11040

УДК 692.426

КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКТИВНАЯ ОСОБЕННОСТЬ БОЛЬШЕПРОЛЕТ- НЫХ ПОКРЫТИЙ СПОРТИВНЫХ СООРУЖЕНИЙ.

Демшина С.А.1, Агеева Е.Ю.2

1Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: sofa.demshina@gmail.com

2Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: ageu11@yandex.ru

В настоящее время значительной популярностью пользуется проектирование большепролётных кон- струкций. Особое внимание уделяется спортивным сооружением. Смелые архитектурные и конструктив- ные решения, возводимые в соответствии с требованиями международных спортивных организаций, про- изводят огромное впечатление на подрастающее поколение. Актуальность данной темы обусловлена всё более широким внедрением в практику проектирования большепролётных покрытий для спортивных со- оружений. Уникальные конструкции стационарных покрытий над трибунами стадионов, в проектирова- нии и строительстве которых в последние годы наблюдается буквально взрывной прирост, поскольку практически все значимые международные спортивные мероприятия крупного уровня (Олимпийские игры, универсиады, чемпионаты мира и Европы и т.д.) неизменно сопровождаются строительством новых интереснейших объектов спортивной инфраструктуры.

Ключевые слова: большепролетные покрытия, спортивные сооружения, классификация покрытий, балочные и рамные покрытия, ванто-балочные покрытия, висячие покрытия.

UDC 692.426

CLASSIFICATION AND DESIGN FETURE OF LARGE-SPAN COVERINGS OF SPORTS FACILITIES.

Demshina S.A. 1, Ageeva E.Y.2

1Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering, Nizhny Novgorod, e-mail: sofa.demshina@gmail.com

2Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering, Nizhny Novgorod, e-mail: ag-eu11@yandex.ru

Currently, the design of large-span structures is very popular. Special attention is paid to the sports facility. Bold architectural and constructive solutions, erected in accordance with the requirements of international sports organizations, make a huge impression on the younger generation. The relevance of this topic is due to the increasingly widespread introduction into the practice of designing large-span coverings for sports facilities. Unique designs of stationary coverings over the stands of stadiums, in the design and construction of which there has been an explosive increase in recent years, since almost all significant international sporting events of a major level (Olympic Games, Universiades, World and European Championships, etc.) are invariably accompanied by the construction of new interesting sports infrastructure facilities.

Keywords: long-span coatings, sports facilities, classification of coatings, beam and frame coatings, shroud-beam coatings, hanging coatings.

В настоящее время значительной популярностью пользуется проектирование больше- пролетных конструкций. Особое внимание уделяется спортивным сооружением. Смелые ар- хитектурные и конструктивные решения, возводимые в соответствии с требованиями между- народных спортивных организаций, производят огромное впечатление на подрастающее по- коление. Тем самым популяризируя спорт и здоровый образ жизни в молодёжь.

160

Целью исследования является охарактеризовать конструктивные особенности основ- ных большепролётных покрытий.

Для этого необходимо выполнить следующие задачи:

–изучить материалы, содержащие информацию о проектировании типов большепро- лётных покрытий спортивных сооружений;

–дать определения основным видам покрытий;

–выделить конструктивные характеристики каждого типа большепролётного покры-

тия.

Более популярными большепролётными покрытиями для спортивных сооружений яв- ляются балочные и рамные (плоские) покрытия, ванто-балочные покрытия, стержневые обо- лочки покрытий и висячие покрытия [5, стр. 20-52].

Начнём по порядку, балочные и рамные покрытий в консольной конструктивной схеме

-наиболее распространённые типы навесных конструкций над зрительскими трибунами на стадионах. Поскольку исследования, проведённые рядом авторов, указывают на отсутствие влияния на пространственную рациональную работу таких конструкций с точки зрения мате- риалоемкости, такой системой могут быть консоли с вылетами до 25 м, что соответствует стандартным размерам футбольного поля и индивидуальным посадочным местам, соответ- ствует вместимости стадиона до 30-32 тысяч зрителей.

