Большепролётное здание с несущими деревянными конструкциями". Республиканский центр олимпийской подготовки по лёгкой атлетике

Использование деревянных конструкций, таких, как балки, арки, рамы, фермы в качестве несущих для покрытий большепролетных зданий, в силу их небольшого веса, приводит к облегчению и удешевлению элементов сборного или монолитного каркаса. Подобные здания могут использоваться в промышленном строительстве для неагрессивных производств, но наибольшее применение они получили при строительстве гражданских зданий. Это, в первую очередь, спортивные сооружения. Например, центр олимпийской подготовки по лёгкой атлетике в городе Минске.

Решение возвести здание из древесины возникает в особенности тогда, когда это позволяет оптимально использовать его качества и показать, что при строительстве может быть выявлена красота дерева, заключающаяся в его свойствах. Дополнительный импульс был получен благодаря появлению клееных деревянных конструкций. Отсутствие механического сращивания позволило перекрывать большепролетные здания и широко использовать конструкции из древесины в химически агрессивных средах. Деревянные конструкции позволяют создавать формы, трудно или совсем не осуществимые при использовании других материалов. Применение клееной древесины позволяет находить оригинальные архитектурные формы большепролетных конструкций, которые идеально подходят для строительства спортивных сооружений. При этом отпадает необходимость устройства подвесных потолков, облицовки дорогостоящими материалами.

В настоящее время наиболее распространёнными несущими конструкциями деревянных покрытий зданий различного назначения являются деревянные арки. Они применяются в покрытиях производственных, промышленных, сельскохозяйственных и общественных зданий, имеющих пролёт 12−80 м.

Спортивный комплекс, Олимпиец" состоит из 3 блоков. 1 и 2 блок плавательные бассейны и гимнастические залы соответственно, а третий блок — легкоатлетический манеж. Сам манеж представляет собой однопролётное здание, отделённое от других блоков и расположенное на свайных фундаментах. Пролет арки от шарнира до шарнира 50 метров. Шаг между арками равен 6 метрам.

Длина сооружения составляет 126 метров. Пролет представляет собой трехшарнирную клеедощатую арку кругового очертания без затяжки с сечением 20×120см. Высота арки (от центра фундамента до конька) не меньше, чем 1/6 пролета. Высота же фундамента составляет 6 метров. Клеедощатые прогоны расположены в уровне верхних кромок арок. Арки несут на себе всю нагрузку от здания.

Каркас здания проектируются таким образом, чтобы несущую способность поперек здания обеспечивается поперечными рамами, а вдоль — продольными элементами каркаса (прогоны, связи) и ограждающими конструкциями.

Малые прогоны образуют вместе с арками сплошной четырехугольник, а косой настил является диагональю, образуя треугольник, который в свою очередь является основной фигурой жесткости.

Для общественных зданий поперечной рамой чаще всего являются трехшарнирные распорные конструкции с передачей горизонтального усилия (распора) на фундаменты-контрофорсы. Такая схема имеет ряд преимуществ как архитектурных, позволяющих создавать любые формы покрытий, так и конструкторских в связи со статической определимостью расчетной схемы. Возможность создания любых профилей поперечника здания и требуемых габаритов по этой схеме позволяет оптимально реализовать трехшарнирные распорные конструкции в зданиях пролеты которых достигают 70 м.

В конструкции здания применяется наиболее часто используемый узел крепления деревянных конструкций с каркасом — крепежный элемент, состоящий из двух частей, одна из которых в виде площадки опирания при железобетонной конструкции замоноличивается или закрепляется болтами, а другая часть в виде пластин, анкерных столиков, башмаков крепится на болтах к деревянной конструкции. С помощью геодезических приборов выверяют горизонтальность установки площадки и пластин, башмаков или столиков. В виде рисок на них наносят монтажные оси. Элементы устанавливают один на другой, поддомкрачиванием добиваются совпадения монтажных осей на них и отверстий, в которые устанавливают крепежные болты.

Монтируемая первой несущая деревянная конструкция после установки должна быть закреплена временными растяжками или другими приспособлениями. При установке последующих конструкций в проектное положение они должны быть сразу скреплены со смонтированной первой конструкцией постоянными связями и ограждающими конструкциями — настилами, прогонами, панелями.

На крыше лежат пароизоляционный материал — минераловатные плиты, для того, чтобы теплый воздух не просачивался в деревянные конструкции, тем самым, предотвращая гниение дерева. Потом на пароизоляцию укладывают бруски (для вентиляции утеплителя), а затем на этот настил кладут двухслойную кровлю.

В здании находится система пожаротушения, которая имеет два датчика: на повышение температуры и на задымление. Арки сплошного сечения считаются самозатухающими. Температура горения арок больше 1100 оС.

Преимущества и недостатки деревянных конструкций Древесина представляет собой материал растительного происхождения. Широкое распространение и наземность древесных растений обусловливают легкость добывания и сравнительную дешевизну древесины. Большим достоинством древесины является ее возобновляемость.

Древесина обладает высокой прочностью при небольшом весе, что дает ей существенное преимущество перед другими материалами. По коэффициентам качества (отношение предела прочности к объемному весу) древесина выдерживает сравнение с металлами и в некоторых случаях даже превосходит их. Однако древесина, в отличие от металлов, не обладает текучестью, в то же время она хорошо сопротивляется ударным и вибрационным нагрузкам.

В связи с анизотропностью строения для древесины характерна неравномерность свойств вдоль и поперек волокон (например, усушка вдоль волокон в несколько десятков раз меньше, а прочность при растяжении значительно больше, чем поперек волокон, и т. д.). Растительное происхождение древесины обусловливает большую изменчивость эти свойств. Например, предел прочности при сжатии вдоль волокон древесины сосны колеблется от 240 до 625 кг/см2, а древесины дуба— от 320 до 690 кг/смг и т. Д Древесина обладает гигроскопичностью (способностью поглощать влагу из окружающего воздуха), что влечет за собой увеличение ее веса и размеров (разбухание), а также снижение прочности; при высыхании же древесины вес и размеры ее уменьшаются (усушка), а прочность возрастает. Следствием изменения размеров могут быть формоизменяемость (коробление) и растрескивание. Эти явления представляют отрицательные особенности древесины, однако в некоторых случаях разбухание используется как положительное свойство.

Пористое строение древесины придает ей высокие теплоизоляционные свойства, вследствие чего деревянные стены жилых строений могут быть в 2 раза тоньше кирпичных. Ничтожное расширение от тепла позволяет при возведении протяженных сооружений отказаться от температурных швов, обязательных при других материалах (металл, железобетон).

Древесина хорошо сопротивляется действию кислот и газов. Поэтому для перекрытия помещений некоторых химических производств, паровозных депо, вокзальных перронов рекомендуется преимущественное применение деревянных конструкций, так как металлы бистро разъедаются выделяемыми парами и газами. Древесина способна гореть, что обусловливает ее легкую возгораемость. Однако при пожарах деревянные конструкции, в отличие от металлических, рушатся не сразу. Как вещество органического состава, древесина может служить пищей для низших организмов (грибы), откуда проистекает ее способность загнивать при определенных условиях и подвергаться поражению насекомыми (червоточина).

Весьма ценными особенностями древесины, широко используемыми в практике, являются ее способность склеиваться и возможность быстрого соединения деталей из древесины гвоздями. К крупным преимуществам древесины как строительного материала относится также то, что она допускает перестройки и применение сборно-разборных конструкций, удобных для транспорта и монтажа. Легкость обработки и соединении гвоздями делает возможным ускоренную обработку сырья и широкую механизацию при производстве элементов конструкций, что уменьшает сроки строительства и стоимость сооружении.

Так называемая сезонность для древесины не имеет значения: деревянные конструкции можно изготовлять и собирать в любое время года, что имеет исключительное значение для бесперебойного строительства.

Неудивительно, что перечисленные выше достоинства древесины как материала, несмотря на отмеченные недостатки (многие из которых могут быть ослаблены), обусловили чрезвычайно разнообразное и весьма широкое ее применение и во времена глубокой древности и в настоящее время.

Технология изготовления клееных деревянных конструкций.

Для изготовления клееных деревянных конструкций используют пиломатериалы (доски), как правило, хвойных пород толщиной не более 5 см (для гнутых элементов — не более 4 см) с влажностью 10—12.

Процесс изготовления клееных деревянных конструкций включает следующие технологические операции: распиловку бревен на пиломатериалы; сушку досок до влажности 10±2%; механическую обработку досок, включая раскрой, удаление недопустимых пороков, фрезерование, стыкование досок по длине и ширине (по кромке), сортировку заготовок по нормам пороков (категориям качества), раскрой и стыкование листов фанеры; приготовление и нанесение клея на склеиваемые поверхности; запрессовку изготовляемого элемента или конструкции и выдержку до отверждения клея; распрессовку элемента (конструкции), его обработку и окончательную отделку.

Распиловку бревен производят в лесопильных цехах на пилорамах, ленточнопильных или круглопильных станках. Бревна, предназначенные для распиловки (пиловочник), должны храниться в условиях, предохраняющих лесоматериалы от загнивания.

Сушку лесоматериалов для клееных конструкций производят в досках. Существует несколько способов сушки. Рекомендуется применять либо камерную сушку, либо атмосферную с последующей досушкой в камерах.

Удаление влаги из древесины начинается с наружных слоев досок, поэтому влажность остается неравномерной по толщине досок до самого конца процесса сушки. При чрезмерно интенсивном удалении влаги из наружных слоев и большом перепаде во влажности по слоям в досках могут возникнуть трещины, поэтому процесс стараются вести таким образом, чтобы сначала прогреть имеющуюся в древесине влагу, не форсируя ее удаление о поверхности досок. Доски для клееных конструкций высушивают до влажности 8% по наружной поверхности Механическая обработка и стыкование досок перед оклеиванием включает ряд последовательных операций. Высушенные и выдержанные доски прежде всего подвергают калибровке на рейсмусовых или четырехсторонних строгальных станках, т. е. фрезерованию по пласти, что позволяет достовернее, чем в нестроганных досках, оценить имеющиеся в них пороки и ликвидировать разнотолщинность досок.

После калибровки производят поперечный раскрой досок по длине, при котором удаляются участки досок, содержащие недопустимые пороки. В зависимости от объема пороков раскроенные отрезки досок относят к элементам I, II или III категорий.

Стыкование заготовок зубчатым соединением дает возможность получить заготовки требуемой длины. Зубчатый шип фрезеруется набором фрез на специализированных шипорезных станках, после чего на наклонные поверхности наносится клей, две стыкуемые заготовки смыкаются под давлением 1—3 МПа (10—30 кгс/см2) и выдерживаются до отверждения клея.

Все последовательные операции по стыкованию заготовок могут осуществляться на автоматических или полуавтоматических линиях. В этом случае иногда применяют методы ускоренного отверждения клея в стыках.

Получение заготовки подвергают строганию с четырех сторон и затем разрезают на ленты требуемой длины.

Нанесение клея. Клей наносят на чистые свежестроганые поверхности тонким равномерным слоем. Для нанесения клея на обе пласти доски используют клеевые вальцы. В мелкосерийном производстве, когда производительность клеевых вальцов превышает потребность технологического процессаПри склеивании зубчатых соединений клеи наносят на обе склеиваемые поверхности щетками или специальными дисками, имеющими тот же профиль, что и сам шип.

Запрессовка. По мере нанесения клея на склеиваемые поверхности заготовки накладывают одну на другую, соблюдая при этом требуемое расположение по высоте сечения досок соответствующей категории. После того как набран пакет необходимой высоты, к нему прикладывают давление, с тем чтобы обеспечить плотный прижим склеиваемых поверхностей по всей их площади. Для прямолинейных клеедощатых элементов давление должно быть 0,3—0,5 МПа (3—5 кгс/см2), для криволинейных — 0,8—1 МПа (8—10 кгс/см2).

Тема № 4. «Монолитное каркасное здание, высотное строительство». Торгово-развлекательный комплекс по ул. Дунина-Марцинкевича, д. 9.

Накопленный международный опыт застройки современного мегаполиса свидетельствует, что с учетом стоимости земельного участка наиболее оправданными с экономической точки зрения являются здания высотой от 30 до 50 этажей.

Все, что выше, появляются из соображений архитектурно-градостроительной значимости, престижности или значительной цены и нехватки свободх городских территорий Сегодня главный материал для возведения каркаса высотных сооружений — монолитный железобетон. Хотя бы потому, что на основе железобетонного каркаса созданы многие известные небоскребы, в том числе и мировые рекордсмены — башня «Бурж Дубай» (высота 818 м) и высотки нефтяного концерна Петронас в Малайзии (высота 432 м). Следует отметить, что ежегодное производство бетона, используемого для возведения монолитных конструкций различных зданий и сооружений, превышает 1,5 млрд м3, а на изготовление этих конструкций расходуется больше половины мирового производства цемента. По объемам выпуска и области своего применения монолитный бетон опережает другие виды строительных материалов. Так, его производство на душу населения в США составляет 0,75 м³, Японии — 1,2, Германии — 0,8, Франции — 0,5 м³. Для сравнения в странах СНГ этот показатель значительно меньше — от 0,15 до 0,2 м³ [2].

О возможных перспективах высотного строительства в нашей стране еще пару лет назад рассуждали только на научных конференциях. Среди причин скептического отношения было отсутствие полноценной нормативной базы, опыта у архитекторов и проектировщиков, технологов и строителей. Тем не менее уже тогда многие специалисты приходили к выводу, что именно высотное строительство даст отечественному стройкомплексу импульс к переходу наболее высокий научно-технический уровень [3].

Технология монолитного бетона.

Со временем появилось понимание, что потенциал монолитного бетона как замечательного конструкционного материала, позволяющего возводить яркие и выразительные сооружения, используется не в полной мере. Очевидно, что расширению области его применения в высотном строительстве будут способствовать освоение новых технологий, создание и внедрение современных опалубочных систем, систем комплексной механизации технологических процессов приготовления, доставки, подачи и укладки бетонной смеси, ускоренных методов твердения при круглогодичном производстве работ.

Основу процесса возведения монолитных высотных зданий составляет комплекс технологических и организационных мероприятий, направленных на оптимизацию сроков производства работ, снижение их трудоемкости и обеспечение требуемого качества конструкций.

В мировой практике в основном востребован бетон классов С40-С60. В последние годы наметилась тенденция к использованию высокопрочных бетонов — С60-С90. Так, в монолитном каркасе комплекса «Федерация» в Москве заложен бетон классов С60 и С80-С90. С конструктивной точки зрения класс материала зависит от действующих нагрузок по высоте здания. Примером рационального использования классов бетона может служить каркас Jin Mao Building (г. Шанхай) [4], мегаколонны которого сечением 1,5×5,0 м на нижних и 1,0×3,5 — на более высоких этажах, возведены из бетонов С80-С40 (рис. 1). В 72-этажном здании (264 м) «Tiump World Tower» (г. Нью-Йорк, США) прочность данного конструкционного материала варьировалась как по высоте, так и по видам конструктивных элементов (рис. 2). В нижних этажах применен бетон класса С85.

В соответствии с поручением Министерства архитектуры и строительства специалистами РУП «Институт БелНИИС» при участии других организаций разработан ТКП 45−1.03−109−2008 «Высотные здания из монолитного железобетона. Правила возведения» [5]. В нем изложены принципиальные подходы к технологии возведения монолитных конструкций, аккумулирующие отечественный и зарубежный опыт. На необходимость ее тщательной проработки еще на стадии проектирования монолитных каркасов высоток обращается внимание уже при подготовке специальных технических условий на проектирование (СТУ).

Требования к бетону как конструкционному материалу для данного вида строительства становятся особенно жесткими. И без современных технологий модификации монолитного бетона, обеспечивающих необходимую морозо-, огне-, ударостойкость и долговечность при агрессивных воздействиях, в высотном строительстве не обойтись.

Важным требованием является непрерывное производство бетона в больших количествах и подача его на большие расстояния как по горизонтали, так и по вертикали без изменения реологических свойств. Все технологические переделы, начиная от приготовления бетонной смеси и до ее укладки, подлежат тщательному контролю. Применяют в основном две технологические схемы доставки бетонной смеси:

• * в автобетоносмесителях от централизованного бетонного узла;
• * с автоматизированного бетонного узла, обеспечивающего приготовление модифицированных смесей прямо на объекте.

Второй вариант предпочтительней, поскольку позволяет оперативно управлять процессом корректировки состава бетонной смеси и сводит к минимуму изменение ее реологических свойств во времени — от начала приготовления до укладки в опалубку.

Строительство современных высотных зданий связано с применением мощных бетононасосных установок (автобетононасосов и стационарных бетононасосов). Автобетононасосы с распределительной стрелой в основном подают бетонную смесь при возведении подземной части и первых этажей сооружений. Стационарный бетононасос с переналаживаемым бетоноводом обеспечивает ее бесперебойное поступление на всю высоту здания. Распределение и подачу смеси в конструкции выполняют гидравлической распределительной стрелой, которая монтируется на технологической захватке на ранее возведенных монолитных конструкциях (рис. 3). Башенным кранам отводится роль вспомогательного средства для доставки бетонной смеси в бадьях на высоту здания.

Режим твердения бетона назначают в зависимости от конкретных условий производства работ, особенностей возводимых конструкций, требуемой распалубочной прочности, темпов возведения и т. д.

Повышенные требования предъявляют и к арматурным работам. Как правило, сварка арматуры для высотных зданий недопустима. Для стыка арматуры рекомендуется применять соединительные муфты или технологию ее вязки в построечных условиях, например с использованием специального ручного пистолета.