11059
.pdf
Методология и методы исследования опираются на общедоступные методы анализа, обобщения, систематизации и сравнения теоретических и проектных существующих работ по данной теме.
Рассмотрим некоторые примеры купольной архитектуры.
В 1960 году архитектор и дизайнер Джон Лотнер спроектировал всемирно известный жилой дом, похожий на НЛО, в Калифорнии. В основу своего проекта он положил стратодезический купол. Здание представляет собой современный восьмиугольный дом площадью 200 м2, который размещен на железобетонном столбе 9 м высотой. Лотнер разработал свой дизайн, для воплощения которого было снесено большое количество земли бульдозером, а для удержания земли были построены подпорные стены размером 30 футов (9,1 м) по высоте. [1]
Рис. 1. Хемосфера, архитектор Джон Лотнер, 1960 год
В 1959 году геодезический купол накрыл Московский выставочный зал. Купольная конструкция диаметром 64 метра и высотой 30 метров изготовлена из стали, дюралюминия и стекла. Купол поддерживается арками из стальных труб, расположенными по периметру здания. Золотой купол центрального павильона выглядел так, словно состоял из множества кристаллов. Этот архитектурный эффект был создан путем сборки "скорлуп" одна за другой из продольно изогнутых ромбовидных пластин анодированного дюралюминия; каждая скорлупка имеет длину около 2,5 метров и весит 50 кг. Для формирования кристаллической структуры купола было использовано четырнадцать «скорлуп» разного размера.
"Скорлупы" изначально были складчатыми стержнями, которые встраивались в конструкцию. Для обеспечения стабильности его пространственной формы использовались горизонтальные цилиндрические стержни. Объединив функции ограждения и опоры в одном элементе, удалось создать жесткую, легкую и простую в установке конструкцию, придав всему сооружению архитектурную выразительность. [2]
170
Рис. 2. Выставочный павильон в Москве, 1959 год
Исходя из приведенных выше примеров, основные типы куполов, используемых в таком строительстве, можно разделить на геодезические и стратодезические.
Геодезический купол – это каркас, состоящий из треугольников различной формы. Технология характеризуется схождением нескольких лучей в одной точке, которая фиксируется специальным устройством - коннектором. Они надежно соединяют отдельные элементы опорной системы. Несущие элементы геодезических куполов изготавливаются из дерева или металла, а для изоляции используется минеральная вата или пенополиуретан. Поскольку геодезические купола довольно легкие, они не требуют очень прочных и дорогих фундаментов. Геодезические купола могут быть оснащены любым количеством окон. Можно также полностью остеклить купол без ущерба для его прочностных характеристик, но полное остекление геодезического купола обходится дороже, так как окна имеют треугольную форму и изготавливаются на заказ. [3]
Рис. 3. Конструкция геодезического купола
В основе стратодезического купола лежит каркас, представленный армирующими ребрами, изогнутыми под определенными углами. Стратодезические купола имеют осевую симметрию. Симметрия сферы обеспечивает наиболее эффективное размещение солнечных панелей и модулей концентраторов. Каркас должен обшиваться по мере установки
171
стоек. Это означает, что второй ряд стоек устанавливается после обшивки первого ряда, третий ряд - после того, как зашит второй ряд и так далее. Это связано с тем, что без обшивки каркас будет очень неустойчив к скручивающим нагрузкам. Однако обшивка краев делает их прочными, надежными и устойчивыми. Продольные элементы рамы фиксируются замками специальной формы. В отличие от геодезических куполов, двери и окна в стратодезических купольных зданиях имеют стандартные размеры. Однако при раскрое листового материала для стратодезических куполов образуется больше обрезков, чем при устройстве геодезических куполов, что приводит к увеличению стоимости материала. [3]
Рис. 4. Конструкция стратодезического купола
Итак, на основе вышеизложенного были выделены основные конструктивные особенности купольных зданий, проведено их сравнение, выявляются их преимущества и недостатки. С развитием строительных материалов и появлением новых технологий строительства здания приобрели индивидуальные и неповторимые формы.
Литература
1. John Lautner [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://en.wikipedia.org/wiki/John_Lautner (дата обращения: 17.03.2022)
2. https://adcitymag.ru/istoriya-geodezicheskix-kupolnyx-zdanij/ [Электронный ресурс] (дата обращения: 17.03.2022)
3. Сферические (купольные) дома: конструкции, особенности планировки [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://stroychik.ru/strojmaterialy-i-tehnologii/kupolnye-doma (дата обращения: 17.02.2022)
Е.А. Чибакова, П.А. Хазов
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия
172
АНАЛИЗ МИРОВОГО ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ ТРУБОБЕТОНА В КАЧЕСТВЕ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Одними из самых передовых в строительной индустрии являются конструктивные решения и технологии в области высотного строительства. Конструкции высотных зданий разрабатываются из соображений увеличения технологической, конструктивной и экономической эффективности строительства в комплексе.
Примером современных технологий в высотном строительстве являются трубобетонные конструкции, опыт применения которых на сегодняшний день активно развивают Китай и Япония. Несущим элементам из трубобетона свойственны высокие прочностные характеристики: жесткость и несущая способность, и вместе с тем экономические факторы: относительно невысокие затраты на изготовление и ускоренный темп монтажа [2].
Трубобетонный стержень является разновидностью монолитных железобетонных конструкций и состоит из работающих совместно стальной трубы-оболочки и бетонного сердечника [1]. Стальная оболочка выполняет функции несущей арматуры, а в случае дополнительного армирования стержня оболочка служит несъемной опалубкой.
Область применения трубобетонных конструкций включает промышленное и гражданское строительство, высотное строительство, мостостроение, возведение эстакад и линий метро. В настоящей статье рассматривается опыт возведения трубобетонных каркасов в зданиях повышенной этажности, а именно несущих вертикальных элементов: колонн, стоек, опор, шахт и т.д.
Лидирующее положение по применению трубобетонных конструкций в высотном строительстве занимает КНР, где создана нормативная база по его использованию, что свидетельствует о заинтересованности государства в применении данного конструкционного материала. К настоящему времени в стране возведено свыше 100 небоскребов с полным трубобетонным каркасом и ежегодно возводится порядка 100 новых зданий высотой 30-40 этажей с несущими конструкциями из трубобетонных колонн.
Небоскреб «SEG Plaza» в г. Шэньчжэнь (КНР) является самым высоким в мире зданием с трубобетонным каркасом. Несущее ядро конструкции выполнено из 28 трубобетонных колонн малого диаметра, также роль несущих элементов выполняют 16 массивных трубобетонных колонн по периметру здания. При высоте 292 м небоскреб обладает высокой сейсмостойкостью и способен выдерживать землетрясения магнитудой до 7.0.
173
а) б) Рис. 1. Башня «Canton Tower», г. Гуанчжоу, КНР
а) общий вид, б) сквозная конструкция, снижающая ветровое сопротивление
Одно из самых высоких сооружений мира 600-метровая телевизионная башня «Canton Tower», построенная в г. Гуанчжоу (КНР) в 2010 г., имеет криволинейную форму гиперболоида (рис. 1, а). Форма образована прямолинейными трубобетонными стержнями. В силу обтекаемости конструкции башни и наличия сквозных отверстий (рис. 1, б) ветровые потоки проходят сквозь конструкцию без образования завихрений [3]. Таким образом, обеспечивается устойчивость телевизионной башни в экстремальных условиях действия тайфунов.
При строительстве здания банка «Commerzbank Tower» в г. Франкфурт (Германия) использованы треугольные в сечении трубобетонные элементы. Сооружение высотой 259 м является одним из самых высоких в Европе (рис. 2, а). В плане здание представляет треугольник с равными слегка выпуклыми 60-метровыми сторонами и скруглёнными углами. Жесткое ядро, выполненное из трех колонн, составляет основу каркаса высотного здания (рис. 2, б). Колонны имеют треугольное поперечное сечение с ребром 1,4 м. Сердечник колонн выполнен из бетона класса В65, внешнее армирование – из стали класса StE460. Дополнительное усиление ядра жесткости выполнено из 3 трубобетонных подпор с сечением 7,8х1,2 м.
174
а) б)
Рис. 2. Башня «Commerzbank Tower», г. Франкфурт, Германия а) общий вид, б) план типового этажа
Ядро высотного здания г. Мельбурн (Автсралия) образовано стальными шахтами с бетонным заполнителем. По наружному периметру здания дополнительно размещены 24 трубобетонные колонны, состоящие из секций длиной 8 м (рис. 3). В местах стыка секций на внутренней поверхности приварены кольца, обеспечивающие совместную работу стальных оболочек и бетонного заполнителя. Данная конструкция обосновала свою экономическую эффективность, поскольку позволила понижать прочность используемого бетона с увеличением высоты. Так на нижних этажах сердечники колонн выполнены из бетона прочностью 70 МПа, а на верхних – 30 МПа.
Применение трубобетона в строительной практике Японии позволило увеличить объем жилищного строительства. Так в г. Кавагучи было построено 57-этажное жилое здание высотой 186 м (рис. 4). Несущий каркас из трубобетонных колонн примечателен комбинацией труб нескольких диаметров. На участке с 1 по 21 этаж использованы стальные трубы диаметром 812,8 мм и с толщиной стенки 22-40 мм, сердечник выполнен из бетона с прочностью 60 МПа. На следующем участке – с 22 по 42 этаж – диаметр труб составляет 711,2 мм при толщине сечения 12-28 мм, а прочность бетона равна 54 МПа. Верхняя секция с 43 по 55 этаж выполнена из труб диаметром 609,6 мм с толщиной стенки 12-22 мм и бетона прочностью 48 МПа.
175
Рис. 3. Жилое здание, г. Мельбурн, |
Рис. 4. Жилой дом, г. Кавагучи, Япония. |
Австралия. План этажа |
План этажа |
Передовой опыт зарубежного проектирования и строительства каркасов высотных зданий из трубобетона свидетельствует о ярко выраженных конструктивных преимуществах данного материала. Применение трубобетонных конструкций в высотном строительстве позволяет достичь оптимальных проектных решений, а также обеспечить надежность, сейсмостойкость и долговечность возводимых объектов. В связи с этим проектирование трубобетонных конструкций представляется востребованной и перспективной областью современного высотного строительства.
Литература
1.Кикин А. И., Санжаровский Р.С, Трулль В.А. Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном. М., Стройиздат, 1974. – 144 с.
2.Кришан А. Л., Кришан М. А., Сабиров Р. Р. Перспективы применения трубобетонных колонн на строительных объектах России // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2014. №1 (45).
3.Казютина, М. Н. Применение трубобетонных конструкций в зданиях
исооружениях / М. Н. Казютина // Современные методы расчетов и обследований железобетонных и каменных конструкций : материалы 73-й студенческой научно-технической конференции, 23 мая 2017 года / [редколлегия: В. Ф. Зверев, А. А. Хотько, С. М. Коледа]. - Минск: БНТУ, 2017. – С. 39-52.
176
СЕКЦИЯ №3 «ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
Научный руководитель:
А.Е. Руин, член СМУ, ассистент кафедры отопления и вентиляции.
177
И.А. Будько, Д.А. Деева, Т.В. Кудрявцева, А.П. Чернавин
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия
ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ «ЧИСТЫХ ПОМЕЩЕНИЙ»
Чистые помещения, среда которых не содержит загрязнений и бактерий, стали существенной составляющей большинства современных производств. Без соблюдения условий, обеспечивающих чистоту, происходит загрязнение изготавливаемых изделий. В результате чего они или неправильно работают, или даже могут стать источником опасности для людей.
