Строй-справка.ру

Навигация:
Главная → Все категории → Большепролетные конструкции

Архитектурно-планировочное решение

Универсальный спортивный зал, рассчитанный на 5000 зрителей, задуман как крупный спортивно-культурный центр района.

Во время Олимпиады здесь проходили соревнования по ручному мячу. После Олимпиады сюда пришли спортсмены общества «Динамо», физкультурники района. Здесь можно проводить занятия и соревнования по 12 видам спорта: волейболу, баскетболу, бадминтону, теннису, спортивной и художественной гимнастике, акробатике, боксу, тяжелой атлетике и др. В дни праздников здесь будут проводиться торжественные собрания. По вечерам спортивный зал превращается в киноконцертный: 3000 зрителей смогут смотреть здесь кинофильмы и эстрадные концерты.

Хорошо продуманная планировочная структура спортивного зала обеспечила удобства для спортсменов и зрителей. Комнаты спортивно-тренировочной группы, комментаторские кабины с помещениями для сотрудников прессы расположены в первых двух этажах, а третий этаж заняли службы радио и телевидения, там же комнаты для почетных гостей. Зрительный зал с трибунами вмещает единовременно 5000 зрителей; кроме того, при незначительной трансформации его вместимость может быть увеличена еще на 500 мест.

Центральный объем здания — демонстрационный зал с площадкой 48x26 м, высота зала 16 м. С двух сторон к нему примыкают два объема, в которых располагаются игровые залы размером по 42X24 м каждый. Удачно решена планировка демонстрационного зала — с любого места одинаково хорошо видно происходящее на арене.

Объем зала как бы опирается на покрытие первого этажа сооружения, где расположены два тренировочных зала. Это покрытие одновременно является и прогулочной террасой для зрителей, куда они попадают из фойе зала и непосредственно с площади по лестницам, расположенным по бокам фасада.

Здание имеет ясную композиционную структуру. Его архитектурно-пространственное решение состоит из двух взаимосвязанных объемов — развитого двухэтажного объема высотой 8 м со всеми обслуживающими помещениями и объема демонстрационного зала на 5000 зрителей, симметрично поставленного над стилобатной частью и являющегося центром всей композиции.

Конструктивное решение

По архитектурному замыслу все здание демонстративного зала должно быть перекрыто единой конструкцией размером в плане 74x68 м, абрис которой отвечал бы форме и расположению зрительских трибун при минимальной кубатуре здания. Этим условиям в наибольшей степени отвечало висячее покрытие. Применение висячего покрытия позволило значительно сэкономить объем здания и уменьшить площадь поверхности стенового ограждения, поскольку высота принятой висячей конструкции оказалась примерно в 4 раза меньше высоты обычных стальных ферм. Покрытие, включающее в себя систему висячих ферм и опорный контур, опирается на систему подтрибунных рам, расположенных с шагом 6 м и несущих гребенку трибун.

Висячее покрытие. Идея предложенной висячей конструкции является развитием оригинальной системы большепролетного покрытия, созданной -выдающимся советским инженером Н. В. Никитиным с группой конструкторов (П. И. Франов, А. И. Шалыгин, Ю. М. Василевский). Система была названа авторами АБВ (начальные буквы слов —арки, балки висячие).

Эта конструкция представляет собой металлическую стержневую систему, состоящую из изогнуто-растянутых висячих балок или ферм и арок, воспринимающих распор. По форме покрытие состоит из двух плоских скатов, пересекающихся под тупым входящим углом. Скаты образуются верхними поясами ферм. В плоскости скатов расположены арки. Фермы каждого из скатов одним концом опираются на стены, а другие их концы шарнирно соединены по осям верхних поясов с противолежащей фермой другого ската. В местах пересечения поясов ферм с арками они взаимно связаны, и таким образом верхние пояса ферм становятся своеобразными жесткими вантами, а распорным контуром для них служат работающие совместно две арки противолежащих скатов. Фермы под действием вертикальной нагрузки на покрытие играют роль изогнуто-растянутых элементов. От работы на изгибающие усилия верхние пояса ферм сжаты, а от работы висячей системы напряжения сжатия гасятся напряжениями растяжения.





Висячее покрытие, предложенное и разработанное для универсального спортивного зала, состоит из внешнего шестиугольного опорного контура (см. рис. 1) и системы 16 стальных ферм длиной 34,1 м, соединенных попарно с помощью листового шарнира в середине пролета.

При разработке проекта первоначально предполагалось выполнить висячие конструкции с помощью жестких вант из сварного двутавра № 45. Однако необходимость устройства эксплуатируемого пространства, в котором надо было разместить оборудование для цветного телевидения, освещения, радиофикации, механическое оборудование, а также вентиляционные короба, привела к варианту, в котором жесткие ванты выполнены в виде раскосных висячих ферм высотой 2 м, что составляет всего V40 длины пролета.





