МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ

Для покрытия зальных помещений общественных зданий применяют различные конструктивные металлические системы. Наиболее простые из них - балки и фермы со сборными железобетонными плитами покрытий либо с профилированным настилом с укладываемым по ним утеплителем и кровлей. Обычно балками перекрывают пролеты от 9 до 24 м, фермами — от 18 до 60 м.

В Цельтвейге (Австрия) возведено спортивное здание с залом размерами в плане 64 х 45,6 м и двухэтажная пристройка, с одной стороны которой находятся трибуны зала, а с другой - трибуны стадиона (рис. 14.2.1). Несу­щими конструкциями покрытия зала служат стальные двускатные фермы с раскосной решеткой пролетом 45,6 м, высотой от 2,9 до 3,4 м. По фермам уложены двутавровые прогоны, затем профилированный настил и кро­вельный ковер из битумокартона. Несущие конструкции покрытия пристройки и трибун стадиона — стальные балки двутаврового сечения длиной 15,5 м с консолями длиной 8 м.

КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЙ СПОРТИВНЫХ СООРУЖЕНИЙ____________________________________________________________473

------------------------------------

474 физкультурно-спортивные сооружения

лярно расположенных к главной балке растяжек, поддерживающих стойку на плоскости. Нагрузка от поддерживающих конструкций передается на сваи. На периферийные стойки, расположенные вдоль здания, передается 20 про­центов нагрузки от покрытия. В покрытиях больших пролетов применяют линзообразные фермы, которые разнообразят архитектуру залов. Ледовый стадион в Херенвейне (Голландия) размерами в плане 90 х 200 м перекрыт линзообразными фермами высотой 5,5 м и пролетом 55 м (рис. 14.2.5).

Такое уменьшение пролета удалось получить, опирая фермы на 12-мет­ровые консоли, выступающие над рядами трибун. Шаг ферм — 7,2 м. Сверху они покрыты светопрозрачной кровлей.

Еще большего пролета линзообразные фермы применены в покры­тии спортивного комплекса ЦСКА в Москве. Общий размер комплекса 306 х 110 м, высота 18,4 м (рис. 14.2.6). Пространственные несущие фер­мы покрытия комплекса пролетом 84 м с двумя консолями по 13 м смонтированы блоками размером в плане 104 х 2,5 м, высотой в центре 6 м и по краям 2 м. Блоки набраны из плоских предварительно напря­женных панелей, состоящих из тонколистовой обшивки толщиной 1,5 мм, натянутой на каркас из уголков. Предварительное натяжение об­шивки панелей позволило значительно увеличить жесткость покрытия, отказаться от горизонтальных связей в уровне покрытия, улучшить ста­тическую работу конструкции и отказаться от дополнительных мероп­риятий для восприятия местных снеговых нагрузок.

КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЙ СПОРТИВНЫХ СООРУЖЕНИЙ_________________________________________________________ 475

Плоские конструкции, объединенные в пространственную систему, со­здают покрытие меньшей высоты и большей жесткости по сравнению с по­крытием из плоских элементов. Покрытие спортивного центра в Бохуме (Гер­мания) диаметром 52,9 м выполнено из 24 ферм высотой 1,7 м, объединен­ных в круглую плиту верхним и нижним ребрами (рис. 14.2.7).

Фермы могут быть использованы также и как ребра купола. Такое по­крытие в виде купола пролетом 78 м на восьмиугольном плане использова­но в Национальном спортивном центре Сейлисбери (Великобритания).

По главным тяжелым фермам могут перпендикулярно им располагаться второстепенные, более легкие, фермы или другие конструктивные системы.

Многоцелевой спортзал на 5 тыс. мест в Штутгарте (рис. 14.2.8) в плане представляет собой две сомкнутые трапеции. Здание перекрыто эффектив­ным шедовым покрытием, собранным из металлических листов и трубча­тых профилей. Шеды опираются на металлические фермы пролетом от 36 до 65 м, в свою очередь опирающиеся на железобетонные консоли трибун с вылетом 12,5 м. Горизонтальные усилия от передаваемых на консоли нагру­зок воспринимаются затяжками, расположенными в ригелях трибун, что значительно облегчило устройство фундаментов при высоком уровне грун­товых вод.