Как известно, первые чистые помещения создавались в больницах, целью которых являлось снижение рисков распространения бактерий и в дальнейшем возникновения инфекционных осложнений. Разработка первых чистых помещений для промышленного производства началась в период Второй мировой войны, и это, в основном, было обусловлено попытками повышения качества и надежности узлов и деталей различных видов вооружения, танков и самолетов. В настоящее же время количество чистых помещений значительно возросло. Теперь они используются в производстве компонентов микроэлектроники, лекарств, медицинской техники, в оптике и во многом другом.
Процесс создания чистых помещений можно разделить на три части: проектирование и строительство, испытания, эксплуатация.
Согласно стандарту ISO 14644-1, разработанному Международной Организацией Стандартизации (ISO), чистое помещение – это помещение, в котором контролируется счетная концентрация аэрозольных частиц и которое построено и используется так, чтобы свести к минимуму поступление, генерацию и накопление частиц внутри помещения, и в котором, при необходимости, контролируется другие параметры, например, температура, влажность и давление. [0]
Существуют два основных типа чистых помещения, которые отличаются друг от друга способами обеспечения вентиляции. Это турбулентно вентилируемые чистые помещения и чистые помещения с однонаправленным потоком воздуха.
Первоначально чистые помещения с однонаправленным потоком называли чистыми помещениями с «ламинарным потоком». В чистых помещениях с однонаправленным потоком используется гораздо большее количество воздуха, чем в турбулентно вентилируемых чистых помещениях, и они обеспечивают более высокий уровень чистоты.
178
Рис. 1 Типичное турбулентно |
Рис. 2 Чистое помещение с |
вентилируемое чистое помещении. |
неоднонаправленным воздушным |
|
потоком. |
Чистые помещения задаются требованиями по созданию и поддержанию уровня чистоты внутри помещения. Следуя из этого, они классифицируются по классу чистоты ГОСТ ИСО 14644-1. [0] Класс чистоты задается предельно допустимым числом частиц в 1 м3 воздуха с размерами, равными или превышающими, мкм. Для обеспечения заданного класса чистоты важен комплексный подход. Нужно следовать основным принципам обеспечения чистоты на всех этапах создания чистого помещения. При проектировании можно выделить основные подходы создания чистого помещения:
1.Определение принципа разделения зон с различными классами чистоты. Разработка планировочных решений чистых помещений.
2.Формирование потоков воздуха. Обеспечение необходимых характеристик однонаправленного потока воздуха.
3.Обеспечение баланса воздухообмена, необходимой доли наружного воздуха, а для помещений классов 5 ИСО - 9 ИСО – кратности воздухообмена. Построение системы вентиляции и кондиционирования.
4.Применение HEPA и ULPA фильтров и многоступенчатой фильтрации
воздуха.
5.Обеспечения необходимого перепада давления (если требуется).
6.Разработка эффективных проектно-конструкторских решений, использование надлежащих материалов и оборудования. Правильный выбор подрядчика. Строительство и монтаж в соответствии с «протоколом чистоты».
7.Контроль параметров воздуха: концентрации частиц, концентрации микроорганизмов (при необходимости), однонаправленности и скорости однонаправленного потока воздуха, перепада давления, целостности HEPA и ULPA фильтров, времени восстановления параметров чистого помещения и пр.
8.Правильная эксплуатация чистых помещений, включая требования к одежде, порядку очистки, дезинфекции и пр.
9.Обучение персонала, выполнение им требований личной гигиены, правильного поведения, переодевания и пр.
10.Аттестация проекта и самого чистого помещения на всех этапах его создания. [0]
Создание чистого помещения – сложный, дорогостоящий и ответственный процесс. Одним из основных задач поддержания требуемых параметров внутреннего воздуха требуется воздухоподготовка. Она
179