Большепролетные алюминиевые конструкции для спортивно-зрелищных сооружений и комплексов
Опыт строительства и эксплуатации зданий и сооружений с применением большепролетных алюминиевых конструкций достаточно подробно представлен в №4 (58) данного журнала за 2007 г., где рассмотрены конструктивные решения, методы обеспечения прочности и эксплуатационной надежности, технологические особенности изготовления и монтажа и, в краткой форме, вопросы экономики.
Выделим главные достоинства большепролетных алюминиевых конструкций:
- новизна и отсутствие зарубежных аналогов;
- малый собственный вес и совмещение функций несущей конструкции и ограждения;
- скоростной монтаж при минимальном объеме работ на высоте;
- положительные результаты многолетнего мониторинга на ряде объектов;
- антикоррозийная стойкость и полное отсутствие эксплуатационных затрат.
Отметим также, что в разработке алюминиевых конструкций приняли участие ЦНИИПСК, ЦНИИСК, ВИЛС и др., а прочность, надежность, высокие технологические качества и экономичность указанных конструкций подтверждены соответствующими исследованиями ведущих специализированных организаций:
- статическими и динамическими испытаниями опытных или головных серийных образцов блоков с последовательно нарастающей величиной пролета 30, 36, 48, 50, 54, 60, 84 и 109 (ВИЛС с участием ЦНИИСК);
- теплотехническими и огневыми испытаниями (ВНИИПО и НИИ Мосстроя);
- теплотехническими испытаниями покрытия УДС «Крылья Советов» (НИИ Мосстроя);
- опытом строительства и результатами многолетних наблюдений за состоянием построенных объектов, включая антикоррозионную стойкость, характер и величину снеговых отложений, фактические величины теплопотерь, работу систем водоотвода, стабильность величины преднапряжения обшивок, отсутствие остаточных прогибов и т. п. (ВИЛС, «Метакон Центр»);
- результатами специализированного обследования покрытия УДС «Крылья Советов» после более чем 20 лет эксплуатации («ЭкоСпецЭнерго» и «Метакон Центр»);
- исследованиями экономических параметров (НИИЭС и ВИЛС).
Разработан новый алюминиевый сплав марки 1915 с заданными свойствами (ВИАМ), разработана и освоена промышленная технология производства прессованных полуфабрикатов из этого сплава (ВИЛС). Успешно решен также целый ряд инженерно-технологических задач. Разработаны способы натяжения тонколистовых рулонов (шириной до 12 м и длиной до 100 ми более), а также методы контроля и регулирования создаваемого усилия (ВИЛС, «Метакон Центр»). Освоены способы натяжения обшивок на каркас со сложным очертанием и бескрановый монтаж крупноразмерных блоков площадью свыше 500 кв. м (ВИЛС и СКТБ 16). Взамен известных трехкомпонентных герметиков создан и внедрен однокомпонентный (НИИРП). Вместо клепки по герметику для крепления обшивок к каркасу разработана и освоена холодная точечная сварка-клепка, исключившая применение «поддержки» (ИЭС им. Патона и ВИЛС). Разработаны простые и эффективные узлы пожарозащиты (ВНИИПО и ВИЛС). Спроектированы и изготовлены автоматы для сварки тонколистовых обшивок «внахлестку» и по «отбортовкам»(ИЭС им. Патона), позволившие отказаться от недостаточно надежных и трудоемких фальцевых соединений.
Из перечня построенных и спроектированных объектов видно, что главным потребителем большепролетных конструкций являются спортивно-зрелищные сооружения. Поэтому в настоящей статье более подробно выделены и проанализированы особые преимущества алюминиевых конструкций применительно к будущим олимпийским объектам г. Сочи, где должен сочетаться целый комплекс особых условий строительства и эксплуатации: высокая сейсмика, агрессивная приморская атмосфера, повышенныне снеговые и ветровые нагрузки в прилегающих горных районах, удаленность или труднодоступность возможных мест возведения ряда объектов.
Первым сооружением с большепролетным покрытием из алюминия в условиях морского побережья является Дом мебели в г. Риге. Конструкции успешно эксплуатируются, но среда Балтийского моря не отличается высокой степенью агрессивности. Первым сооружением в условиях повышеной сейсмики является Манеж в Кишиневе. Здесь также нет замечаний, но уровень сейсмичности не высок и составляет всего 7 баллов. В наиболее жестких условиях уже 20 лет эксплуатируются блоки трансформируемого покрытия киноконцертного зала в Ялте, где присутствуют особо агрессивная атмосфера побережья Черного моря, сейсмичность 9 баллов, максимальные ветровые нагрузки. В Сочи около 30 лет успешно эксплуатируется алюминиевая структура покрытия Концертного зала (Гипротеатр и ЦНИИСК), правда условия здесь несколько мягче ялтинских.
Таким образом, имеющийся опыт строительства и эксплуатации объектов с алюминиевыми большепролетными конструкциями в районах с особыми условиями подтверждает целесообразность их применения при возведении объектов для зимней олимпиады в г. Сочи.
В последнее время, после изучения соответствующей информации и посещения построенных объектов, архитекторами разработан ряд проектов с широким использованием алюминиевых конструкций спортивных комплексов. Например, архитектурным бюро ТАМ «БАТА» (г. Новороссийск) разработан проект реконструкции комплекса «Прометей» в Геленджике. Здесь предусмотрено применение алюминия в покрытиях футбольного манежа (трансформируемого), бассейна с морской водой, спортзалов, в конструкциях пешеходных мостов и др..
