конструкций.

Этой же задаче отвечало создание и использование эффективных, достоверных методов расчета, в наибольшей мере отвечающих действительной работе конструкции, результаты которых хорошо согласовались с данными экспериментальных исследований на моделях и натурных образцах, а впоследствии с показателями работы самой конструкции.

Анализ подтверждает, прежде всего, рациональность и эффективность осуществленных пространственных систем при пролетах 100—200 м и более и особенно мембранных покрытий на криволинейном и прямоугольном плане, а также железобетонных оболочек.

Мембранные покрытия. Наиболее эффективным оказалось использование в большепролетных покрытиях растянутых мембранных поверхностей.

Опыт применения мембранных покрытий полностью подтвердил достоинства и преимущества этих систем, вытекающих из самой их природы:
-- наименьшие расходы стали и бетона по сравнению с другими системами покрытий благодаря наиболее эффективному использованию механических свойств материалов (стали в пролетной части, работающей на растяжение, бетона в опорном контуре, работающем на сжатие), а также вследствие учета совместной работы опорного контура с мембраной;
-- упрощение конструкции благодаря совмещению в мембране несущих и ограждающих функций;
-- наименьшие трудоемкость и сроки возведения благодаря высокой индустриальности и технологичности конструкции, в которой основные процессы выполняются на заводах (откуда покрытие в виде рулонов площадью до 500 м2 доставляется на строительство и крупноблочный монтаж обеспечивает простую и быструю сборку покрытий).

В этой конструкции наиболее удачно и органично сочетаются статические (высокая несущая способность,), экономические, технологические и экплуатационные качества.

Это дает основание рекомендовать мембранные покрытия для дальнейшего широкого использования в гражданских и промышленных зданиях с круглым и овальным (эллипсовидным) планом диаметром 200 м и более (особенно для тех объемно-планировочных компоновок, где необходимо повышение периферийных зон по отношению к центральной части), а также на прямоугольном плане с длиной стороны до 70—80 м.

В решениях мембран на прямоугольном и квадратном плане следует рекомендовать крепление мембраны к опорному контуру не только в углах (где передаются основные усилия пролетной части), но и по контуру, что значительно улучшает статическую работу конструкции и уменьшает кинематические перемещения покрытия.

Наиболее целесообразные приемы стабилизации мембран: созданием соответствующей формы покрытия (по примеру покрытия велотрека в Крылатском) и включением в работу мембраны специальных стабилизирующих ферм жесткости (по примеру крытого стадиона на просп. Мира). Следует отметить, что устройство ферм жесткости хорошо сочетается с необходимостью устройства технического чердака (для размещения многочисленного технологического, вентиляционного и электротехнического оборудования).

Опыт показал, что отвод атмосферных вод, имеющий важное значение для висячих покрытий, решается достаточно просто и надежно системой внутренних водостоков.

Всесторонние теоретические и экспериментальные исследования, в том числе натурные и на крупномасштабных моделях, полностью подтвердили правильность подхода к расчету и проектированию с учетом совместной работы опорного контура с тонколистовой мембраной (степень учета этой совместной работы и разгружающего влияния мембраны требует еще дальнейших исследований и проверки).

При проектировании мембран рекомендуется задавать начальный провис порядка 1/20 пролета.

Несомненно, получат дальнейшее распространение и развитие рациональные методы монтажа мембранных покрытий и, прежде всего, сборка пролетной части на земле и подъем готового покрытия в проектное положение, а также раскатка полос (лепестков) мембраны по заранее смонтированным элементам стабилизации, которые становятся, таким образом, своего рода «постелью» для сборки большепролетного покрытия.

Полностью оправдало себя устройство опорных контуров из монолитного железобетона в индустриальном исполнении — в виде металлических коробов, заполняемых на месте монолитным бетоном.

Вместе с тем можно выполнять опорный контур полностью в сборно-монолитном железобетоне в виде сборных железобетонных коробов, заполняемых после их подъема монолитным бетоном (подтипу Бауманского рынка), что позволяет получить значительную экономию стали.