Стальные фермы могут быть использованы как элементы висячих по­крытий. В этом случае оба пояса фермы растянуты, в несколько раз умень­шаются их высота, а также поверхность стенового ограждения и кубатура здания. Кроме того, в отличие от висячих ферм их удобно использовать для размещения в межферменном пространстве инженерного обрудования, устройства галерей и т.п. Дворец спорта «Динамо» на 5000 зрителей в Мос­кве имеет покрытие, состоящее из опорного контура, находящегося в плос­кости покрытия, и подвешенных к нему восьми пар висячих ферм, соеди­ненных в центре пролета листовыми шарнирами (рис. 14.2.9). Пролет ферм — 78,0 м. Опорный контур выполнен в виде замкнутой шестиугольной рамы, состоящей из двух решетчатых ригелей высотой 6,15 м и двух наклонных решетчатых стоек высотой 4 м. По оси симметрии здания перпендикулярно висячим фермам расположена затяжка, соединяющая противоположные углы контура и обеспечивающая в контуре значительное уменьшение из­гибающих моментов и деформаций, вызываемых распорами ферм.

476 физкультурно-спортивные сооружения

конструкции покрытий спортивных сооружений____________________________________________ ₄₇₇

Вузлах верхнего пояса висячих ферм с шагом 3 м поставлены прогоны по которым уложены стальной профилированный настил, пароизоляция утеплитель из перлитопластобетона толщиной 70 мм и кровля из трех сло­ев гидроизола на битумной мастике.

Развитие конструктивного решения покрытия с применением висячих ферм нашло отражение в спортивном комплексе Махачкалы. Здесь удалось отказаться от опорного контура, превратив покрытие в два висячих решет­чатых ската, воспринимающих тяжение от ферм, которые одновременно являются стойками скатов. Здесь также применена листовая затяжка, кото­рая состоит из двух нижних поясов скатов (рис. 14.2.10)

Структурные стержневые плиты широко используются как покрытия спортивных сооружений. В отличие от плоских ферм они при тех же перекры­ваемых пролетах имеют в 2-3 раза меньшую высоту, могут применяться с укрупненной сеткой колонн, собираются на земле из однотипных элемен­тов и монтируются целиком или крупными блоками. Для соединения стерж­ней, составляющих структурную конструкцию, применяют различные уз­ловые элементы систем «Меро», «Октаплат», «Триодетик» с и др.

В городе Мартин (Словакия) над существующим катком возведено по­крытие в виде стальной пространственной решетчатой плиты размерами в плане 86,4 х 57,6 м (рис. 14.2.11). Верхний и нижний пояса сдвинуты один относительно другого на половину стороны квадрата ячеек. Высота плиты -

478 ФИЗКУЛЬТУРНО-СПОРТИВНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

3,0 м. По контуру плита имеет консоли 3,6 м. Все стержневые элементы пли­ты выполнены из трубчатых профилей. Структурная плита покрытия опира­ется на трубчатые колонны, расположенные в плоскости наружных стен и установленные с шагом 7,2 м. По плите уложены прогоны из двутавровых профилей, по ним - профилированный настил, слой перлитобетона, трех­слойные утепленные панели с обшивками из пенополистирола, слоя толя и солнцезащитного покрытия.

Структурные конструкции могут перекрывать сооружения различной формы в плане. Бассейн в Бад-Содене (Германия) перекрыт структурной плитой с треугольными ячейками со стороной 2,5 м, высота плиты 1,3 м. Соединение элементов — с помощью узлов системы «Меро».

Детская спортивная школа в Санкт-Петербурге, включающая два спортивных зала и плавательный бассейн, перекрыта трехпролетной струк­турной плитой с опорами через 31,5 ; 24,0 и 31,5 м в одном направлении и 21,0 м - в другом (рис. 14.2.12). В конструкции покрытия использован эффект рамности, создаваемый многоярусными опорами. В наиболее напряженных зонах вдоль средних опор запроектирована двухъярусная конструкция, ко­торая, в свою очередь, создает перепад высот, используемый для естествен­ного освещения.

Структурные конструкции могут образовывать и вспарушенные покрытия.

Покрытие конноспортивного и многофункционального зала в Мюнстере (Гер­мания) — цилиндрическая структурная оболочка пролетом 40 м, длиной 80 м. Трубчатые элементы оболочки соединены узлами «Меро». Высота оболочки - 2,7 м, сетки поясов - 4,1 х 3,655 и 4,5 х 3,655 м (рис. 14.2.13).

Сетчатый купол пролетом 70 м со стрелой подъема 25,6 м использован

КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЙ СПОРТИВНЫХ СООРУЖЕНИЙ_________________________________________________________ 479

для ограждения стадиона в Абу-Даби (рис. 14.2.14). Элементы купола также соединены узлами «Меро».

Структурные плиты могут применяться в сочетании с вантами.

Покрытие стадиона на 120 тыс. зрителей в Мадриде (рис. 14.2.15) имеет прямоугольную форму со скошенными углами размерами 240 х 216 м. В цен­тре над футбольным полем устроен проем 115 х 60 м. Конструкция покры­тия — стальная решетчатая плита, подвешенная на вантах к оголовкам вось­ми железобетонных пилонов высотой 55 м.

Схожее решение применено в покрытии над трибунами стадиона в Сен-Дени (Франция, рис. 14.2.16).

Мембранные конструкции, состоящие из сжатого опорного контура и тонколистовой висячей мембраны, могут использоваться как в покрытиях больших стадионов, так и в покрытиях спортивных залов пролетами от 30 до

480 ФИЗКУЛЬТУРНО-СПОРТИВНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

60 м. Контур обычно выполняется из железобетона, а мембрана - из стали толщиной от 2 до 6 мм. Стрела провиса мембраны составляет (1/20 — 1/25) перекрываемого пролета. Повышенная деформативность мембран позволя­ет им стабилизировать внутренние усилия при увеличении внешней нагруз­ки, т.к. при этом происходит увеличение их провиса. Однако повышенная деформативность мембран требует и дополнительных мероприятий для на­дежной эксплуатации покрытия при отрицательном воздействии ветра. Обычно для этого используют слой мелкозернистого бетона или армоцемента, либо устройство стабилизирующих вант или вантовых ферм.

Мембранные покрытия устраиваются на круглом, эллиптическом или прямоугольном планах. При мембране на круглом плане опорный контур испытывает в основном только сжимающие усилия. В других случаях он ис­пытывает сжатие с изгибом.

Монтируются полотна мембран на предварительно вывешиваемых «по­стелях», которыми могут быть металлические ленты шириной 500-700 мм, легкие фермы, жесткие ванты из прокатных профилей.

Мембранные покрытия могут собираться на «постелях», натянутых с различной стрелой провиса, что придает покрытию вспарушенную форму.

Круглое здание спортивно-концертного комплекса в Санкт-Петербурге диаметром 160 м перекрыто сферической мембранной оболочкой из листо­вой стали толщиной 6 мм (рис. 14.2.17). Мембрана прикреплена в 112 точках к кольцевому железобетонному контуру, в промежутках между которыми сде-

ланы вырезы, исключающие возможность появления складок мембраны в приконтурной зоне. Монтаж листов мембраны производился на радиальных и кольцевых профилях, вывешиваемых между наружным и внутренним коль­цами. Для стабилизации мембраны выполнялось ее предварительное натя­жение путем стяжки мембраны и нижних поясов вантовых ферм, радиально расположенных под мембраной.

Мембранное покрытие на эллиптическом плане применено для крыто­го стадиона на 45 тыс. зрителей в Москве (рис. 14.2.18). По наружному конту­ру эллипса с размерами осей 224 х 184 м с шагом 20 м расположены сталь­ные решетчатые колонны высотой 33 м. По оголовкам колонн уложено

КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЙ СПОРТИВНЫХ СООРУЖЕНИЙ_________________________________________________________ 481

железобетонное монолитное опорное кольцо, бетонируемое в стальном коробе сечением 5 х 1,75 м. Внутри покрытия находится внутреннее эллип­тическое металлическое кольцо размерами 30 х 24 м, представляющее собой ортотропную плиту, состоящую из взаимно перпендикулярных ба­лок, объединенных поверху металлическим листом толщиной 8 мм. К коль­цам подвешена мембрана толщиной 5 мм с поверхностью эллиптического параболоида со стрелой провисания 12 м. При монтаже полотна мембраны раскатывались по радиальным фермам высотой 2,5 м, прикрепленным к наружному и внутреннему опорным кольцам. По мембране на битумной мастике уложен утеплитель в виде жестких плит, по нему - гидроизоляция из одного слоя стеклогидроизола и двух слоев бутизола, поверх — синтети­ческая мастика с алюминиевой пудрой.

Выразительное архитектурное решение велотрека в Москве с мембран­ным эллиптическим покрытием размерами 168 х 138 м получено примене­нием оригинальной конструкции опорного контура - двух арок, наклонен­ных наружу, и двух внутренних арок, наклоненных друг к другу (рис. 14.2.19). Арки расположены вдоль продольной оси здания и имеют коробчатое попе-

речное сечение 3 х 2 м. Внутренние арки объединены связевой фермой. На­грузка от арок передается на массивные железобетонные устои, соединен­ные затяжкой. При монтаже между парами наружных и внутренних арок вывешены «постели» шириной 700 мм из стального листа толщиной 6 мм. По мембране уложен утеплитель из двух слоев минераловатных плит, стяж­ка из цементного раствора толщиной 20 мм и гидроизоляционный ковер из рубероида на мастике с фольгорубероидом поверх него.

Цилиндрические мембранные оболочки на прямоугольном плане более просты в изготовлении и монтаже, чем мембраны на круглом и эллипти­ческом планах. Такие покрытия монтируются из небольшого количества од­нотипных элементов, причем каждый элемент может быть изготовлен на заводе в виде рулона, перекрывающего пролет покрытия. Стабилизация ци­линдрических мембранных покрытий может производиться различными спо­собами. Так, при строительстве плавательного бассейна на стадионе «Пио­нер» в Харькове (Украина) стабилизация покрытия произведена жесткими вантами, расположенными по направляющим цилиндрической поверхнос­ти. Для уменьшения изгибающих моментов в торцевых элементах опорного контура цилиндрической мембранной оболочки покрытия Дворца спорта в Бишкеке (Киргизия) они усилены шпренгельными параболическими затяж­ками, которые передают усилия распора мембран в углы контура. Передача усилий в углы контура (и исключение тем самым его изгиба) может быть произведена и непосредственным усилением мембраны диагональными под­креплениями.

Покрытие универсального спортивного комплекса в Москве состоит из мембраны размерами в плане 66 х 60 м и двух мембран 36 х 36 м (рис. 14.2.20).

482 физкультурно-спортивные сооружения

Полотнища мембран — из нержавеющей стали толщиной 3 мм. Железобе­тонный контур покрытия, выполненный из сборно-монолитного железо­бетона сечением 6 х 0,5 м, опирается на монолитные железобетонные ко­лонны. Для передачи усилий от мембраны в углы контура она по диагона­лям имеет вставки толщиной 25 мм, шириной в углах 5 м и в центре 1 м. Стрела мембраны в центре 4 м, а у наружных стен по диагонали 4,4 м, что обеспечивает поверхностный отвод воды.

По мембране уложен утеплитель из стекловатных жестких плит, армоце­ментная стяжка и гидроизоляция из двух слоев бутилкаучука с покрытием сверху огнезащитным цементно-песчаным слоем.

В 80-е годы рост числа активно занимающихся физкультурой в России повлек за собой строительство большого количества физкультурно-оздоро­вительных сооружений, приближенных к месту жительства населения. Для ускорения строительства разработаны проекты физкультурно-оздоровитель­ных сооружений комплектной поставки.

Здания комплектной поставки имеют, как правило, ограниченную но­менклатуру изделий заводского изготовления, включающую несущие и ог­раждающие конструкции, перегородки, инженерное и спортивное обору­дование, разрабатываемые и комплектуемые на сооружении, взаимосвязан­ные по габаритам, местам и способам креплений и т.п. Это позволяет орга­низовать поточное производство таких зданий, комплектную поставку эле­ментов на строительную площадку, снизить сроки строительства до несколь­ких месяцев.

Здания комплектной поставки строятся в основном с применением лег­ких металлических или деревоклееных конструкций, что снижает их массу в 4-5 раз по сравнению с железобетонными или кирпичными конструкция­ми, облегчает транспортировку конструкций, их монтаж, позволяет исполь­зовать недорогие и мобильные монтажные механизмы. Применение этих конструктивных схем облегчает и унифицирует здания. Отметим также воз­можность применения для строительства комплектных зданий облегченных железобетонных конструкций и кирпича.

Спортивно-оздоровительный корпус с залом 30 х 18 м имеет в качестве покрытия пространственную стальную структурную плиту типа «Кисло­водск», опирающуюся на четыре трубчатые стойки диаметром 600 мм, рас­положенные по углам квадрата 18 х 18 м (рис. 14.2.21). Структура перекрывает здание размером 30 х 30 м. Стены - из металлических трехслойных панелей с металлическими обшивками и минераловатным утеплителем. Кровля — из профилированного настила, поверх которого укладываются минераловат­ный утеплитель и рулонный ковер.

Спортивно-оздоровительный корпус общими размерами 24 х 43 м вклю­чает зал для занятий физкультурой размером 24 х 12 м, бассейн с ванной 16,67 х 6 м и детской ванной, а также подсобные помещения. Несущие кон­струкции здания - металлические рамы типа «Канск» пролетом 24 м, изго-

КОНСТРУКЦИИ ПОКРЫТИЙ СПОРТИВНЫХ СООРУЖЕНИЙ_________________________________________________________ 483

тавливаемые из широкополочных и сварных тонкостенных двутавровых ба­лок. Наружные стены из металлических трехслойных панелей с утеплителем из полиуретана. Аналогичную конструкцию имеет бассейн с ванной 25 х 11 м и спортивно-оздоровительный корпус с залом 36 х 18 м. Кровля поэлемен­тной сборки. По рамам уложены прогоны, профилированный настил, утеп­литель и рулонный ковер.