3. Большепролетные здания

К большепролетным зданиям относятся здания театров, концертных и спортивных залов, выставочных павильонов, гаражей, ангаров, самолетостроительных и судостроительных заводов и другие здания с пролетами основных несущих конструкций 50 м и более. Как правило, такие здания проектируют однопролетными. Перекрывают их балочными системами (в основном фермами), рамами, арками, вантовыми (висячими), комбинированными и другими конструкциями.

Фермы рекомендуется применять в зданиях с пролетами не более 50—60 м/Для зданий с большими пролетами они получаются тяжелее рам и арок.

В стержнях ферм больших пролетов возникают значительные усилия, поэтому вместо традиционных сечений из двух уголков применяют двухстенчатые составные сечения. Высоту ферм назначают в пределах l/s—Vis пролета, при этом она получается более 3,8 м. Перевозить фермы такой высоты по железной дороге нельзя, их собирают на строительной площадке.-

Рамы применяют в покрытиях зданий пролетами 60—120 м. Благодаря жесткому сопряжению ригеля со стойками изгибающие моменты в пролете будут меньше, чем в балочной конструкции. Это позволяет не только уменьшить площадь сечения поясов, но и высоту ригеля, а следовательно, и высоту здания. Применяют как бесшарнирные, так и двухшариирные рамы. Бесшарнирные легче двухшарнирных, однако для них требуются фундаменты больших размеров и они более чувствительны к изменениям температуры и осадкам опор. Применять их при просадочных грунтах не рекомендуется.

Двухстенчатые сечения поясов ферм

Арки применяют в покрытиях большепролетных зданий с пролетами до:200 м. Они выгоднее балочных и рамных систем. Арки бывают: сплошные и сквозные; бесшарнирные, двухшариирные и трех-шарнирные. Бесшарнирные арки при одной и той же нагрузке легче двухшарнирных, но для них, как и для бесшарнирных рам, требуются массивные фундаменты и они так. же более чувствительны к изменениям температуры и осадке опор.

Чаще всего применяют сквозные двухшарнирные арки со стрелой подъема, равной Vs—Ve. пролета. При увеличении стрелы подъема уменьшается продольная сила в арке и увеличивается изгибающий момент;

Сечения стержней арки могут быть одностенчатыми или двухстенчатыми

Устойчивость основных несущих конструкций (ферм, рам, арок) обеспечивается горизонтальными и вертикальными связями. В первую очередь должны, быть поставлены связи, закрепляющие сжатые пояса сквозных конструкций

Рамы и арки являются статически неопределимыми системами. Бесшарнирные рамы и арки—трижды статически неопределимы, двухшарнирные—однажды статически неопределимы. Обычно за лишнее неизвестное принимают распор — усилие, приближенное значение которого для сквозных рам и арок можно найти по формулам, приведенным в справочнике проектировщика.

Зная распор, определяют изгибающие моменты М, продольные N и поперечные Q силы в раме или арке как в статически определимой конструкции, а по ним — и усилия в стержнях.

Усилия в стержнях сквозных рам и арок можно также определять построением диаграмм усилий. По полученным усилиям подбирают сечения стержней, рассчитывают узлы и сопряжения аналогично тому, как это делают для ферм.

Собственный вес несущих конструкций и вес кровли в большепролетных сооружениях является основной нагрузкой, существенно влияющей на расход металла на покрытие, поэтому при выборе их конструктивной формы следует отдавать предпочтение более легким конструкциям. Особенно следует стремиться к снижению собственного веса кровли, применяя алюминиевые и другие панели покрытий с легким эффективным утеплителем.

Висячими и вантовыми называют покрытия, в которых в качестве несущей конструкции применяют гибкие нити, в основном тросы.

Основные несущие конструкции висячей системы — ванты — работают только на растяжение, поэтому в них полностью используется несущая способность материала

и представляется возможность применять сталь самой высокой прочности.

Транспортирование и монтаж их значительно, упрощаются, что удешевляет сооружение. Отмеченное выше является весьма важным преимуществом висячих систем по сравнению с фермами, рамами и арками. Однако у висячих конструкций есть и серьезные недостатки: они обладают повышенной деформативностью и нуждаются в устройстве специальных опор, для погашения распора.

Для уменьшения деформативности вант применяют различные способы их стабилизации. Например, в двух- поясных вантовых системах жесткость вант увеличивают благодаря устройству так называемых стабилизирующих вант, соединяемых с несущими вантами подвесками  и распорками или решеткой из гибких предварительно-напряженных элементов.

Распор зависит от отношения. При приращение стрелы провисания нити с увеличением нагрузки незначительно и им можно пренебречь. В этом случае распор можно определять по формуле. По усилию подбирают сечение ванты.

Для вант применяют стальные канаты, пучки и пряди из высокопрочной проволоки, круглую горячекатаную сталь повышенной прочности и тонкие листы.

В комбинированных системах сосредоточенные силы передаются на гибкую нить через жесткий элемент, что позволяет значительно уменьшить их деформативность.

Для большепролетных зданий, в частности для ангаров, применяют консольную комбинированную систему, состоящую из жесткого элемента и подвесок. В качестве жесткого элемента служит ферма, которая перераспределяет сосредоточенные силы между подвесками. Последние служат ферме промежуточными опорами, и она работает как неразрезная балка на упруго-оседающих опорах.

Достоинством консольной комбинированной системы является то, что для жесткого элемента (фермы) не требуется устраивать жесткую опору на втором конце. Благодаря этому для ангаров можно легко создать конструкцию ворот больших размеров.

Большепролетные здания могут быть перекрыты также пространственными системами в виде сводов, складок и куполов.

Бурдж- Халифа

Небоскрёб высотой 828 метров в Дубае, самое высокое сооружение в мире. Форма здания напоминает сталагмит.

Торжественная церемония открытия состоялась 4 января 2010 года в крупнейшем городе Объединённых Арабских Эмиратов —Дубае. Здание планировали открыть 9 сентября 2009 года одновременно с открытием Дубайского метрополитена, но открытие перенесли на январь 2010 года по причинам сокращения финансирования стороны застройщика.

С 21 июля 2007 года — самое высокое строение в мире. С 19 мая 2008 года — самое высокое когда-либо существовавшее сооружение в мире (до этого рекорд принадлежал упавшей в 1991 году Варшавской радиомачте). Точная высота сооружения составляет 828 м (при количестве этажей 163).

«Дубайская башня» проектировалась как «город в городе» — с собственными газонами, бульварами и парками. Общая стоимость сооружения — около 1,5 млрд долл. Проект небоскрёба был разработан американским архитектурным бюро Skidmore, Owings and Merrill, которое также проектировало Уиллис-тауэр в Чикаго, Всемирный торговый центр 1 в Нью-Йорке и многие другие известные здания. Автор проекта — американский архитектор Эдриан Смит, уже имеющий опыт проектирования подобных сооружений (в частности, он участвовал в проектировании небоскрёба Цзинь Мао в Китае высотой 420 м). В качестве генерального подрядчика застройки было выбрано строительное подразделение южнокорейской компании Samsung, которая ранее участвовала в строительстве башен-близнецов Петронас в Куала-Лумпуре.

«Бурдж-Халифа» изначально планировался как самое высокое здание в мире. Когда небоскрёб ещё строился, его проектная высота держалась в тайне. Это было сделано на тот случай, если где-то будет спроектирован небоскрёб большей высоты — тогда в проект дубайской башни могли бы внести корректировки

«Бурдж-Халифа» — ключевой элемент нового делового центра в Дубае. Внутри комплекса размещены отель, квартиры, офисы и торговые центры. Здание имеет 3 отдельных входа: вход в отель, вход в апартаменты и вход в офисные помещения. Отель Armani и офисы фирмы занимают этажи с 1 по 39 (за исключением 17 и 18 этажей, это технические этажи). Дизайн отеля разработал Джорджо Армани. 900 квартир занимают этажи с 44 по 72 и с 77 по 108. Сотый этаж полностью принадлежит индийскому миллиардеру Б. Р. Шетти, на сотом этаже расположены 3 квартиры, каждая площадью примерно 500 м². Офисные помещения занимают этажи с 111 по 121, с 125 по 135 и с 139 по 154. На 43 и 76 этажах расположены тренажёрные залы, бассейны, смотровые площадки с джакузи. Самая высокая смотровая площадка в мире находится на 148 этаже на высоте 555 метров, вторая площадка находится на 124 этаже на высоте 452 метров. Увидеть обзор с данной высоты можнотут. На 122 этаже находится ресторан Атмосфера («At.mosphere») на 80 мест — ресторан, расположенный на самой большой высоте в мире. Искусственная башня над основным зданием несет, помимо декоративной функции, ещё и коммуникационную, поскольку оборудована необходимой телекоммуникационной техникой.

Воздух внутри здания не только охлаждается, но и ароматизируется благодаря специальным мембранам. Этот аромат был создан специально для «Бурдж-Халифа». Ароматный и свежий воздух подается через специальные решетки в полу.

Стёкла не пропускают пыль и отражают солнечные лучи, позволяя поддерживать оптимальную температуру в здании. Площадь поверхности здания примерно равна площади 17 футбольных полей. Стёкла «Бурдж-Халифа» ежедневно моют, но на мойку всей поверхности требуется около трёх месяцев.

Специально для «Бурдж-Халифа» была разработана особая марка бетона, который выдерживает температуру до +50 °C. Бетонную смесь укладывали только ночью, а в раствор добавляли лёд

В здании установлено 57 лифтов При этом только служебный лифт поднимается с первого этажа на последний. Жильцам и посетителям небоскрёба придётся перемещаться между этажами с пересадками. Лифты, установленные в небоскрёбе, развивают скорость до 10 м/с.

У подножья небоскрёба в искусственном озере площадью 12 га находится музыкальный фонтан Дубай. Фонтан освещают 6600 источников света и 50 цветных прожекторов. Длина фонтана составляет 275 м, а высота струй достигает 150 метров. Фонтан имеет музыкальное сопровождение из современных арабских и мировых музыкальных произведений.

Строительство небоскрёба началось в 2004 году и шло со скоростью 1—2 этажа в неделю. Ежедневно на строительстве было задействовано до 12 000 рабочих. На его создание ушло около 320 тыс. м³ бетона и более 60 тыс. тонн стальной арматуры. Бетонные работы были завершены после возведения 160 этажа, далее шла сборка 180-метрового шпиля из металлических конструкций.

Форма здания асимметрична, чтобы уменьшить эффект раскачивания от ветра. Здание отделано тонированными стеклянными термопанелями, уменьшающими нагрев помещений внутри (в Дубае бывают температуры свыше 50 °C), что уменьшает необходимость в кондиционировании.

В отличие от нью-йоркских небоскрёбов фундамент «Бурдж-Халифа» не закреплён в скальном грунте. В фундаменте здания применялись висячие сваи длиной 45 м и диаметром 1,5 м. Всего таких свай около 200.

Существуют многочисленные упоминания в разных источниках о том, что в здании находятся самые быстрые в мире лифты, передвигающиеся со скоростью 18 м/с, однако на официальном сайте здания, а также на сайте производителя лифтов указано, что скорость лифтов достигает только 10 м/с. На самом деле самые быстрые лифты расположены в небоскрёбе Тайбэй 101, их скорость — 16,83 м/с.