Висячие фермы испытывают, как уже отмечалось, два вида напряженного состояния: изгиб и растяжение. Растягивающее усилие определяется стрелой провисания центрального шарнира между фермами. Соотношение этих силовых факторов было подобрано таким образом, чтобы при расчетных загружениях верхние и нижние пояса ферм испытывали только растяжение. Решетка работает, как и в обычных фермах, на усилия обоих знаков.

Покрытие по фермам выполнено из профилированного металлического настила.

Пояса и решетки ферм — из парных уголков. Материал поясов— низколегированная сталь марки 14Г2, решетка — из стали марки ВстЗпсб.

Листовые шарниры, с помощью которых висячие фермы соединяются между собой, выполнены из стали марки 14Г2-12 и представляют собой два параллельных стальных листа сечением 250x20 каждый, привариваемых к вертикальным фасонкам верхних поясов ферм. Свободная длина листов между швами /=1500 мм обеспечивает возможность взаимного поворота сопрягающихся торцов ферм.

Конструкция шарнира предусматривает устройство, обеспечивающее передачу поперечной силы и взаимную фиксацию торцов по вертикали.

Каждая ферма опирается на опорный контур с помощью опорного ребра. Далее с помощью короткой консоли, подкрепленной ребрами жесткости и соединенной в узлах с решетчатым ригелем опорного контура, нагрузка воздействует на опорную плиту кронштейна и через его подкос — на консольный вертикальный участок подтрибунной рамы. Распорные усилия от ферм передаются на опорный контур также с помощью листовых шарниров (сечение листа 500x25, свободная длина 1800 мм).

Опорный контур, выполненный в виде замкнутой шестиугольной рамы, располагаемой в двух пересекающихся наклонных плоскостях, образуемых верхними поясами висячих ферм, должен воспринять усилия тяжения ферм, составляющие от каждой фермы 2570 кН. Контур состоит из двух решетчатых ригелей с рабочей высотой каждого в плоскости контура 6,15 м; непосредственно на них передается тяжение ферм и двух наклонных решетчатых стоек рабочей высотой 4 м. Ригель и ноги опорного контура образуют в плоскостях скатов покрытия две равнобокие трапеции с общим основанием в виде листовой затяжки. Затяжка, соединяя противоположные узлы контура по оси симметрии здания, обеспечивает резкое уменьшение в контуре изгибающих моментов и деформаций, вызываемых распорами ферм. Сечение листовой затяжки, в которой действует усилие 5200 кН, 800X30 мм. Материал затяжки — низколегированная сталь марки 14Г2-6.

Чтобы снизить деформативность, а также имея в виду возможность регулировки положения затяжки в пространстве, она подвешена к центральным узлам висячих ферм с помощью специальных элементов, оборудованных тяжами с винтовой резьбой.

В поясах ригеля, выполненных в виде сварных двутавров, возникают усилия 8000—15 000 кН.

Подвесной потолок — из реечных перфорированных элементов марки ЛАГ-4 (Воронежский завод строительных алюминиевых конструкций) шириной 300 и длиной 6000 мм. По алюминиевым перфорированным рейкам уложены звукопоглощающие минераловатные плиты, обернутые в полимерную пленку, обеспечивающие необходимое акустическое благоустройство зала.

Осветительные галереи представляют собой ходовые металлические мостики, подвешенные к прогонам.

Конструкция кровли осуществлена в следующем виде.

В узлах верхнего пояса висячих ферм с шагом 3 м поставлены прогоны из швеллеров № 22, по которым уложен профилированный металлический настил с высотой волны 79 мм, длиной 12 м, работающий по четырехпролетной неразрезной схеме. Настил прикреплен к прогонам пристрелкой дюбелями диаметром 4 мм (через волну), что позволило отказаться от использования самонарезающих винтов и значительно сократило трудозатраты и время монтажа покрытия. Листы настила соединены, как обычно, комбинированными заклепками.

Поверх настила уложены пароизоляция из пленки и утеплитель из перлитопластбетона марки 150 толщиной 70 мм, кровельный ковер из трех слоев гидроизола на битумной мастике. Вода отводится с кровли с помощью системы воронок, расположенных в два ряда на кровле вдоль оси 0, и водоотводящих коллекторных труб, собирающих с них воду и подвешенных к фермам с уклоном в направлении к наружным стенам.

Висячая часть кровли, обладающая относительной подвижностью, сопрягается с неподвижными участками кровли с помощью деформационных швов (компенсаторов) двух типов. Первый тип швов позволяет реализовать линейные смещения смежных участков кровли вдоль осей 8 и 15, второй тип швов предназначен для компенсации угловых перемещений. Швы этого типа расположены по линии соединения висячих ферм одна с другой по оси 0, а также узлов примыкания ферм к опорному контуру.

Расход стали на несущие конструкции покрытия 78 кг/м2 с учетом массы стального профилированного настила 94 кг/м2.

Экономическая эффективность от использования предложенной конструкции висячего покрытия с пониженной двухметровой высотой ферм составила 230 тыс. руб. по приведенным затратам при сопоставлении с аналогом — покрытием в виде обычных стальных раскосных ферм с пролетом 78 м и высотой 8 м.

Экономия средств получена, главным образом, благодаря сокращению отапливаемого объема здания на 30 000 м3 по сравнению с вариантом традиционной ферменной или балочной конструкции покрытия, уменьшения поверхности наружного стенового ограждения на 2220 м2 и экономии стали на 100 т.

Фундаменты здания решены в виде забивных железобетонных свай сечением 350x350 мм, длиной 9—12 м, применение которых вызвано наличием на площадке большой толщи слабых грунтов, подстилаемых несущим слоем в виде песков средней плотности, находящихся на глубине 8—10 м; сваи объединены монолитными железобетонными ростверками.

Подтрибунные рамы, являясь главным конструктивным элементом каркаса здания, выполняют три основные функции:
-- поддерживают сборные железобетонные гребенки трибун;
-- являются опорами висячих ферм и опорного контура;
-- служат несущими конструкциями для навесного стенового ограждения.

Рамы, как уже отмечалось, расставлены с шестиметровым шагом. Каждая рама имеет две стойки (с расстоянием между ними 9 м) и мощный сварной наклонный ригель переменного сечения, опертый на них и образующий девятиметровый вылет. К концу консольного вылета жестко крепится вертикальная десятиметровая колонна, на которую опирается решетчатый ригель наружного контура.

Ригель опорного контура на стадии эксплуатации является упругой горизонтальной (точнее, расположенной под углом 12° к горизонту) опорой верхней точки консольной колонны рамы (на отметке 28 м).

На период строительства между опорным контуром и консольной колонной в ее верхней точке был устроен осадочный шов, обеспечивающий независимость перемещения этих конструкций. Этот шов освобождает конструкции подтрибунных рам и связанные с ними конструкции железобетонных, так называемых гребенок, и вертикальных связей от значительных дополнительных усилий, обусловленных совместностью деформаций контура и расположенных под ним конструкций.

После загружения покрытия и трибун всеми постоянными нагрузками к висячим фермам по всем осям добавилась временная нагрузка, эквивалентная по распору воздействию от половины расчетной снеговой нагрузки (по 160 кН на каждую пару висячих ферм). После этого осадочные швы замыкались (заваривались), а временная нагрузка снималась.

Под гребенками трибун размещены связевые фермы, объединяющие ригели рам и являющиеся для них наклонной (в плоскости гребенки) упругой опорой, препятствующей горизонтальным смещениям рамы.

Таким образом, каждая рама рассчитывалась на нагрузки от опорной реакции висячей фермы, собственной массы опорного контура с соответствующей частью покрытия, а также на усилия, возникающие при совместной деформации контура и рамы от половины расчетной снеговой нагрузки. При расчете рамы были также учтены нагрузки от трибун со зрителями и другие нагрузки на перекрытиях.

Рамы выполнены стальными с достаточно мощными сечениями: ригель переменной высоты (наибольшая высота 2,9 м) двутаврового сечения с поясами из листа 700x30 мм и стенкой толщиной 16 мм. Сжатые стойки из сварных двутавров с поясами и стенкой размером 500x36 мм, растянутые стойки — коробчатого сечения из двух уголков 250x16 мм. Наибольший изгибающий момент в раме 13 500 кН-м.

На подтрибунные рамы опирается сборная железобетонная складчатая гребенка трибун из Г-образных элементов длиной 6 м.

Все перекрытия, покрытие тренировочных залов и стилобата — из стандартных сборных железобетонных конструкций. Плиты покрытия тренировочных залов уложены на стальные фермы пролетом 24 м с односторонними консолями по 3 м.

Характерная особенность покрытия стилобата — наличие консолей по 3 м по всему периметру здания. Такими консолями служат сборные железобетонные плиты типа 2Т, работающие по консольной схеме (с пролетом Эми консолью 3 м).

Наружные стены здания имеют несколько конструктивных разновидностей: алюминиевые витражи (тренировочные залы, фойе, вестибюль), навесные керамзитобетонные панели с лицевой поверхностью из травертина (лестницы, фойе, административные помещения), кирпичные стены с облицовкой известняком .(тренировочные залы, административные помещения), легкие навесные стены из перлитопластбетона толщиной 70 мм в стальном фахверке, облицованные штампованным анодированным алюминием (на консолях подтрибунных рам).

Анализируя и оценивая конструктивное решение универсального зала, следует отметить, что по своим технико-экономическим и конструктивным качествам большепролетное покрытие не является оптимальным. По расходу металла оно значительно уступает мембранному покрытию универсального зала в Измайлове, имеющему близкие размеры в плане. Основные недостатки конструкции, которые привели к повышенному расходу металла,— изгибность опорного контура с чрезвычайно высокими действующими в нем изгибающими моментами, выполнение опорного контура в металле, а не в железобетоне (применение которого для опорных контуров является наиболее целесообразным), использование покрытия из профилированного настила по металлическим прогонам, не участвующего в общей статической работе покрытия, и, наконец, неоправданно усложненная компоновка здания с развитыми мощными консолями, на которые передается нагрузка от покрытия и трибун.

Расчет основных несущих конструкций

Покрытие рассчитано и запроектировано на суммарную нагрузку 4800 Н/м2. Эта нагрузка, как выявилось в дальнейшем, оказалась завышенной вследствие чрезмерных предварительно заданных нагрузок от веса осветительного оборудования для цветного телепоказа (1000 Н/м2). Фактические нагрузки на покрытие, подсчитанные на окончательной стадии проектирования и учитывающие действительные массы оборудования и подвесного потолка, включая проходные мостики и мостики обслуживания с временной нагрузкой на них, составляют 4000 Н/м2.

Опорный контур рассчитывался на две основные комбинации загружения. Кроме нагрузки, передаваемой на контур висячими фермами, он был рассчитан также на местные воздействия от веса кровли из плоскости контура, а также на ветровое давление (на боковой фасад). Расчет показал, что влияние этих нагрузок весьма незначительно. Расчет решетчатых конструкций контура производился как дважды статически неопределимой системы.

Монтаж основных несущих конструкций

В соответствии с проектом производства работ, разработанным Научно-исследовательским и конструкторским институтом монтажной технологии, монтаж металлоконструкций универсального зала был разделен на несколько технологических этапов. Наиболее сложным был монтаж основных рам, опорного контура и ферм с прогонами.

Все строительные и монтажные работы выполнялись с помощью двух башенных кранов БК-300 грузоподъемностью по 25 т, расположенных вдоль ригелей опорного контура, двух башенных кранов МСК-Ю-20 грузоподъемностью по 1 т, расположенных параллельно наклонным граням опорного контура, и башенного крана КБ-160 грузоподъемностью 6 т.

Опорный контур монтировали укрупненными блоками, что особых трудностей не вызывало. Для монтажа висячих ферм в центре зала были установлены металлические временные опоры (рис. 11.12), на которые опирались две фермы, соединяемые затем центральным листовым шарниром. На этих же опорах была уложена и сварена листовая затяжка опорного контура.

Чтобы обеспечить в процессе эксплуатации горизонтальность линии узлов сопряжения ферм и учитывая их различную осадку, эти узлы ферм устанавливались на временные опоры по оси 0 с различными монтажными отметками (центральные фермы выше крайних на 300 мм), и в этом положении производилась монтажная сварка листовых шарниров.

Прогоны и cвязи монтировали теми же кранами, однако в центре зала образовалась «мертвая зона», которая не «перекрывалась» ни одним из кранов. Это потребовало использовать для монтажа специальную траверсу, поднимаемую одновременно двумя кранами БК-300. С помощью этой траверсы в центральную зону подавался оцинкованный профилированный настил.

Для монтажа металлоконструкций мостиков обслуживания ферм, осветительных галерей и подвесного потолка были изготовлены специальные монтажные площадки размером 12x6 м, подвешиваемые к нижним поясам ферм..





Все монтажные соединения — сварные.

После монтажа элементов, составляющих постоянную нагрузку на покрытие и на подтрибунные рамы, к покрытию должна была быть приложена нагрузка, эквивалентная половине снеговой. Это достигалось подвешиванием на монтаже одновременно ко всем висячим фермам емкостей, наполненных водой. Чтобы облегчить проскальзывание ригеля опорного контура относительно опорных плит оголовника и кронштейна и уменьшить силы трения между ними, опорные плиты смазывали графитовой смазкой.

После завершения этого процесса приваривали плиты оголовника к плите опорной тумбы ригеля (замыкание осадочного шва).

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

Навигация:
Главная → Все категории → Большепролетные конструкции

Статьи по теме:

• Рекомендации из опыта проектирования и строительства большепролетных сооружении Олимпиады-80 в Москве
• Универсальный спортивный зал «Дружба» на центральном стадионе имени В. И. Ленина в Лужниках
• Железобетонные пространственные покрытия
• Дворец спорта и футбольный манеж в сокольниках
• Конно-спортивный манеж в Битцах

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум