10936

Таким образом, можно сделать следующие выводы по результатам научного исследования:

1.Фрактальные структуры отлично подходят для разработки конструктивного решения за счет своей математически выверенной формулы.

2.Фракталы, опираясь на закон самоподобия, образуют объекты путем их прямого или косвенного применения.

3.В объёмно-планировочных решениях объектов фрактал может работать, как для формирования помещений путем компоновки самоподобных элементов, так и для создания общего контура здания.

Литература

1.Фрактальные исследования: от фрактальной живописи до промышленного дизайна URL: http://nadin.miem.edu.ru/article_001_01.html

(дата обращения 02.10.20). – Текст : электронный.

2.Балханов В.К. Основы фрактальной геометрии и фрактального исчисления/ от. ред. Ю.Б. Башкуев. – Улан-Удэ: Изд-во Бурятского госуниверситета, 2013. - 224 с. ISBN 978-5-9793-0549-3 Текст: непосредственный.

А.И. Шеронова

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ВЫСОТНЫХ УНИКАЛЬНЫХ ЗДАНИЙ

При проектировании высотных уникальных зданий разрабатываются архитектурно-конструктивные и объемно-планировочные решения в соответствии с государственными нормами, правилами и стандартами. Они задают подбор оптимальных несущих конструкций и проектных решений, которые придадут устойчивость всему зданию. [1, 2]

Устойчивость высотных зданий обеспечивается по результатам расчета на прогрессирующее обрушение. Под прогрессирующим обрушением понимается последовательное разрушение несущих строительных конструкций здания, вызванное первоначальным локальным повреждением отдельных несущих конструктивных элементов и приводящее к обрушению всего здания или его значительной части.

Основные средства защиты высотных зданий от прогрессирующего обрушения:

70

-рациональные конструктивные и планировочные решения здания с учетом вероятности возникновения аварийной ситуации;

-создание неразрезности и непрерывности армирования конструкций; -обеспечение эффективности работы связей, препятствующих

прогрессирующему обрушению за счет их пластичности в предельном состоянии.

Устойчивость высотных уникальных зданий обеспечивается с помощью изменения объемно-планировочных решений. В связи с интенсивностью ветровых воздействий основным вариантом формы здания является башенная с повышенной устойчивостью во всех направлениях и обтекаемостью объема.

Для повышения устойчивости высотных зданий применяют следующие объемно-планировочные решения:

-придание зданию конусности, пирамидальности, сужение объема кверху (фото 1);

-применение обтекаемой цилиндрической формы зданий или близкой

кней (фото 2);

-увеличение площади плана здания стилобатных систем, верхней части ступенчатого цокольного этажа, объединяющего несколько зданий

(фото 3); [3]

71

Фото 3. Бизнес центр "Золотые ворота" г. Москва

Также устойчивость высотных уникальных зданий обеспечивается с помощью инженерных мероприятий, таких как:

-симметрично расположенные и развитые в плане диафрагмы и ядра жесткости;

-конструктивные системы с несущими наружными стенами и системами жестких оболочек, расположенными по всему контуру высотного здания;

-конструктивные системы с регулярным расположением несущих конструкций в плане и по высоте высотного здания с равномерным распределением вертикальных нагрузок;

-жесткие диски перекрытий, объединяющие вертикальные несущие конструкции и выполняющие функции горизонтальных диафрагм жесткости при действии ветровых или сейсмических нагрузок;

-жесткие узловые соединения между несущими вертикальными и горизонтальными конструкциями;

-использование аутригерных конструкций на уровне технических этажей, количество таких уровней зависит от сейсмичности районов и определяется расчетом.

Обеспечение требуемой устойчивости высотных зданий осуществляется за счет изменения формы здания. Сужение и расширение формы создают каналы, по которым формируются условия обтекания здания, уменьшающие ветровое воздействие.

Для повышения устойчивости высотного здания применяют следующие формы здания:

-придание зданию круглой или овальной формы;

-скругление углов прямоугольной или квадратной формы здания;

-создание проемов, позволяющих воздуху организованно пройти сквозь здание;

-здания, имеющие закрученную форму;

-использование амортизаторов, размещенных в верхней части здания. Высотное здание является вертикальной консолью, жестко

закрепленной в фундаменте, поэтому его надежность гарантирует устойчивость всего сооружения. Основным правилом для высотных зданий является соблюдение симметричной центрированной нагрузки на фундамент.

В высотном строительстве большое распространение получили следующие виды фундаментов:

-плитный фундамент;

-свайный фундамент;

-свайно-плитный фундамент. [4]

72

В современном проектировании основным решением для контроля боковых сдвигов здания является применение системы аутригеров, а также ленточных поясов для высотных уникальных зданий. Аутригеры высотных зданий являются связующим звеном между ядром здания и наружными колоннами. При такой системе ветровая нагрузка частично воспринимается ядром жесткости, а частично – периметральными колоннами, которые препятствуют горизонтальному перемещению ядра и догружаются вертикальной нагрузкой от момента. Степень совместной работы ядра жесткости и периметральных колонн повышается с увеличением числа поясов жесткости. [5]

Литература

1.СП 267.1325800.2016 Здания и комплексы высотные. Правила проектирования

2.СП 253.1325800.2016 Инженерные системы высотных зданий

3.Пономарев, В.А. Архитектурное конструирование. Москва: Архитектура, 2008. - 730с.

4.Мустакимов, В.Р., Якупов С.Н. Проектирование высотных зданий: Учебное пособие; – Казань: Изд-во Казанск. гос. архитект.-строит. ун-та,

2014.–243 с.

5.Шумейко В.И., Кудинов О.А. Об особенностях проектирования уникальных, большепролетных и высотных зданий и сооружений // 2006. – 170 с.

С.С. Шилов

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ПОКРЫТИЙ НА ПРИМЕРЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ СТАДИОНОВ

Пространственные большепролетные конструкции стационарных покрытий над трибунами стадионов, возводимые в соответствии с требованиями международных футбольных организаций, являются одними из наиболее динамично развивающихся в настоящее время видов пространственных систем, интересных как в архитектурном, так и конструктивном плане [1].

Конструктивные решения покрытия стадионов могут быть исполнены

вразличных вариантах, среди которых:

36% - балочные и рамно-консольные покрытия;

14% - вантово-балочные покрытия;

18% - покрытия в виде подвешенных оболочек;

73

25% - стержневые оболочки покрытий;

7% - висячие покрытия (вантовые сети и мембранные

оболочки).

Рассмотрим конструктивные особенности каждой формы покрытия на примере существующих покрытий стадионов.

Применением рамно-консольной формы покрытия служит стадион «Мордовия Арена» в городе Саранск (рис. 1). Конструктивная схема представляет собой пространственную рамно-связевую систему. Всего в состав покрытия входят 88 плоских решетчатых конструкций Г-образной формы высотой 40 м и вылетом 49 м из стальных труб круглого сечения с непосредственным примыканием элементов решетки к поясам, расставленные с примерно равным шагом по замкнутой кривой. Общий вес конструкций крыши составляет около 6000 тонн.

Рис. 1. Продольный разрез стадиона «Мордовия Арена»

Вариант консольно-балочного исполнения формы стадиона можно рассмотреть на примере стадиона «Ростов-Арена» (рис. 2). В состав покрытия входят 46 жестких консолей в виде двутавровых балок, которые за один конец поддерживаются вантами, которые через пилоны крепятся к земле. Применение вантовой натяжной системы позволило не только уменьшить вес конструкции, но и провести раскружаливание без применения домкратной системы [2].

Рис. 2. Продольный разрез стадиона «Ростов Арена»

Стадион «Олимпийский» в Киеве. Имеет 80 опор-колонн, каждая высотой почти 50 метров и весом около 50 тонн. В верхней и средней части

74

опоры объединены балками, образующими нижнее и верхнее кольцо. На несущие опоры подвешена вантовая система, на вантах, в свою очередь, размещены 640 так называемых «зонтиков», служащих для натяжки тентовой мембраны, отвода осадков и дополнительного освещения поля [3].

Рис. 3. 3Д - разрез стадиона «Олимпийский»

Стадион «Волгоград Арена» является примером применения висячего покрытия. Несущими элементами кровли являются прочные канаты из высокопрочной стали с пределом прочности 1570 МПа. Это прогрессивное решение, благодаря которому значительно снижается металлоемкость при строительстве объекта. Конструкция кровли имеет внешнее и внутреннее кольца, между которыми натянуты радиальные стальные тросы (ванты) (рис. 4). Общая протяженность использованных стальных тросов – более 12 км. Вес вантовой системы – более 2500 т [4].

Рис. 4. Вантовая конструкция кровли стадиона «Волгоград Арена»

Точкой балансировки металлоконструкций стадиона служит жесткое компрессионное кольцо стадиона, которое смонтировано из 44 равных частей общим весом 1306 т. Кольцо опирается на 44 несущие колонны. Вантовая система состоит из высокопрочных стальных канатов, образующих два пояса друг над другом на высоте 34 и 48 м. Диаметр

75

нижнего пояса составляет 150 м, верхнего – 130 м. Каждый пояс состоит из шести канатов, которые объединены между собой девиаторами (зажимами). Общий вес металлоконструкции – 9750,0 тонн [4].

Еще одним примером применения висячего покрытия служит стадиона «Нижний Новгород» (рис. 5). Мощный каркас покрытия, располагающегося на высоте около 40 м, представляет собой кольцо из металлических блоков, которое окружают два пояса радиальных ферм. Надежной опорой для конструкции служат 132 колонны. Основной вес покрытия приходится на внутренний силовой пояс из 44 круглых опорных колонн, диаметр каждой – 1,4 м. Остальной вес распределяется на 88 треугольных колонн, расположенных по внешнему периметру стадиона. Общий вес металлоконструкции – 11 938,0 тонн [4].

Рис. 5. Продольный разрез стадиона «Нижний Новгород»

В результате анализа всех форм покрытия и данных из источника [5] были выявлены достоинства и недостатки, которые сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Достоинства и недостатки форм покрытий

76

Литература

1.Теоретическое и экспериментальное исследование конструктивных форм большепролетных покрытий над трибунами стадионов / Горохов Е.В., Мущанов В.Ф., Касимов В.Р. [и др.] // Сборник научных трудов. – 2010. - №

6.– С. 5-20;

2.СтальПроект: официальный сайт. – URL: http://steel- project.ru/project/stadion-rostov-arena (дата обращения: 10.10.2020). – Текст: электронный;

3.Портал Onliner: сайт. – URL: https://realt.onliner.by/2012/06/09/evro

(дата обращения: 10.10.2020). – Текст: электронный;

4.Стадионы. ГЛАВГОСЭКСПЕРТИЗА России/журнал «Вестник государственной экспертизы. – М.: 2018;

5.Оржеховский А.Н. Особенности напряженно-деформированного состояния и надежность проектируемых и эксплуатируемых рамноконсольных покрытий над трибунами стадионов: диссертация кандидата канд. тех. наук. – Макеевка: Донбас-я. нац-я. акад. строит-ва и арх-ры, 2017.

– 144с.

С.С. Шилов

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

ПРИМЕНЕНИЕ АРОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ КАК ОСНОВНЫХ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОКРЫТИЙ СТАДИОНОВ

В отдельную группу висячих покрытий можно выделить – пилонные арочно-вантовые покрытия. Так называют висячую систему, которая поддерживается вантами, подвешенными к системе пилонов – арок. При этом как пилоны, так и ванты, поддерживающие покрытие, расположены выше него, т.е. на ванты не укладываются ограждающие элементы покрытия [1].

Примером применения такого вида покрытия служит стадион «Уэмбли» в городе Лондон, Англия. Отличительной чертой стадиона является решетчатая арка с круглым сечением диаметром 7 метров и

77

протяженностью 315 метров, возвышающаяся на высоте 133 метра. Арка поддерживает весь вес северной крыши и 60 % веса выдвижной крыши на южной стороне (рис. 1). Общий вес металлоконструкции – 23 000,0 тонн [2].

Также к арочно-вантовым покрытиям можно отнести стадион «Мозес Мабида», находящийся в городе Дурбан, ЮАР. Для поддержки крыши через весь стадион проведена арка, длина которой составляет 350 метров, а высота 105 метров. Арка весит 2600 тонн [3]. К арке при помощи стальных канатов подвешена кровля стадиона.

Олимпийский стадион в городе Афины также имеет висячее покрытие такого рода. Крыша стадиона имеет достаточно динамичную структуру. Главной ее особенностью являются две металлических арки, каждая длиной по 300 метров, заканчивающиеся вершиной на высоте 78 метров. Общий вес конструкции кровли - 17000 тонн, она занимает площадь в 25000 м2. Между собой арки связаны тонким кабелем, к которому в том числе и крепятся листы поликарбоната (рис. 2).

После анализа конструктивных особенностей существующих стадионов было принято решение о том, чтобы предложить свой вариант перекрытия стадиона с использованием арочных конструкций. Идея заключается в том, чтобы использовать комбинированную форму покрытия стадиона, включающую решетчатые рамно-консольные конструкции вылетом 53 метра, подвешенные при помощи вантовых конструкций к металлической двухшарнирной арке, имеющей пролет около 304 метров. Расчет производился в программном комплексе SCAD. Основной задачей является выбрать наиболее экономичную форму, обладающей достаточной жесткостью.

Для сравнения зададимся жесткостными характеристиками элементов рамы:

Для поясов рамы: Тр. 530х12;

Для решетки рамы: Тр. 325х8;

Для поясов арки: Тр. 630х10;

Для решетки арки: Тр. 426х10;

78

Стальные канаты: 72 мм по ТУ 14-4-1216-82, преднапряжение составляет 1000 кН.

Выбор оптимальной геометрической формы производился на основе сравнения нескольких конфигураций рам стадиона от действия нормативной комбинации нагрузок от собственного веса конструкций и веса снегового покрова.

Геометрическая схема первого варианта решетчатой рамы и ее статический расчет продемонстрированы на рис. 3 и 4 соответственно.

Так как имеются колоссальные перемещения в направлении оси Z, принято решение включить в работу оттяжки в виде стальных канатов по ТУ 14-4-1216-82 диаметром 72,0 мм с преднапряжением 1000 кН. Данное решение позволит повысить жесткость конструкции и снизить возникающие перемещения на 82% (рис. 5).

Рис. 5. Статический расчет второго варианта расчетной схемы

Следующим решением по снижению вертикальных перемещений стало увеличение расстояния между основаниями вертикальных стоек рамы. Данные по статическому расчету сведены в таблицу 1.

79