Разработаны технические предложения по спортивному комплексу в г. Одинцово Московской обл. для круглогодичных занятий зимними видами спорта. Комплекс (архитектор Ганкин В. Г.) включает крытую трассу со снежным покрытием, административно-бытовой корпус и два вспомогательных здания. Крытая трасса выполнена в виде наклонно расположенного тора диаметром 300 м.Верхняя отметка оси тора — 50 м. Угол наклона — 170. Поперечное сечение тора — эллиптическое, высота — 15 м, ширина — 40 м. Подъем на верхнюю отметку обеспечивает канатно-кресельная дорога, размещенная по радиусу тора в наклонной галерее аналогичного сечения. Опорами тора и наклонной галереи служат стальные колонны, установленные попарно с шагом 12 м. Административно-бытовой корпус включает многоэтажную этажерку, и его покрытие имеет форму полукупола высотой 56 и диаметром 240 м с центральной стойкой. Вспомогательные здания выполнены в виде куполов диаметром 80 м и высотой 40 м и частично сопрягаются с административно-бытовым корпусом.
По заказу ООО «Стадион «Спартак» разработан сталеалюминиевый вариант покрытий футбольного комплекса в Москве (фирма Hochtief), включающего крытый манеж пролетом 120 м и стадион на 45 000 зрителей с покрытием в виде несущих стальных арокпролетом 230 м с подвесной системой из алюминия. Сопоставление данных по металлоемкости стального и сталеалюминиевого варианта показало, что коэффициент замены стали на алюминий составил 7,2 в покрытии манежа и 8,3 в подвесной части покрытия стадиона.
Работы по изучению и совершенствованию конструкций из алюминиевых сплавов в нашей стране не прекращаются. В мае текущего года во ВНИИПО проведены огневые испытания алюминиевого арочного покрытия с улучшенной системой огнезащиты. Предел огнестойкости здесь составил 31 мин., что более чем вдвое превысило нормируемую величину 0,25 часа. Нельзя не отметить уникальную способность самоупрочнения прессованной продукции из сплава 1915Т, выявленную специалистами ВИЛСа. Условный предел текучести труб за 15 лет возрос с 240 до 285 МПа, а предел прочности — с 395 до 435 МПа. Для профилей получено, соответственно, 280 и 335 МПа для предела текучести и 360 и 460 МПа для предела прочности. При этом, что особенно важно, величина относительного удлинения при разрыве не меняется. Таким образом, несущая способность, а значит и надежность алюминиевых блоков через 15 лет увеличивается на 18–20%. Другие строительные материалы и конструкции со столь удивительными свойствами нам не известны.
В заключение остановимся несколько подробнее на вопросах экономики. В настоящее время данные по экономическому сравнению конструкций в районах с особыми условиями отсутствуют. Вместе с тем, по результатам проведенных в последние годы официальных тендеров, алюминиевые конструкции оказывались экономичнее в покрытиях БСА и аквапарка в Лужниках, Ледового дома Ирины Родниной, аквапарка в Ясенево, склада спецреагентов, переходов на МКАД и в Геленджике, навесов для вокзала в Нижнем Новгороде.
Согласно проведенным в СССР исследованиям НИИ экономики строительства, при соотношении стоимости стального и алюминиевого проката 1:10 замена стальных конструкций на алюминиевые была экономически оправдана при пролетах свыше 60 м. Внедрение блоков с преднапряженными обшивками снизило порог экономической эффективности алюминиевых конструкций до 36–42 м. При учете облегчения опор, ускоренного ввода в эксплуатацию и исключения эксплуатационных затрат эти конструкции становились экономически оправданными при пролете в 30 м. В нынешних условиях соотношение цен стального и алюминиевого проката колеблется в пределах от 1:5,5 до 1:7, что увеличивает экономические преимущества алюминия.
Так, по результатам сопоставления стоимости, стальные конструкции покрытия Картинг-центра пролетом 3х30 м заменены на алюминиевые блоки, так как по единовременным затратам они оказались экономичнее на 30% с учетом облегчения подстропильных ферм и колонн. Для аэропорта «Внуково» разработаны конструктивные решения алюминиевых покрытий ангаров пролетом 2х48, 84 и 96 м. Здесь приведенная стоимость составила от 135 до 195 $/ кв. м, что почти вдвое ниже всех конкурирующих вариантов из стали.
Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что в жестких климатических услових Сочи экономические преимущества алюминиевых конструкций существенно возрастут.
Литература
1. Трофимов В. И., Каминский А. М. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений. — М.: Изд-во «Наука», 1997.
2. Михайлов Г. Г. и др. Справочник «Конструкции из алюминиевых сплавов». — М.: Изд-во «Металлургия», 1983.
3. Михайлов Г. Г. Создание и развитие силовых строительных конструкций из алюминиевых сплавов. Сб. «Перспективные технологии легких и специальных сплавов» — к 100-летию со дня рождения академика А. Ф. Белова. — М.: Изд-во «ФИЗМАТЛИТ», 2006, с. 349 – 370.
4. Михайлов Г. Г. Опыт использования авиационных подходов к решению вопросов надежности на этапах разработки, реализации и эксплуатации большепролетных конструкций из алюминиевых сплавов. Сб. Международной конференции-выставки «Уникальные и специальные технологии в строительстве». — М., 2005, с. 54–58.
5. Захаров В. В., Елагин В. И. Влияние многолетнего естественного старения на механические свойства сплавов системы Al-Zn-Mg. // «Технология легких сплавов», №3, 1998, с. 7–17.
| Автор: Г. Г. Михайлов Дата: 16.08.2007 Журнал Стройпрофиль 5-07 Рубрика: металлические конструкции Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |