Примеры металлических оболочек, построенных в 2002-2013 гг

Металлические оболочки, возведенные в первой половине XX в., рассматривались в параграфе 8.4. В дальнейшем применение ребристых цельнометаллических оболочек свелось практически к нулю.

К наиболее ярким металлическим оболочкам, возведенным в XXI в., можно отнести огромную каплю из титана и стекла, покоящуюся посреди неглубокого пруда (рис. 12.20). Необычный ги;

Рис. 12.20. " Капля" цвета металлик — комплекс Большого народного театра. Китай.

Источник: sob.ru.

гантский комплекс Большого народного театра, успевший стать новым символом Китая, спроектировал известный французский архитектор Поль Андре. Принятая форма воспринимается абсолютно ненавязчиво и гармонирует со старыми зданиями, становится интересным и выигрышным фоном. По сумме зрительских мест Большой народный театр Пекина уже признан самым крупным культурным комплексом на Земле: в длину здание театра достигает 212 м, в ширину — 143 м, в высоту — 46 м.

Похож на каплю и спортивно-оздоровительный центр «Динамо» (рис. 12.21). Его купол (ЦНИИПСК им. ?. П. Мельникова) выполнен с массивными сплошностенчатыми двутавровыми арками. Оси несущих 32 ребер-полуарок расположены на сферической поверхности с радиусом 53,8 м. Ребра-полуарки жестко присоединены к нижнему кольцу диаметром 72 м и верхнему кольцу диаметром 8,6 м. Строительство велось с мая 2004 г. по июль 2006 г. Купол покрытия опирается на железобетонные конструкции трибун. Сооружение получилось неоправданно металлоемким. Что интересно, купола из легких алюминиевых сплавов, построенные, но чертежам этого же института, даже под большую нагрузку имеют расход металла всего лишь 12−20 кг/м2.

Принципиально новая конструкция покрытия площадью 4000 м² применена при проектировании Международного дома музыки в Москве (рис. 12.22). Сферическое покрытие концертного зала вы;

Рис. 12.21. Спортивно-оздоровительный центр «Динамо». Москва, июль 2006 г.

полнено в виде ребристо-кольцевого купола диаметром 42 м. Основные ребра купола выполнены в виде арочных криволинейных ферм. На Челябинском заводе металлоконструкций осуществлялась общая сборка металлоконструкций центрального кольца и конструкций ферм арок. Основная часть кровли — из крупногабаритных листов нержавеющей стали. Строительство велось в 2000—2002 гг.

Очень широко применяют в настоящее время своды из вальцованного металлического тонкостенного профиля.

Довольно просто решается проблема выбора расчетной схемы сооружения в металлических зданиях-сводах производства компании ASTRON Buildings (рис. 12.23), что немаловажно при проектировании объектов.

Рис. 12.23. Большепролетные металлические здания спортивного назначения производства компании ASTRON Buildings.

В конце XX — начале XXI в. все чаще стали строить металлические стержневые оболочечные трехмерные структуры. Толщины оболочек стали достигать нескольких метров при очень больших пролетах. Оболочки стали трехслойными: наружный и внутренний слои выполнялись из листового металла, а внутренний слой представлял собой стержневую структуру.

Необходимость строительства объектов для цементных заводов в России в связи с расширением потребления цемента вызвала расширение строительства стальных ребристо-кольцевых куполов со связями для использования их в качестве складов известняка и мергеля. В настоящее время строится несколько куполов по проектам различных проектных организаций, включая зарубежные. В начале 2007 г. разработан проект первого в России уникального купола диаметром 102 м для неотапливаемого здания склада извест;

Рис. 12.22. Международный дом музыки. Москва.

Рис. 12.24. Монтаж купола Серебрянского цементного завода. Рязанская обл., 2011 г.

няка Серебрянского цементного завода в Рязанской области, эксплуатируемого при температуре наиболее холодных суток -36°С (рис. 12.24). В мировой практике нет близких аналогов неотапливаемых купольных зданий диаметром 100 м и более. В соответствии с технологическим заданием форма склада известняка принята в виде сегмента сферы радиусом 58,6 м. Купольная конструкция опирается на 48 контурных колонн, образующих цилиндрическую часть здания высотой 8,5 м. Общая высота сооружения — 39 м. Расчетные нагрузки: снег — 200 кг/м2, пыль — 65 кг/м2, ветер — 32 кг/м2, коэффициент надежности по ответственности — 1,2; район строительства — несейсмический. Расход стали на купол составил 106,5 кг/м2.

В 2009 г. был разработан проект купола диаметром 102 м для склада мергеля ОАО «Новоросцемент» (рис. 12.25). Здание имеет форму части сферы диаметром 72,7 м, высотой 20,8 м с галереей, опирающейся на купол при входе и подвешенной к нему в центре. Ребристо-кольцевой купол образован 36 ребрами с девятью ярусами колец, включая нижнее двухъярусное опорное кольцо и верхнее коробчатое центральное кольцо. Ребра в виде арочных ферм высотой 1,8 м из гнутосварных квадратных труб шарнирно опираются па 36 колонн. Именно применение таких ???6 обеспечило эффективность решения по расходу металла па 1 м² (117,7 кг/м2). Однако применение гнутосварпых труб в основных элементах большепролетных зданий, эксплуатируемых при отрицательных температурах, требует особого внимания из-за их возможного хрупкого растрескивания по шву, даже без нагрузок.

В настоящее время разработан проект купола диаметром 127 м в плане в виде фрагмента сферы с наружным радиусом 81,2 м, вы;

Рис. 12.25. Склад мергеля ОЛО «Новоросцемент» :

а — схема купола; б — фундамент под стены здания сотой 32 м для склада мергеля Бабиновского цементного завода в Новгородской области (рис. В.43). Закончить строительство цементного завода планируется в 2014 г.

ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко предложил выделить в отдельную группу металлические уникальные большепролетные сооружения, к которым следует относить объекты, имеющие пролеты более 60 м при принципиально новых конструктивных решениях, требующих разработки специальных методов расчета, экспериментального исследования и т. п., и объекты пролетом более 100 м при конструктивных решениях, успешно опробованных в практике проектирования, строительства и эксплуатации (рис. 12.26).

Рис. 12.26. Металлический уникальный большепролетный свод, ОАО «ГИПРОНИИАВИАПРОМ» .

Приведем выдержку из статьи П. Г. Еремеева [2|.

Такие сооружения имеют повышенный уровень ответственности, их отказы могут привести к тяжелым экономическим и социальным последствиям. В связи с этим следует учитывать дополнительные требования к номенклатуре и объемам изысканий и проектных работ, изготовлению и монтажу конструкций, правилам их приемки и эксплуатации. Проектирование должно основываться на выборе рациональных конструктивных решений, увязанных с функциональным назначением, архитектурой, методами изготовления и монтажа, условиями эксплуатации. Выдвигаемые идеи должны быть технически и экономически обоснованы. При проектировании возникают проблемы, выходящие за рамки нормативных документов, что требует от инженера-конструктора специальных знаний, практического опыта. Важная особенность процесса — генерирование идей, основанных на творческом потенциале проектировщика. Обязательными документами являются техническое задание (ТЗ) и специальные технические условия (СТУ) на проектирование. СТУ должны определять уровень ответственности и уникальность сооружения, в том числе применение коэффициента надежности по назначению не менее 1,2, расчетный срок его эксплуатации, требования по применению и объемам опытно-конструкторских и исследовательских работ. Этапам двухстадийного проектирования («П» и «РД») должен предшествовать этап концептуального проектирования. Разработка проекта требует учета реакции сооружения на различные нагрузки и воздействия, включая монтажные, а также обеспечения общей и местной устойчивости, запаса прочности материалов, в том числе усталостной и т. п. Расчет следует выполнять с учетом физической и геометрической нелинейности как единой пространственной системы, включающей фундаменты, каркас, большепролетное покрытие. Следует иметь в виду, что использование компьютера имеет и обратную сторону — растет риск ошибок. При проектировании уникальных сооружений необходимо учитывать возможность возникновения аварийных расчетных ситуаций, а также предусматривать меры по предотвращению лавинообразного обрушения. При этом необходимо помнить, что каждое сооружение имеет некоторую вероятность разрушения. Попытка приблизить эту вероятность к нулю сопровождается стремлением стоимости сооружения к бесконечности. Обеспечение высокой надежности уникальных большепролетных сооружений предполагает обязательное научно-техническое сопровождение. Перечень исследовательских работ, определяемый СТУ, может включать; разработку рекомендаций по климатическим нагрузкам на основании продувок модели в аэродинамической трубе; изготовление и исследование физической модели сооружения; выполнение поверочных расчетов, разработку технических условий на изготовление и монтаж конструкций с дополнительными требованиями, не входящими в нормативно-технические документы. Необходимо проводить технический мониторинг на стадии возведения и первых лет эксплуатации объекта. Комплекс работ по проектированию уникальных большепролетных сооружений требует достаточного времени и объемов финансирования (существенно превышающих эти параметры для традиционных объектов) в целях обеспечения их качества, безопасности, эксплуатационной надежности и долговечности.

Цельнометаллические оболочки с элементами усиления применяются в основном в качестве резервуаров для хранения нефти (каплевидные резервуары), воды (водонапорные башни, см. рис. 8.51) и газов (газгольдеры, см. рис. 8.52) или в качестве малых форм городской ландшафтной архитектуры (рис. 12.27).

Рис. 12.27. Полый металлический шар в качестве городской ландшафтной архитектуры. Москва, недалеко от ст. м. «Отрадное», 2013 г.