10795

стадиона. В то же время следует 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 монтажных соединений конструкций покрытия с натянутыми ремнями, что вызывает неоднозначные оценки. Однако по аргументам защиты решение было следующим:

- наиболее разумным исходя из конструктивных и технологических параметров,

необходимо учитывать сварное соединение. Но в условиях на строительной площадке,

когда нужно соединять большие монтажные метки «на весу», очень сложно обеспечить точную подгонку шарнирных кромок. Поэтому стык неизбежно усложняется использованием дополнительных 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 монтажа, увеличивает скорость операций, но совместное проектирование и технология проектирования (сверление групп отверстий, повышенная точность маркировки,

контрольная сборка и т.д.) становятся все более и более сложными. Более того, в том случае,

если через соединение передаются большие усилия, увеличение требуемого количества винтов уже вызывает трудности при их размещении;

- использование шкворневого соединения (по существу, болтового соединения)

позволяет 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 конструкций 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 преимуществами, присущими покрытиям рамно-консольного типа. В то же время внедрение в конструкцию систем вантовых систем, выполняющих несущую функцию по отношению к функции системы пролётных балок, усложняет и незначительно модифицирует пролёт и, прежде всего, увеличивает площадь конструкции, что значительно усложняет применение его в условиях плотной городской застройки.

Рассмотрим реализацию этого типа конструкции на примере.

Стадион де Франс (Франция), расположенный в Сен-Дени (пригород Парижа),

вместимостью около 80 000 зрителей (рисунок 3), многофункциональное сооружение,

40

предназначенное для проведения не только футбольных матчей, но и соревнований по регби и легкой атлетике (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 условиями, а также необходимость органично вписать объект в существующую градостроительную застройку.

Рисунок 3 Стадион де Франс (Франция) - 1998 год.

Применение ванто-балочной системы позволило:

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

-вы можете гибко изменять геометрическую схему сооружения, что, с одной стороны, вручную позволило создать архитектурный облик, который установлен в городе,

ас другой стороны - создание сооружения, которое гармонично вписывается в город здание. Это достигается 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,

которые 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,

архитекторам 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

41

работы применяемых несущих конструкций, эффективно перекрывать гораздо большие пролёты, формировать 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 являются пространственные стержневые конструкции покрытий усечённого купола с различными структурными узорами (ребристые, ребристо-кольцевой, сетчатый,

геодезический).

Дальнейшим развитием этих конструктивных систем, направленным на увеличение перекрытия дуг армирования пространственных конструкций, являются вантовые системы,

позволяющие создавать комбинированные конструкции в виде подвесных оболочек или конструкций. Рассмотрим реализацию конструкций в виде стержня в «космических» покрытиях на следующем примере.

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 размером 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»;

42

- трансформируемая часть в виде 2-х «полулун» одинаковых структурных систем,

которые увенчаны покрытием из прозрачного мембранного материала.

Основными несущими конструкциями покрытия являются пространственные решетчатые 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 позволяет 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:

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

-необходимость в системе стабилизации, которая уменьшает кинематическое движение покрытия;

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

Стадион, который в настоящее время вмещает 69 250 зрителей расположен в Мюнхенском 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 современной 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.

Структурно объект она может быть решена в виде визуально непрерывной, но структурно разделённой системы тентовых оболочек, несущая конструкция которой была образована обвязочной сетью со стойками, которые как выходят за пределы, так и остаются под поверхностью сети (рисунок 6).

43

Рисунок 6 Олимпийский Стадион (Мюнхен) - 1972 год.

Такой подход обусловлен необходимостью снижения чувствительности плоских участков 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 верхушкам 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 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.

Список литературы

1.Горохов Е.В., Мущанов В.Ф., Кинаш Р.И., Шимановский А.В., Лебедич И.Н. Конструкции 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 спортивных 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 большепролетных покрытий спортивных сооружений. Санкт-Петербург : СПбПУ.

44

УДК 725.8

ПРИМЕНЕНИЕ КУПОЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Долбунова Д.С.1, Агеева Е.Ю.1

1Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, e-mail: [e-mail]; [e-mail]

Из истории развития купольных форм можно заметить, что изначально их первостепенной задачей являлось перекрытие больших пространственных частей здания, но со временем они приобрели значение не только большепролетной конструкции перекрытия, но и эстетического украшения городской застройки. Развитие куполов, как и всех строительных конструкций, обусловлено влиянием на архитектуру и, в целом, на культурную жизнь общества в условиях научно-технического прогресса. Купола издревле использовались в культовых зданиях и сооружениях, хорошо сохранившиеся примеры этого архитектурного решения доказывают рентабельность применения купольных форм в строительстве. Купольные конструкции развивались и совершенствовались все время с момента их появления, новые материалы и варианты комбинации конструктивных элементов в полной мере раскрыли потенциал куполов и купольных форм. Может показаться, что купола являются пережитком прошлого и выглядят несовременно, так как у многих это ассоциируется с храмовыми постройками, однако купольные конструкции не только стали более эргономичными и эффективными, но приобрели уникальный внешний облик. Значимость зданий этого типа обусловливает тщательный поиск архитектурного образа объектов исходя из их социальной значимости и акцентной градостроительной роли.

Ключевые слова: купол, купольные конструкции, оболочки, купольные формы, современные решения

THE USE OF DOME STRUCTURES IN MODERN

Dolbunova D.S.1, Ageeva E.U.1

1Nizhny Novgorod state University of architecture and construction, Nizhny Novgorod, e-mail: keito_yelli @mail.ru; [e-mail]

From the history of the development of dome forms, it can be seen that initially their primary task was to overlap large spatial parts of the building, but over time they acquired the importance not only of a large-span overlap structure, but also of aesthetic decoration of urban development. The development of domes, like all building structures, is due to the influence on architecture and, in general, on the cultural life of society in the conditions of scientific and technological progress. Domes have been used in religious buildings and structures since ancient times, well-preserved examples of this architectural solution prove the profitability of using dome forms in construction. Dome structures have been developing and improving all the time since their appearance, new materials and combinations of structural elements have fully revealed the potential of domes and dome forms. It may seem that the domes are a relic of the past and look out of date, as many associate it with temple buildings.

Keywords: dome, dome structures, shells, dome shapes, modern solutions

Применение купольных конструкций в современном строительстве очень актуально в функциональном и композиционном отношении.

Существует большое разнообразие объемно-пространственных конструкций куполов, позволяющие индивидуализировать архитектурный облик здания и создать неповторимый, уникальный внешний вид. Уникальность купольных конструкций определяется несколькими признаками. Купола и купольные конструкции вызывают интерес у современных проектировщиков, открывая большие возможности для реализации новых архитектурных идей, которые должны по-новому раскрыть облик здания,

соответствовать его назначению и функциональным особенностям.

45

Таким образом появилась необходимость в теоретическом обобщении, комплексном анализе в выявлении предпосылок возникновения купольных конструкций их формирования и типологических особенностях.

Купольные конструкции из-за своего большого разнообразия могут применяться в объектах гражданского, промышленного, сельскохозяйственного строительства, в зонах переменного климата, как мягкого, умеренного, так и резко-континентального. Существует достаточно много классификаций купольных конструкций по разным признакам, однако можно выделить несколько основных:

1) по конструкции: гладкие, ребристые, ребристо-кольцевые, сетчатые,

пластинчатые, волнистые и складчатые;

2)по форме: сферические, эллиптические, стрельчатые, зонтичные и другой формы;

3)по стреле подъема: подъемистые (высокие) купола, при высоте подъема 1/2 -1/5

диаметра и пологие, при высоте подъема менее 1/5 диаметра;

4) по условиям работы: с элементами предварительного напряжения,

ненапрягаемые;

5) по материалам: металлические (сталь, алюминиевые сплавы), железобетонные,

бетонные, из каменных материалов, дерево, пластмасс, тканевых материалов

(воздухоопорные);

6) по технологии возведения: монолитные, сборно-монолитные, сборные.[1]

Конструктивные схемы купольных конструкций очень многообразны в чем-то схожи, но в чем-то имеют принципиальные отличия, которые важно учитывать при выборе необходимого для строительства данного объекта архитектурного решения. Так по конструкции выделяются следующие варианты куполов:

Гладкие купола называются в соответствии с гладкой внутренней и внешней поверхностями, проектируемой из железобетонных монолитных конструкций.

Ребристые купола состоят из отдельных плоских ребер, поставленных в радиальном направлении таким образом, что верхние пояса ребер образуют поверхность купола. Между ребрами устанавливаются прогоны и связевые элементы, обеспечивающие пространственную жесткость конструкции.

Ребристо-кольцевые купола также состоят из отдельных плоских ребер, но в отличие от ребристых куполов имеют соединенные с ними горизонтальные кольца, придающие пространственную жесткость конструкции и воспринимающие усилия распора.

В ребристых и ребристо-кольцевых куполах возможно применение светопрозрачных ограждений между ребрами и кольцами в виде остекления.

46

Формообразование ребристых и ребристо-кольцевых куполов сводится к определению формы и координат плоской арки, образованной из двух диаметральных ребер. Форма арки определяется на этапе архитектурного проектирования, расчет координат ведется по известным формулам аналитической геометрии.

Со временем развития купольных систем в них увеличивалось количество связей и конструктивных элементов, таким образом совершенствование конструкции позволило равномерно распределить материал между ребрами купола, равномерно распределяя нагрузку по конструкции. В конце XIX века с развитием металлургии стали появляться металлические купола создающиеся на основе радиально-кольцевой системы, но со связями в каждой ячейке, ограниченной соседними ребрами и кольцами, так появился новый тип куполов – сетчатые. Для уменьшения деформаций стержневая сетка должна максимально соответствовать форме криволинейной поверхности купола, что достигается изменением размеров элементов сетки, начиная от опорного кольца до вершины купола.

Развитие сетчатых куполов происходило путем разработки разнообразных способов членения поверхностей, прежде всего сферической, на конструктивные элементы (стержни или панели) для формирования несущего каркаса купола.

Купола, собираемые из металлических пластин (панелей), имеющих выштампованные ребра жесткости и соединенные между собой сваркой или узловыми соединениями называются пластинчатыми.

Другой вид купольных конструкций – волнистые и складчатые формы, состоящие из оболочек двоякой кривизны (коноидальных, синусоидальных, параболоидных) или складчатых оболочек выпуклой или вогнутой формы, выполняемых из монолитных или сборно-монолитных из сопряженных сегментов оболочек-волн (размер волны выбирается в зависимости от диаметра купола и архитектурного решения). Волнистая или складчатая конструкция куполов обладает рядом преимуществ: открытые наружные торцы волн обеспечивают полноценное верхнебоковое естественное освещение внутренних пространств, а выразительная объемная форма конструкции обогащает композицию фасада и интерьер здания.[2]

Первой и очень ответственной стадией проектирования является выбор и расчет геометрической схемы купола, который определяет в дальнейшем долговечность и эффективность здания. Приведенные основные конструктивные формы куполов нельзя противопоставлять друг другу, каждому из них присущи свои достоинства и недостатки,

для каждого характерны свои области применения в зависимости от функционального назначения здания и технологических процессов, протекающих в них.

47

Помимо правильно подобранной конструкции на долговечность здания влияют выбранные материалы, которые с развитием современных технологий стали очень многообразны.

Кажется, что деревянные конструкции выглядят менее долговечными, но Центр La Seine Musicale в Париже, выполненный архитектором Шигеру Бан, Жан де Гастином в 2017

году доказывает обратное. Филармония построена на острове Сеген посреди Сены, на месте бывшего завода "Рено". В наследство от предприятия ей достался протяженный постамент для сферы купола, состоящей из деревянной узорчатой сетки и нависающего паруса из солнечных батарей. “В первую очередь мы должны были выполнить главную задачу заказчика – создать мощный символ для этой отдаленной части Парижа. Также нам необходимо было встроить наш дизайн в градостроительный план острова, созданный Жаном Нувелем”, – рассказывают архитекторы.[3]

За счет деревянных конструкций из которых состоит здание, получилось сделать его полностью проходным, таким образом внутри здания получилась улица, по которой можно обойти здание вокруг или пройти сквозь. На крыше этой улицы разбит сад и установлен парус, накрывающий зал. Так как он состоит из солнечных панелей, то его направление регулируется автоматически, в зависимости от положения солнца. Парус перемещается по специальным рельсам, улавливая солнечные лучи. Шигеру Бан остался верен традициям использования дерева в своих постройках, а применение солнечных батарей и обширного озеленения добавили концертному комплексу еще большей экологичности. Данное зрелищное купольное здание показывает неограниченные возможности используемых с древности материалов и конструкций. С помощью современных технологий расчётов и проектирования удается возводить уникальные конструкции и реализовывать любые необычные архитектурные решения, таким образом формируя образ нового мира.

Рисунок 1 Центр La Seine Musicale в Париже. Разрез.

48

Рисунок 2 Центр La Seine Musicale в Париже.

Список литературы

1.Вeселова Е.А., Семерикова М.Л.// Купольные покрытия: архитектурно-конструктивные решения.//Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Россия. [Электронный ресурс]. URL: УДК 72 rusnauka.com

2.Купольные конструкции как способ реализации новых архитектурных идей – тема научной статьи по строительству и архитектуре читайте бесплатно текст научноисследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка. [Электронный ресурс].URL: cyberleninka.ru

3.Японская архитектура в Париже от Сигэру Бану// AD Magazine . [Электронный ресурс].URL: https://www.admagazine.ru/architecture/muzykalnaya-arena-v-parizhe-po- proektu-sigeru-bana

4.Гохарь-Хармандарян И.Г. «Большепролетные купольные здания.» :Стройиздат, 1972.

150	с.	[Электронный	ресурс].		URL:	https://vk.com/album-
24227491_278873144?ysclid=l1tf93exjo
5. Гохарь-Хармандарян И.Г. «Оболочки				двоякой кривизны с прямолинейными
образующими» // Архитектура СССР. 1960.				№ 9 с. 40 – 44. [Электронный ресурс]. URL:
https://studfile.net/preview/2549509/page:4/

49