Публикации »

Опыт проектирования и возведения сетчатых куполов

Проектирование новых конструкций в строительстве — процесс длительный. Особенно это касается неординарных по своему исполнению и предъявляемым требованиям объектов. Разработка сетчатых куполов из алюминия и стали для зданий и сооружений различного назначения была проведена в ЦНИИСК им. Мельникова.

Общие положения

Для изготовления куполов применялись отечественные алюминиевые сплавы и стали, удовлетворяющие требованиям по свариваемости, прочности, теплоустойчивости и коррозионной стойкости.

Стержневая сетка несущего каркаса куполов разработана по звездчатой схеме и имеет 64 опоры, шарнирно закрепленные на стальном опорном кольце жесткости, причем опорные узлы не допускают смещения опор купола относительно опорного кольца. Все элементы каркаса купола представляют собой прямолинейные стержни из двутавров.

Все элементы каркаса соединены на болтах. Узел соединения элементов каркаса разработан с применением высокопрочных болтов — это так называемое сдвигоустойчивое соединение, которое требует на порядок меньшую точность изготовления, чем соединение на срезных болтах системы ULTRAFLOT.

Узловые силовые накладки разработаны конусными, причем угол раскрытия конуса — величина расчетная, что позволило иметь один типоразмер накладки для всего купола.

Общая устойчивость купола обеспечена конструкцией каркаса в сочетании с узловыми соединениями.

Заводское изготовление элементов каркаса и узловых элементов (силовых накладок) производится с учетом следующих требований к точности: длина элементов каркаса — по ГОСТ 23118-99; узловых элементов и элементов каркаса (узловое соединение на высокопрочных болтах) — по специальным требованиям: расстояния между группами отверстий — 0…+0,5 мм; расстояния между отверстиями в группе — 0…±0,2 мм; диаметр отверстия — 0…±0,2 мм. Разметка и сверловка отверстий — по кондуктору.

Для монтажа каркаса куполов был применен метод подращивания на нулевой отметке с последующим подъемом собранного купола на проектную отметку. Следует подчеркнуть, что масса алюминиевых куполов в несколько раз меньше массы стальных того же диаметра.

На конструктивные решения купола, в том числе основных узловых соединений, получены патенты на изобретения.

Необходимо отметить, что специальным вопросом при проектировании куполов является назначение снеговых и ветровых нагрузок, которые отсутствуют для подобных сооружений в действующем СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

Рекомендации по назначению ветровых и снеговых нагрузок специально для каждого данного сооружения были разработаны лабораторией проблем прочности и надежности сооружений ЦНИИСК им. Кучеренко [1].

Расчеты сооружений выполнены параллельно по двум комплексным программам: РАСК, разработанной в ЦНИИСК; КАТРАН, интегрированной в графический редактор AutoCAD-14 и разработанной на кафедре САПРТКС в Государственном университете путей сообщения (бывш. МИИТ).

Алюминиевые купола для резервуаров

Конструкция алюминиевого купола для стальных резервуаров объемом 20 000 куб. м(РВСП-20000) для хранения нефти с понтоном и стационарной крышей в НПС «Староликеево» (Нижний Новгород) разработана в 2001 г. [1]. Специальные технологические требования, предъявляемые к куполу: гидронепроницаемость, вентиляция естественная, газонепроницаемость не требуется, водоотвод неорганизованный. Диаметр резервуара — 39,9 м, высота стенки — 18 м.

Несущий каркас купола — из алюминиевого сплава АД33Т1, ограждающие конструкции — обшивка толщиной 1,5 мм полистовой поставки из алюминиевого сплава АМГ-6.

Алюминиевый купол диаметром 40 340 мм по осям опор имеет форму сферы с радиусом 29 000 мм и стрелой подъема 8 250 мм.

Шестьдесят четыре опоры купола шарнирно закреплены на стальном опорном кольце жесткости резервуара, которое одновременно является нижним распорным кольцом купола. Опорные узлы не допускают смещения опор купола относительно стенки резервуара. Все элементы каркаса купола представляют собой прямолинейные стержни из прессованных двутавров высотой 240 мм двух типов сечений: один — для основных элементов, второй, более мощный, — для опорных стержней купола.

Узел соединения элементов каркаса разработан с применением оцинкованных высокопрочных болтов М16, устанавливаемых в отверстия диаметром 18 мм.

Крепление монтажных элементов обшивки к элементам каркаса осуществляется внахлест на самонарезающих винтах через накладки. Если ширина поставляемых листов обшивки меньше, чем габарит ее монтажного элемента, обшивка стыкуется на заводе-изготовителе равнопрочными сварными швами.

Расчет купола производился с учетом следующих основных нагрузок и их сочетаний: собственная масса конструкции, снег, ветер, температурный перепад 80 0С.

В связи с тем, что опорные узлы купола выполнены несмещаемыми относительно стенки резервуара, расчеты проводились с учетом совместной работы купола и стенки резервуара. Расчетными в этом случае являются сочетания для нагрузок: «собственная масса + симметричный снег» и «собственная масса + несимметричный снег».

По результатам расчетов два верхних пояса стенки резервуара (которые были изготовлены заранее без учета нагрузок от купола) толщиной 8 мм и суммарной высотой около 4 м были усилены ребрами жесткости.

Конструкция купол-резервуар полностью удовлетворяет отечественным требованиям по деформативности, прочности, а также по условиям изготовления и монтажа системы.

Стальной купол для производственного здания

Конструкция стального купола для здания парковочно-поворотного устройства (трансбордера) Московской монорельсо-вой транспортной системы (ММТС) разработана в Москве в 2002 г. К куполу предъявлялись специальные технологические требования: гидронепроницаемость, светопрозрачность, вентиляция естественная, водоотвод неорганизованный. Диаметр здания по осям колонн — 46 м, отметка опирания купола — 7,9 м.
Несущий каркас купола — из стали класса С345 марки 09Г2С1.
В настоящее время здание трансбордера полностью смонтировано.

Стальной купол диаметром 46 м по осям опор со стрелой подъема 8,078 м имеет форму сферы с радиусом 37,0625 м.

Шестьдесят четыре опоры купола шарнирно закреплены на стальном опорном кольце. Все элементы каркаса купола представляют собой прямолинейные стержни из прокатных двутавров 25Ш1, оцинкованы и соединяются на оцинкованных высокопрочных болтах диаметром 24 мм,устанавливаемых в отверстия диаметром 26 мм.

Стальное опорное кольцо выполнено из сварного двутавра несимметричного сечения с более развитым верхним поясом. Оно разбито на монтажные элементы провозного габарита. Высота кольца 700 мм, ширина верхнего пояса 700 мм, нижнего — 400 мм.

Монтажный стык кольца также запроектирован на высокопрочных болтах. Кольцо опирается на 16 стальных стоек, расположенных по окружности диаметром 46 м через равные расстояния и жестко защемленных в фундаменте. Сечение стоек — труба Ш 426 х 10.
Чтобы предотвратить закручивание опорного кольца, оно дополнительно связано с опорными стойками тягами из швеллеров, которые устанавливаются также на высокопрочных болтах.

Крепление монтажных элементов светопрозрачного покрытия к элементам каркаса купола осуществляется внахлест через собственный легкий вспомогательный каркас.

В связи с тем, что опорные узлы купола выполнены несмещаемыми относительно опорного кольца, расчеты производили с учетом совместной работы системы в целом: купола, опорного кольца и шестнадцати опорных стоек. Расчетными являются сочетания нагрузок: «собственная масса + симметричный снег» и «собственная масса + несимметричный снег».

Система в целом полностью удовлетворяет отечественным требованиям по деформативности, прочности, а также по условиям изготовления и монтажа.

Монтаж сетчатых куполов

Каркас купола монтируют методом подращивания. В центре купола на временной невысокой опоре устанавливают нижнюю узловую накладку центрального узла. К ней на болтах присоединяют 8 меридиональных элементов 1-го яруса. К ним на нижних узловых накладках крепят элементы 1-го кольца, после замыкания которого устанавливают верхнюю узловую накладку центрального узла и затягивают на проектное усилие все высокопрочные болты центрального узла. Центральная сборка выставляется в соответствии с осями сооружения.

Над каждым вторым узлом 1-го яруса устанавливают монтажные туры с ручными талями. Производят строповку к нижним узловым накладкам 1-го яруса. С помощью ручных талей поднимают сборку на требуемую высоту и устанавливают на временные опоры в узлах 1-го яруса .

Монтируют меридиональные и кольцевые элементы 2-го яруса на нижних узловых накладках. Устанавливают верхние узловые накладки в узлах 1-го яруса и затягивают на проектное усилие все высокопрочные болты 1-го яруса. Аналогично осуществляют монтаж остальных элементов купола вплоть до 7-го яруса.

В процессе монтажа производится поярусная геодезическая съемка всех узлов купола. При этом выверка узлов купола производится с помощью ручных домкратов.

Следует отметить, что сборка каркаса алюминиевых куполов производилась на днище уже смонтированных резервуаров. При этом ограждающие панели устанавливались на каркас купола в процессе сборки последнего. Таким образом, подъем алюминиевых куполов на проектную отметку был произведен с уже установленными ограждающими конструкциями.

Сборка каркаса стального купола трансбордера производилась на нулевой отметке внутри здания при уже смонтированных колоннах, но кольцевая опорная балка устанавливалась на колонны одновременно со сборкой каркаса купола. В данном случае ограждающие конструкции монтировались на каркас купола уже после установки последнего на проектную отметку.

Собранный внизу каркас купола устанавливают на опорное кольцо с помощью 16-ти г-образных стоек, укрепленных на опорном кольце по осям колонн. Подъем осуществляется за 16 узлов 7-го яруса и происходит до отметки, которая на 25–50 мм выше проектной. Захват узла осуществляется за специальную монтажную накладку.

К поднятой части каркаса присоединяют 64 опорных элемента. Устанавливают верхние узловые накладки в узлах 7-го яруса и производят обтяжку высокопрочных болтов на проектное усилие. К опорному кольцу приваривают нижние опорные пластины, после чего производят расстроповку купола и закрепляют гайки на шпильках в опорных пластинах.

Вышеописанная конструктивная форма сетчатых куполов разработана в ЦНИИПСК им. Мельникова для условий нашей страны как в части применяемых материалов, так и в части возможностей по изготовлению и монтажу системы. Успешная реализация вышеуказанных объектов характеризует высокое качество выполненных институтом проектов.

Анализ показывает, что данное конструктивное решение может быть успешно применено при диаметрах куполов от 30 до 100 м включительно.


Список литературы:
1. Ружанский И. Л. Алюминиевый купол для резервуара диаметром 40 м // Монтажные и специальные работы в строительстве. № 7, 2002.
2. Павлов А. Б., Калашников Г. В., Ружан-ский И. Л. Стальные конструкции электродепо Московской монорельсовой транспортной системы // Промышленное и гражданское строительство. № 6, 2003.
3. Ружанский И. Л. Стальной сетчатый купол диаметром 46 м со светопропускающим покрытием // Монтажные и специальные работы в строительстве. № 10, 2003.

Автор: И. Л. Ружанский
Дата: 10.10.2005
Журнал Стройпрофиль 6-05
Рубрика: светопрозрачные конструкции




«« назад