В то же время все преимущества, присущие этой схеме проектирования, сохраняются: - чёткость и определённость системы проектирования, присущие плоским несущим

конструкциям, и связанная с этим высокая надёжность используемых проектных решений; - низкая чувствительность таких систем к возможному проседанию основания и пере-

падам температур; - нет необходимости использовать специальные технологии и механизмы производства

и монтажа несущих конструкций.

Рассмотрим реализацию конструктивной схемы каркасно-консольного типа на примере покрытия трибун стадиона «Днепр Арена» (Рисунок 1).

Рисунок 1. Стадион «Днепр-Арена» (г. Днепропетровск) - 2008 год.

161

Ширина зрительских трибун, которые должны были быть накрыты навесом, составляла около 33 м. Из множества возможных дизайнерских схем авторы-архитекторы стадиона г. Днепропетровск предпочли консольную ферму, частично схожую по конструкции с одним из стадионов в Германии - стадион футбольного клуба «Боруссия» в Менхенгладбаде, сдан в экс- плуатацию в 2005 году. Поскольку указанный стадион имеет несколько большую вмести- мость, как стадион в Днепропетровске, что определяет размер зрительных трибун и вылет кон- сольного покрытия, которая достигает более 40 м, удобно использовать оказалось для этой геометрии вантово-подвесных систем для главных ферм, снижая деформируемость покрытия и улучшая технико-экономические показатели [4]. Принципиальная схема покрытия стадиона в городе Менхенгладбах приведена на Рисунок 2.

Рисунок 2. Стадион ФК «Боруссия» в Мёнхенгладбахе (Германия) - 2004 год. Днепропетровский стадион меньшей вместимости и размеров, чем описанный выше

баварский стадион, что определяет вылет консольной части навеса, не превышающий 30 м [1]. Это в конечном итоге предопределило отказ от вантово-подвесных систем. Оценка металло- ёмкости такого решения подтвердила эффективность немецкого стадиона (экономия выросла до 8%), но оказались незначительными для днепропетровского стадиона. В то же время сле- дует отметить, что критериями достижения минимума являются металлоёмкость при выборе типа покрытия для отдельных длинных пролётов структуры не всегда играют решающую роль. Архитектурные, технологические, эксплуатационные и другие факторы часто являются решающими для качества предлагаемого дизайнерского решения, удобства изготовления и монтажа.

Особенностью усовершенствованных систем является использование шарнирных мон- тажных соединений конструкций покрытия с натянутыми ремнями, что вызывает неоднознач- ные оценки. Однако по аргументам защиты решение было следующим:

- наиболее разумным исходя из конструктивных и технологических параметров, необ- ходимо учитывать сварное соединение. Но в условиях на строительной площадке, когда нужно соединять большие монтажные метки «на весу», очень сложно обеспечить точную под-

162

гонку шарнирных кромок. Поэтому стык неизбежно усложняется использованием дополни- тельных стыковых накладок, фасонок, столов, упоров и т.д., что затрудняет планирование, увеличивает сложность и цену на производство и монтаж;

-использование винтовых соединений позволяет свести к минимуму сложность мон- тажа, увеличивает скорость операций, но совместное проектирование и технология проекти- рования (сверление групп отверстий, повышенная точность маркировки, контрольная сборка

ит.д.) становятся все более и более сложными. Более того, в том случае, если через соединение передаются большие усилия, увеличение требуемого количества винтов уже вызывает труд- ности при их размещении;

-использование шкворневого соединения (по существу, болтового соединения) позво- ляет упрощение конструкции узла и повышение его технологичности.

Ванто-балочные покрытия представляют собой, по существу, один из промежуточных (переходных) вариантов плоских (балочных или каркасных) схем пространственных кон- струкций в виде стержней или плоских несущих систем.

Основным преимуществом таких систем является возможность увеличения пролётов перекрытия по сравнению с рамно-консольными системами, обладая при этом всеми преиму- ществами, присущими покрытиям рамно-консольного типа. В то же время внедрение в кон- струкцию систем вантовых систем, выполняющих несущую функцию по отношению к функ- ции системы пролётных балок, усложняет и незначительно модифицирует пролёт и, прежде всего, увеличивает площадь конструкции, что значительно усложняет применение его в усло- виях плотной городской застройки.

Рассмотрим реализацию этого типа конструкции на примере.

Стадион де Франс (Франция), расположенный в Сен-Дени (пригород Парижа), вмести- мостью около 80 000 зрителей (Рисунок 3), многофункциональное сооружение, предназначен- ное для проведения не только футбольных матчей, но и соревнований по регби и легкой атле- тике (одна из трибун перемещается для соревнований по легкой атлетике). В ходе разработки проекта, строительство которого началось в 1995 году, авторам (французским архитекторам Мишелю Макари, Эмерику Зюблену, Мишелю Режембалю и Клоду Константини) пришлось решить ряд сложных задач, связанных как со сложными инженерно-геологическими услови- ями, а также необходимость органично вписать объект в существующую градостроительную застройку.

163

Рисунок 3. Стадион де Франс (Франция) - 1998 год. Применение ванто-балочной системы позволило:

-использование преимуществ сплит-системы, которая нечувствительна к сложным ин- женерно-геологическим условиям строительства;

-вы можете гибко изменять геометрическую схему сооружения, что, с одной стороны, вручную позволило создать архитектурный облик, который установлен в городе, а с другой стороны - создание сооружения, которое гармонично вписывается в город здание. Это дости- гается за счет углубления объекта (разница в знаках внутренней и внешней опор 11 метров), в результате чего в итоге высота сооружения составила 35 метров, а признак покрытия стадиона относительно уровня игрового поля - 42 метра.

Консольные части покрытия покрыты полупрозрачными стеклянными панелями, кото- рые создают благоприятные условия для эксплуатации травяного газона на игровом поле.

Несмотря на то, что стадионы Днепропетровска и Сен-Дени полностью имеют разную вместимость, 32 000 и 80 000 зрителей соответственно, однако, по моему мнению, архитекто- рам и дизайнерам Днепропетровска удалось создать более рациональную конструктивную форму, оправданную сравнением общего веса корпусов (1300 тонн и 13000 тонн) [3].

Дальнейшим шагом в развитии конструктивной формы ограждений стадионных трибун являются пространственные конструкции, реализуя принцип пространственной работы при- меняемых несущих конструкций, эффективно перекрывать гораздо большие пролёты, форми- ровать навесное устройство трибун над стадионом вместимостью до 50-80 тысяч человек при вылете основных несущих конструкций высотой до 60 м.

Наиболее распространенным вариантом таких типов конструктивных решений явля- ются пространственные стержневые конструкции покрытий усечённого купола с различными структурными узорами (ребристые, ребристо-кольцевой, сетчатый, геодезический).

Дальнейшим развитием этих конструктивных систем, направленным на увеличение пе- рекрытия дуг армирования пространственных конструкций, являются вантовые системы, поз- воляющие создавать комбинированные конструкции в виде подвесных оболочек или кон- струкций. Рассмотрим реализацию конструкций в виде стержня в «космических» покрытиях на следующем примере.

164

Пространственная стержневая система покрытия была использована на перекрытии стадиона в Оита (Япония, префектура Оита) [2] на 43 000 мест для проведения соревнований по футболу, бейсболу и лёгкой атлетике (Рисунок 4). Крытая площадь составила 92 882 м2. Максимальная высота сооружения составляет 57,46 м.

Рисунок 4. «Большой глаз» - стадион г. Оита (Япония) – 2001 год. Структура покрытия состоит из 2 соединённых между собой частей:

-стационарная часть в виде сферической оболочки, конструктивно она выполнена в виде следующей структурной конструкции равносторонних треугольников со стороной раз- мером 10 м и усиленной системой параллельных дуг из медных труб диаметром 600 мм, с овальным вырезом в центре. Выбор сферического рисунок приведен по многим причинам, но одной из главных является наиболее простое устройство трансформируемой детали с точки зрения её перемещения по поверхности с постоянной кривизной. Это напоминает движение век на поверхности глазного яблока, отсюда и название стадиона – «Большой глаз»;

-трансформируемая часть в виде 2-х «полулун» одинаковых структурных систем, ко- торые увенчаны покрытием из прозрачного мембранного материала.

Основными несущими конструкциями покрытия являются пространственные решетча- тые арки, которые соединены между собой в поперечном направлении.

Использование висячих несущих конструкций в виде вантовых ферм, вантовых сетей, тонколистовых мембран позволяет практически перекрывать неограниченные пролёты, что связано с наиболее эффективной эксплуатацией материал имеет несущую структуру, что поз- воляет в полной мере использовать его прочностные свойства материала при его прочность на растяжение.

Висячие покрытия над стадионом обладают всеми преимуществами, характерными для обычных подвесных покрытий:

-высокая экономическая эффективность при крупномасштабных пролётах, связанная с низкой материалоемкостью, высокой заводской квалификацией основных конструктивных элементов, способностью использование высокотехнологичных методов монтажа;

-архитектурная выразительность и недостатки:

165

-повышенная деформируемость, которая связана с высокоэластичными деформациями основных конструктивных элементов, тросов и крышек, а также кинематическими перемеще- ниями, характерными для систем с избыточной свободой;

-необходимость в системе стабилизации, которая уменьшает кинематическое движе- ние покрытия;

-необходимость обнаружения распорки в пролётном строении и переноса её на соот- ветствующие несущие конструкции.

Стадион, который в настоящее время вмещает 69 250 зрителей расположен в Мюнхен- ском Олимпийском парке, был главной спортивной ареной лета Олимпийских игр 1972 года, финал чемпионата мира по футболу 1974 года, финал чемпионата Европы 1988 года. Объект является одним из знаковых сооружений творением немецких специалистов в области совре- менной архитектуры ХХ века: Архитектор Г. Бениш и инженер Ф. Отто.

Общая площадь покрытия составляет около 80 000 м2. Визуально покрытие образует чередующуюся зонтичную систему, выполненную из полупрозрачного материала. Струк- турно объект она может быть решена в виде визуально непрерывной, но структурно разделён- ной системы тентовых оболочек, несущая конструкция которой была образована обвязочной сетью со стойками, которые как выходят за пределы, так и остаются под поверхностью сети (Рисунок6).

Рисунок 6. Олимпийский Стадион (Мюнхен) - 1972 год.

Такой подход обусловлен необходимостью снижения чувствительности плоских участ- ков по краям покрытия к динамическому воздействию ветровой нагрузки, поскольку другие конструктивные решения либо не дали желаемого эффекта, либо это оказалось экономически неэффективным. По этим причинам вантовые сетки не были удлинены из-за крепления к вер- хушкам стоек сеток, а наоборот, были подвешены на них на тросовых подвесках.

Итак, из всего вышеизложенного, можно сделать вывод, что уникальные конструкции стационарных покрытий над трибунами стадионов, в проектировании и строительстве кото- рых в последние годы наблюдается буквально взрывной прирост, поскольку практически все значимые международные спортивные мероприятия крупного уровня (Олимпийские игры,

166

универсиады, чемпионаты мира и Европы и т.д.) неизменно сопровождаются строительством новых интереснейших объектов спортивной инфраструктуры.

Список литературы:

1. Горохов Е.В., Мущанов В.Ф., Кинаш Р.И., Шимановский А.В., Лебедич И.Н. Конструк- ции стационарных покрытий над трибунами стадионов (2-е изд., исправленное и дополненное) / Под общей редакцией Е.В.Горохова и А.В. Шимановского.– Макеевка, РИО ДонНАСА, 2008.

– 404 с.

2.Горохов Е. В., Мущанов В. Ф., Касимов В. Р. Конструкции стационарных покрытий над трибунами стадионов - Макеевка.: ДонГАСА, 2002. - 280 с.

3.Горохов Е.В., Мущанов В.Ф., Касимов В.Р., Руднева И.Н., Сивоконь Ю.В. Развитие методов расчета и проектирования большепролетных пространственных покрытий спортив- ных сооружений // Сборник статей «Пространственные конструкции зданий и сооружений». Вып. 10. - Москва: МОО "Пространственные конструкции". - 2006. - С. 7-16.

4.Горохов Е.В. Повышение долговечности и надежности металлических конструкций промышленных зданий и сооружений в условиях эксплуатации и реконструкции: Научный доклад на соискание ученой степени доктора технических наук. Днепропетровск, 1992. – 91 с.

5.Мущанов В.Ф., К. В. (2019). Основы расчета и проектирования конструкций больше- пролетных покрытий спортивных сооружений. Санкт-Петербург : СПбПУ.

167

УДК 725.142

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕРВОГО ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ В МИРЕ

Дербина Е.А.1, Агеева Е. Ю.1

1Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: li_0044_za-53666782@mail.ru; ag-eu11@yandex.ru

В статье рассказывается о первом высотном здании, построенном в Чикаго в 1880-х годах, о его конструк- тивных особенностях. Рассматриваются ранее не применяемые в строительстве методы и новые архитек- турные решения того времени. Все это дало мощный толчок развития высотного строительства и позво- лило сократить расход времени и материалов.

Ключевые слова: История высотных зданий, первое высотное здание, конструктивные особенности первого вы- сотного здания, строительство.

STRUCTURAL FEATURES OF THE WORLD'S FIRST HIGH-RISE BUILDING

Derbina E.A.1, Ageeva E.Y.1

1Nizhny Novgorod State University of Architecture and Constuction, Nizhny Novgorod, e-mail: li_0044_za53666782@mail.ru ; ag-eu11@yandex.ru

The article tells about the first high-rise building built in Chicago in the 1880s and its design features. The methods previously not used in construction and new architectural solutions of the time are considered. All this gave a powerful impetus to the development of high-rise construction and allowed to reduce the consumption of time and materials.

Key words: History of high-rise buildings, the first high-rise building, design features of the first high-rise building,

construction.

В современном мире крайне актуальна проблема, связанная с нехваткой территорий для строительства из-за постоянно растущего населения во всех странах. Поэтому в наши дни осо- бой популярностью пользуются высотные здания, имеющие ряд преимуществ, важнейшее из которых - размещение значительных объёмов в составе здания или комплекса: в пределах од- ного участка можно разместить магазины, деловые центры, гостиницы и жилые квартиры. Стоит упомянуть, что высотное здание – это инженерное сооружение, испытывающее посто- янное воздействие ряда самых интенсивных факторов окружающей природной среды, а также внутренних строительных и эксплуатационных нагрузок. [1] Поэтому для каждого объекта принимается свое техническое решение, которое формируется с участием требований ГОС- Тов, нормативных актов, законов государства, погодными и геологическими условиями и лич- ным опытом инженеров и архитекторов. Конструирование таких зданий имеет свою специ- фику: уникальные формы и пропорции, выбор конструктивных систем и элементов зданий, ведь основная задача – обеспечение надежности сооружения и возможность его дальнейшей эксплуатации.

Первым высотным зданием в мире считается Home Insurance Building в Чикаго, постро- енный в 1884-1885 годах по заказу страховой компании Home Insurance Company. Его высота

168

составила всего 42 м, что для нашего времени крайне мало, однако в те времена эта десяти- этажное сооружение стало самым высоким офисом в мире. Это строение считалось инноваци- онной структурой, которая имела хорошее естественное освещение и навесные стены.

Рисунок 1 – Home Insurance Building.

Строительный бум после Великого чикагского пожара в 1871 году в корне изме- нил представление инженеров и архитекторов о планировке зданий: при возведении новых зданий больше не использовались древесина и прочие горючие материалы, а на смену им при- шли камень, железо и сталь, которые являлись новыми для того времени. Так, в 1883 проект Уильяма Ле Барона Дженни выиграл открытый конкурс не только благодаря металлическому каркасу и обеспеченной огнестойкости здания, но и внешним железным колоннам, покрытым камнем, которые дополнительно защищали здание. Изначально каркас здания архитектор за- думывал сделать из железных конструкций, однако, в итоге, его выбор пал на сталь. Это вы- звало скепсис у общества того времени, ведь этот материал можно было по праву назвать «эк- зотическим», ранее из него почти ничего не строили. Но не смотря на все трудности и пори- цания коллег-архитекторов спустя год Дженни представил миру свой проект, где основой «скелета» служили каркасы из стали, чугуна и бетона. Однако, архитектор сохранил типичные для того времени две несущие стены из камня, протягивающиеся на всю длину здания, с внут- ренней железной решеткой.

169