11059

возведения данных конструкций во многом зависит от геометрической схемы, размеров пролёта и высоты.

При монтаже куполов должны учитываться множество факторов: обязательно нужно учитывать не только размеры составляющих элементов, но и их способность воспринимать монтажные нагрузки; немаловажная роль отводится подъёмно-транспортным средствам – обязательно нужна проверка по всем их характеристикам. Укрупнительная сборка по возможности должна осуществляться на земле, чтобы немного облегчить работу на стройплощадке и свести к минимуму работы наверху; конструкции обладают большим собственным весом, поэтому появляется необходимость их фиксирования в пространстве на необходимое время.

Последний осуществляется за счёт опирания на временные опоры или прикрепления к ранее смонтированной части купола. При этом монтажная расчётная схема существенно отличается от проектной и возникают новые внутренние усилия – монтажные. Они не только при разных способах возведения куполов, но и на разных его стадиях отличаются друг от друга.

Возведение большепролетных металлических куполов выполняется одним из следующих способов:

1.С временной центральной опорой. Она устанавливается на оси вращения образующей купольной оболочки под верхним кольцом ребристо- кольцевого купола. Примером является монтаж однопоясного ребристо- кольцевого купола пролётом 100 м и высотой 16,4 м над ареной «Колизей» в Шарлотте (США, 1955 г.). (рис. 2)

2.С центральной и несколькими промежуточными временными опорами. При таком монтаже на равном расстоянии от центральной опоры устанавливают ещё ряд опор. Так возводился стадион «Астродом» в Хьюстоне (США, 1965 г.). Покрытием служит двухпоясной каркас секториально-сетчатого купола (схема Чивитта) пролётом 196 м и высотой

28,4 м. (рис. 3)

3.Сборка на земле с последующим подъёмом. Каркас поднимают на проектную высоту с помощью подъёмных кранов или механизмов, прикреплённых к опорному контуру и работающих синхронно. Покрытие электродепо Московской монорельсовой транспортной системы (2004 г.) возводилось именно таким способом. Конструкция: однопоясной сетчатый купол пролётом 46 м и высотой 8 м. (рис. 4)

4.Монтаж навесным способом. Отдельные фрагменты купола размером с одну или несколько ячеек сетки устанавливаются последовательно по верхней границе части возведённого купольного каркаса. Так монтировался американский павильон «Биосфера» (сейчас Канадский музей водных экосистем) в Монреале (Канада, 1967 г.). Р.Б. Фуллер запроектировал его как геодезический купол в виде усечённой сферы двухсетчатого вида диаметром 76 м и высотой 62 м. (рис. 5). Сетка каркаса снаружи купола имеет треугольные ячейки, а внутри – шестиугольные.

5.Со сплошных строительных лесов. Сетчатые купола могут монтироваться на сплошных лесах поэлементно или блоками.

120

6. Комбинированный монтаж. При использовании комбинации строительных лесов и центральной опоры возведён торгово-развлекательный центр «Глобал Сити» в Москве (2007 г.). Покрытием основной части здания служит однопоясной каркас секториально-сетчатого купола (схема Чивитта) пролётом 60 м. (рис. 6)

Рис. 2. Монтаж купола «Колизея» в Шарлотте

Рис. 3. Монтаж купола стадиона «Астродом» в Хьюстоне

Рис. 4. Монтаж купола электродепо Московской монорельсовой транспортной системы

Рис. 5. Монтаж купола павильона «Биосфера» Р.Б. Фуллера в Монреале

121

а)

б)

в)

Рис. 1. Примеры возведенных купольных сооружений: а - библиотека и Центра наследия Джилонга (Австралия); б - штаб-квартира Amazon (США г.Сиэтл); в - Жилище – яранга (Чукотский АО, Россия)

Купольный дом – это сооружение, имеющее круглое основание, а функции ограждающих внешних конструкций и покрытия выполняет сфера [1]. В древние времена купола широко применялись в религиозно-культовых сооружениях и были выполнены главным образом в каменных материалах и в дереве.

Яранга, юрта, вигва́м- традиционные переносные жилища ряда народов, имеющие сборно-разборную лёгкую каркасно-купольную конструкцию (рис.1 в). Большинство из них легко разбираются и перевозятся. Уникальные по своей простоте и функциональности строения,

123

позволяющие людям жить в ней в условиях низких температур воздуха и грунта, а также сильных ветров, пурги и снегопадов.

Купольные геодезические дома стали популярны в США благодаря архитектору Бакминстеру Фуллеру, который оценил стабильность и эффективность сферической формы. Фуллер тщательно изучил внутреннюю планировку купольной структуры, улучшил её и разработал несколько её вариантов, каждый из которых легче, прочнее и дешевле.

Основные преимущества сферических купольных сооружений [3]:

-высокая сейсмическая стойкость (геодезический купол имеет очень равномерное распределение нагрузок по всей плоскости каркаса и не теряет устойчивости при разрушении до 30% каркаса);

-энергоэффективность (площадь теплоотдачи на 25% меньше, чем в сооружениях формы параллелепипеда);

-низкая стоимость строительных материалов и строительных работ по сравнению с традиционным (примерно на 25%);

-небольшой вес конструкций сооружения;

-возможность устройства качественной звукоизоляции;

-многообразие архитектурно-дизайнерских решений, свободная планировка, эстетичность зданий (не требуется возведения колонн, распорок, несущих стен для поддержания перекрытий);

-положительное воздействие сферического купольного здания на психическое состояние человека, находящегося внутри него (в купольных домах человек чувствует себя защищённым и свободным).

Целью исследовательской работы является:

-анализ современных конструктивных решений, применяемых для купольных зданий, а также технологий их возведения;

-исследование технологий возведения купольных зданий различных конструкций, сравнительный анализ их по основным технико-экономическим показателям.

Как показал анализ научной литературы, наиболее распространёнными на сегодняшний день являются каркасные конструкции сферических куполов (геодезический, стратодезический), а также монолитные железобетонные, возводимые с использованием пневматический или несъёмной опалубки.

Форма геодезического купола (рис.2а) образуется благодаря особому соединению балок – в каждом узле сходятся ребра слегка различной длины, образуя треугольные ячейки, которые в целом образуют многогранник, близкий по форме к сегменту сферы. [3] Соединение ребер купола может быть коннекторным (с соединителями) или безконнекторным (соединение рёбер осуществляется посредством запила их концов под определённым углом). В качестве материала каркаса на сегодняшний день используют не только деревянный брус и металлический профиль, но и различные композитные материалы и пластик. Вариантов отделки и утепления – множество, выбор их зависит от предпочтений заказчика.

У стратодезического купола (рис.2,б) соединение секций образуют трапецеидальную форму [2], что позволяет использовать двери и окна

124

стандартной конструкции, нежели в геодезическом куполе. Стратодезический купол имеет несущие элементы, которые гораздо надежнее и удобнее в эксплуатации по сравнению с геодезическим куполом. Каркас такого купола должен обшиваться по мере установки стоек: последующий ряд стоек собирается только после того, как обшит предыдущий ряд. Это связано с тем, что без обшивки каркас имеет высокую несущую способность по вертикальным нагрузкам, но при этом не очень устойчив к нагрузкам на скручивание. Вертикальные детали каркаса соединяются при помощи замков специальной формы.

а) б)

Рис. 2. Схемы сферических сооружений: а – геодезический купол; б - стратодезического купола

При возведении монолитного купола методом торкретирования устанавливается пневматическая опалубка [3], наполненная воздухом, выполняется армирование купола и выполняется слой торкрет-бетона (рис.3,а). После набора необходимой прочности бетоном пневмоопалубку снимают. В дальнейшем внутренние поверхности купола оштукатуривают, а снаружи купола устраивают тепло- и гидроизоляцию.

Рис. 3. Технологии возведения монолитных купольных сооружений: а – с использованием пневмоопалубки и метода торкретирования; б – с использованием несъемной опалубки.

Монолитный купол в несъемной опалубке [4] из пенополистирола возводится по следующей технологии: устанавливаются элементы несъемной

125

опалубки, конструкция армируется и бетонируется, а вот работы по демонтажу опалубки выполнять не требуется (рис.3,б). В таких сооружениях необходимо также оштукатурить внутренние поверхности, а внешние закрыть надежным кровельным материалом.

На первом этапе исследования был определен расход и стоимость материалов для возведения куполов по четырем разным технологиям с учетом требований к несущей способности и теплосопротивлению конструкций. Анализ полученных результатов показал, что наиболее дешевым вариантом является монолитный купольный дом с использованием несъемной опалубки, а самым дорогим – стратодезический каркасный купольный дом (рис.4).

Рис. 4. Анализ стоимости 1 м2 конструкций купольных сооружений.

В дальнейшем планируется исследование технологий возведения купольных зданий по рассмотренным вариантам конструктивных решений ограждающих конструкций. Для того, чтобы определить технологичность и экономичность вариантов необходимо разработать технологические карты, определить сметную стоимость строительствазданий, а также определить сроки возведения на основе календарного планирования.

Литература

1.Зубарева Г.И., Соргутов И.В. Уникальный купольный дом // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. – 2019. – Т. 10, № 1. – С. 134.

2.Магомедов, Р. А. Технологии формообразования купольных конструкций / Р. А. Магомедов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 18 (360). — С. 131-133. — URL: https://moluch.ru/archive/360/80584.

3.Есипова А.А Применение геодезических куполов в строительстве: преимущества и недостатки// Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. – 2019. – Т. 10, № 1. – С. 134–142. DOI: 10.15593/22249826/2019.1.13.

4.Pмнт.ру Купольные дома – технология строительства [сайт]. – 2017. - URL:https://www.rmnt.ru/story/house/kupolnye-doma-texnologija- stroitelstva.646449/#go-kupolnye-doma-na-osnove-nesmnoj-opalubki-izdanija- fabrichnogo.

126

На рис. 2-4 приведено сравнение частотных характеристик звукоизоляции трёх листовых материалов, рассчитанных по различным теориям, с результатами экспериментальных измерений в лабораторных условиях. Эксперимент проводился в реверберационных камерах лаборатории акустики ННГАСУ (рис. 1) На этих рисунках использованы следующие цифровые обозначения:

1 - Расчетная частотная характеристика по закону массы; 2 - Расчетная частотная характеристика по теории Л.Кремера;

3 - Расчетная частотная характеристика по теории Р.Жоса и К.Лямюра; 4 - Расчетная частотная характеристика по результатам эксперимента.

Рис. 2. Расчетные частотные характеристики звукоизоляции однослойного тонкого ограждения: ЦСП толщиной 16мм, построенные по закону массы, теории Л.Кремера, теории Р.Жоса и К.Лямюра в сравнении с результатами эксперимента.

Рис. 3. Расчетные частотные характеристики звукоизоляции однослойного тонкого ограждения: ОСП толщиной 12мм, построенные по закону массы, теории Л.Кремера, теории Р.Жоса и К.Лямюра в сравнении с результатами эксперимента.

128