Нельзя считать оправданным применение чисто стальных опорных контуров, использование которых сопряжено с крайне высоким расходом стали (превышающим в ряде случаев потребность стали для всей пролетной части).

Следует применять мембранные покрытия без специальной противопожарной защиты, что также было обосновано в процессе проектирования олимпийских объектов.

Вместе с тем, рассматривая опыт применения мембранных тонколистовых покрытий на олимпийских объектах, нельзя не отметить целесообразность использования в дальнейшем висячих покрытий в виде предварительно-напряженных висячих сборно-монолитных железобетонных оболочек (которые по ряду причин не были осуществлены на олимпийских объектах, но были представлены в ряде проектных предложений).

Рекомендации по применению висячих железобетонных пред-варительно-напряженных оболочек основаны на результатах теоретических и экспериментальных исследований, в процессе которых изучены многочисленные взаимные связи вантовой системы и контура в процессе возведения и эксплуатации.

Применение сборных железобетонных плит в пролетной части покрытия обеспечивает возможность возведения висячих оболочек без лесов (важнейшее преимущество этой конструкции, впервые реализованное в Советском Союзе), что значительно снижает трудоемкость выполнения конструкции. После замоно-личивания швов между плитами и осуществления предварительного напряжения конструкция превращается в оболочку с практически безмоментным опорным контуром, и это определяет ее высокую эффективность по расходу стали и бетона по сравнению с другими системами и выдвигает в число наиболее экономичных систем большепролетных покрытий при круглом и эллиптическом очертании плана. Достоинства этой конструкции — высокая жесткость в результате резкого уменьшения кинематических перемещений, присущих вантовым и мембранным системам, малая чувствительность конструкции к расположению и характеру нагрузки.

Сопоставляя покрытие в виде тонколистовой металлической мембраны и сборно-монолитной висячей оболочки, можно отметить, что преимуществом мембранного покрытия по сравнению со сборно-монолитными железобетонными является меньший вес пролетной части, заложенные в конструкции возможности индустриального возведения с применением крупноразмерных монтажных элементов, безсезонного и высококачественного выполнения силами специализированной организации и соответственно возможность выполнения конструкции в наиболее короткие сроки с наименьшими трудозатратами.

Важным достоинством железобетонного покрытия являются существенно меньший расход стали, более высокая степень долговечности и пожарной безопасности. Эти соображения определяют целесообразность дальнейшего применения той и другой конструкции.

Висячие покрытия с жесткими нитями. Использование при перекрытии больших пролетов жестких нитей позволило получить устойчивые кровли, минуя осложняющие строительство процессы предварительного напряжения; однако по сравнению с вантовыми или мембранными конструкциями покрытия с жесткими нитями более металлоемки.

Рассматривая конструкцию здания бассейна на просп. Мира, необходимо отметить ее недостатки, которые привели к повышенным расходам материалов — стали и бетона:
-- разомкнутый опорный контур и передача распоров арок на большой высоте, что привело к возникновению в устоях значительных изгибающих моментов;
-- нерациональное очертание арок, принятое с отступлением от кривой давления и, как следствие, появление в арках значительных изгибающих моментов;
-- решение покрытия в виде профилированного настила, кото-рый не участвует в общей статической работе покрытия.

Наиболее рациональным решением в данном случае могло стать мембранное покрытие в виде гиперболического парабол-лоида с замкнутым депланированным опорным контуром, повторяющее принципы решения покрытия крытого стадиона и велотрека.

Недостатком решения универсального зала на ул. Лавочкина является усложненное объемно-планировочное решение, связанное с «вывешиванием» основного зала на мощных консолях, что привело к значительному усложнению общего конструктивного решения и увеличению расхода металла.

Недостаток принципиального решения покрытия — работа настила только на местные нагрузки и исключение его из общей статической работы покрытия, где его участие могло бы существенно помочь опорному контуру (крайне металлоемкому).

Другими словами, использование в данном случае мембранной системы покрытия могло бы при сохранении общего объемно-планировочного решения значительно — на 30—35% — сократить расход стали, а при переходе на железобетонный опорный контур (по типу крытого стадиона на просп. Мира) — в 2 раза.

Применение структурных покрытий лишний раз продемонстрировало универсальность этой системы, которая при простоте изготовления и монтажа из стандартных элементов открывает широкие возможности для формообразования покрытий, а также для увеличения пролетов до 50—60 м с помощью введения подстропильных конструкций, собираемых из тех же стандартных элементов.

Использование плоских (балочных) систем покрытий сопровождалось совершенствованием конструктивных форм и методов монтажа этих тривиальных решений.

Определенные перспективы — в применении блочных покрытий (по типу использованных в спортивном комплексе ЦСКА и в ледовом дворце в Сетуни), где кровельное покрытие включено в общую статическую работу конструкции, обеспечивая экономический эффект и значительно повышая общий технический уровень конструкции. Исследования этой конструкции и опыт практического использования позволяют рекомендовать ее применение для перекрытия пролетов в пределах 60—70 м. Такой болыперазмерный блок целесообразно изготовлять также из алюминия, включив в его состав две алюминиевые фермы, соединенные в уровне верхних и нижних поясов балками и натянутыми на них обшивками. В этом случае значительно облегчается подъем, поскольку масса блока, например, размером в плане 30X3 м вместе с утеплителем не превышает 2,5—3 т. Применение подобных конструкций для большепролетных покрытий позволит резко сократить сроки строительства.

Необходимо отметить успешное применение для возведения зданий с балочными конструкциями эффективного метода монтажа — надвижкой заранее собранных укрупненных элементов покрытия, что позволило значительно снизить трудоемкость сборки и сократить сроки монтажа.

Вместе с тем следует указать, что для ряда объектов, где применены балочные системы, более целесообразным и экономически оправданным явилось бы использование пространственных мембранных систем, что позволило бы значительно сократить расход металла без ущерба для сроков строительства.

Сборные железобетонные вспарушенные оболочки позволили с минимальным расходом бетона и стали перекрывать большие пространства. Разработанные и осуществленные индустриальные методы монтажа таких конструкций обеспечили хорошие показатели трудоемкости и сроков строительства.

Проектные проработки и исследования позволили по опыту применения этой конструкции на олимпийских объектах разработать номенклатуру унифицированных изделий, которая открывает широкие возможности для формообразования покрытий— получение покрытий в виде куполов, сводов, складчатых систем, воронкообразных оболочек, в форме раковин и др. пролетом до 70—80 м.

Следует подчеркнуть принципиальную особенность этой конструкции — применение сборных элементов в статически неопределимых, т. е. в наиболее выгодных системах, что в значительной степени определяет ее экономическую целесообразность.

Создание унифицированных сборных железобетонных элементов оболочек позволяет организовать заводское их производство и соответственно обеспечить широкое использование в строительстве общественных зданий самого различного назначения.

Такие покрытия монтируют без сплошных лесов с предварительной укрупнитёльной сборкой фрагментов из отдельных элементов, соединенных легкой инвентарной оснасткой, что определяет простоту и индустриальность их возведения.

К сожалению, при осуществлении олимпийских крытых сооружений был незаслуженно отвергнут один из прогрессивных современных типов конструкций — клеедеревянные конструкции, которые были предложены в ряде первоначальных проектных решений, но из-за недостаточной мощности производственной базы почти не использовались в реальном строительстве (клеедеревянные элементы были применены только в покрытии отдельных помещений бассейна «Чайка» на Кропоткинской наб.).

Вместе с тем серьезные достоинства этих конструкций — малая собственная масса при достаточно высокой прочности, возможность создания различных конструктивных форм покрытий, в том числе пространственных, простота изготовления и монтажа определяют их перспективность и позволяют рекомендовать для широкого использования в гражданском строительстве при пролетах до 50—60 м.

Рассматривая в ретроспективе большую творческую работу по созданию большепролетных олимпийских сооружений в Москве— от первых поисковых разработок до успешного завершения этих сооружений, т. е. «день первый и день последний» можно отчетливо увидеть характерные черты советской инженерной школы — единство трех начал создания рациональной конструктивной формы: начала конструкторского —экономии материалов, начала технологического — наименьшей трудоемкости изготовления и начала производственного — обеспечения индустриальное™ и простоты монтажа. Этим в значительной мере определяется успешное осуществление олимпийских сооружений в крайне сжатые сроки. Но этим не исчерпываются характерные приметы осуществленных большепролетных конструкций. В них — смелая мысль, широкий размах, техническое своеобразие, высокая инженерная культура. В этих конструкциях нет шаблонов, в них виден творческий поиск конструктора.

Одна из характерных черт олимпийских сооружений — единство рациональной конструктивной формы и архитектурной выразительности. Опыт проектирования олимпийских сооружений показал, что такое единство требует от инженера-конструктора не только глубоких специальных знаний, но и понимания архитектурных задач, поскольку его роль в формообразовании здания часто бывает решающей. Архитекторы также уже не могут ограничиться общим представлением о законах построения конструктивных схем, «игре сил» в конструкции. Идеи, выдвигаемые архитектором, должны быть технически и экономически обоснованы.

Единство рациональной конструктивной формы и архитектурной выразительности продемонстрировано в сооружениях крытого стадиона на просп. Мира, велотрека в Крылатском, универсального зала в Измайлове (мембранные покрытия), универсального зала на Центральном стадионе в Лужниках (железобетонная оболочка). Эти сооружения свидетельствуют о том, что оптимальная конструктивная форма всегда красива и выразительна в архитектурном отношении; когда законы техники полностью учтены, конструкция становится красивой. В архитектуре и образе олимпийских сооружений выявлена сущность конструкции, в них сочетаются научный, инженерный подход и художественная выразительность.

Разработка и внедрение новых систем большепролетных пространственных покрытий — в значительной степени результат тесного творческого сотрудничества проектных и научно-исследовательских организаций.

Нельзя сказать, что внедрение новых решений было легким и безболезненным. Необходимо было преодолеть инерцию, старые привычные представления, боязнь нового, неизведанного. Известно, что чем ярче и оригинальнее новые идеи, чем больше противоречат они сложившимся представлениям и практике, тем сложнее их внедрение, тем больше настойчивости и усилий требуется для их осуществления.

Новые типы конструкций не всегда могли быть рассчитаны существовавшими методами. Приходилось создавать новые методики расчета и устанавливать неизвестные ранее закономерности. Так было, например, с изучением действительной работы и свойств мембранных систем, с расчетами мембранных систем с учетом совместной их работы с опорным контуром, исследованием сложного напряженного состояния опорных контуров оболочек, с определением расчетных значений снеговых и ветровых нагрузок для различных форм покрытий, учетом их динамического воздействия и др.

Широко использовалась электронная вычислительная техника для расчета большепролетных конструкций: по существу, все сложные конструкции рассчитаны с использованием ЭВМ, что также свидетельствует о высокой культуре проектирования.

В процессе проектирования новые системы покрытий были исследованы на моделях, исследования подтвердили принятые расчетные предпосылки и результаты расчетов. При возведении конструкций широко проводились натурные испытания, которые позволяли контролировать фактическую работу конструкции и сопоставлять ее на каждом этапе с данными расчета.

Следует подчеркнуть, что создание новых конструктивных форм большепролетных покрытий послужило стимулом к совершенствованию теорий и методов расчета.

В целом опыт проектирования олимпийских сооружений — яркий пример содружества науки и инженерной практики, что является одним из наиболее эффективных направлений технического прогресса.

Похожие статьи:
Универсальный спортивный зал «Дружба» на центральном стадионе имени В. И. Ленина в Лужниках

Навигация:
Главная → Все категории → Большепролетные конструкции

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум