Конструктивная система стадиона – изнутри и снаружи.

 

Из этого открытого для всех желающих холла зрители поднимаются на трибуны. Пункты билетного контроля находятся наверху, у входов в сектора. Стадион располагает одной большой ареной, предназначенной для проведения различных соревнований по летним видам спорта. Предусмотрен целый ряд вариантов ее трансформации. Внутреннее покрытие стадиона, просматриваемое за вынесенными титаническими конструкциями, представляет собой мембрану из этилен- тетрафлюорэтилена (ETF) – мягкого прозрачного пластика. По мнению архитекторов, это дополняет ассоциацию с птичьим гнездом – ведь птицы устилают свои гнезда мягким пухом. Благодаря использованию этого пластика трибуны защищены от ветра и дождя, но при этом здание по своему облику остается невесомо-прозрачным, каким его и задумали авторы. Кстати, этим же этилентетрафлюорэтиленом «обшит-обернут» и еще один олимпийский объект по соседству – дворец водных видов спорта «Водяной куб».

Уже во время строительства стадиона «Птичье гнездо», в 2004 году, было решено дополнительно упростить проект, точнее, отказаться от трансформируемого покрытия-навеса, которое было предусмотрено в проекте изначально. Пекинский муниципалитет отказался от него по соображениям безопасности. Кроме того, это позволило уменьшить финансовые затраты на строительство, сэкономив почти 15 тысяч тонн металла. Изначально на строительство стадиона планировалось выделить порядка 500 млн. долларов, но в конечном итоге здание обошлось в гораздо более скромную цифру – 290 млн.

 

 

 

Рис.60 Конструктивная система стадиона

 

 

Рис.61 Двадцать четыре фермы – опоры здания переплетены «стяжками».

 

Впрочем, у отказа от возведения крыши была и другая причина – сугубо практическая. Раздавались голоса, что якобы в климате Пекина крыша стадиону, где проводятся соревнования по летним видам спорта, не особенно-то и нужна. Вот только как насчет муссонных дождей? Дизайн «Птичьего Гнезда» предмет для отдельного разговора. Поскольку этот стадион изначально возводился как Олимпийский объект, то в процессе разработки архитекторы особое внимание уделяли соблюдению всех международных стандартов для сооружений такого рода. Также «Наячао» должен был подходить и для проведения Пара-Олимпийских игр, поэтому на его территории были оборудованы специальные места и приспособления для зрителей и спортсменов с ограниченными возможностями.

Архитекторы добились серьезных успехов, спланировав поистине многофункциональное сооружение. «Птичье Гнездо» по завершении Олимпиады может быть использовано для проведения международных соревнований по футболу и другим видам спорта, а также в качестве концертной площадки.

На территории этого громадного комплекса будут размещены коммерческие объекты - рестораны, кинотеатры, сувенирные лавки и спортивные магазины, а также клуб здоровья и стоянки для автомобилей.

 

Конструктивные особенности. Компоненты корпуса «Птичьего Гнезда», представленные огромными извилистыми прутьями из стали, крепятся друг к другу, образуя сеть, напоминающую по форме и внешнему виду свитое из природных материалов жилище пернатых. Стадион похож на вместительную полую чашу, поскольку при его строительстве не было задействовано ни одного вертикального столба. Это существенно отличает арену от всех прочих спортивных объектов подобного уровня. В процессе возведения было израсходовано 36 километров стальных арматур общим весом 45000 тонн.

 

Рис. 62

 

 

Хотя на первый взгляд структура сооружения проста, потребовалось применение самых современных строительных технологий и программного обеспечения. Модель была полностью разработана при помощи параметрического проектирования, что позволило добиться не только привлекательного и необычного дизайна, но и повышенной сейсмоустойчивости, а также комфортабельности.

Верхняя часть чаши стадиона, образует навес над трибунами. Она покрыта инновационным материалом – этилентетрафторэтиленом (ETFE). Он представляет собой прозрачную пленку-мембрану, но, тем не менее, устойчивую к проникновению влаги и пропускающий достаточное количество солнечного света. Нижняя часть навеса сформирована из PTFE (политетрафторэтилен) – это уже полупрозрачная структура, являющаяся частью акустического потолка и примыкающая к боковым стенкам внутреннего кольца. Полости между прутьями также заполняются «подушками» из ETFE. Таким образом, получается абсолютно непромокаемая и непродуваемая конструкция. Сама чаша разделена на 8 структурных зон, каждая из которых стабилизирует остальные. Проникнуть на территорию комплекса можно только, преодолев специальные электронные барьеры, эксклюзивно изготовленные немецкой компанией.

 

 

«Акаси –Кайке» - автодорожный мост в Японии.

 

Строящийся в Японии автодорожный мост Акаси-Кайке (рис. 1) длиной 3910 м с главным пролетом 1990 м (самым большим в мире) соединит между собой острова Хонсю и Сикоку на трассе Кобэ — Ниигата (рис. 2). Мост представляет собой стальную висячую систему из трехпролетной двухшарнирной жесткой балки. Высота стальных пилонов решетчатой конструкции достигает почти 300 м. Мост предназначен под 6-полосное скоростное движение автотранспорта и рассчитан на восприятие шквальных ветровых нагрузок (в среднем 80 м/с в течение 10 мин) и 8,5-балльное (по шкале Рихтера) сейсмическое воздействие.

Строительство моста началось в марте 1988 г. в осложненных условиях морского пролива при максимальной глубине по трассе моста 110 м, скорости течений 4,5 м/с и интенсивности судоходства 1400 судов/сутки, не считая рыболовного флота.

Описываемые ниже конструкции фундаментов пилонов и анкерного устоя рассчитаны, соответственно, на вертикальную нагрузку 1 ГН (100 тыс. тс) и силу натяжения кабеля 1,2 ГН (120 тыс. тс).

 

 

Рис. 63 моста Акаси-Кайке.

 

Рис. 64 Общий вид моста Акаси-Кайке:

1 - на Кобэ;

2 - на Авадзи;

3 - отметка уровня дорожной поверхности;

А - участки с прямолинейным продольным профилем;

В - участок с параболическим продольным профилем.

 

В то время, как западный (со стороны г. Авадзи) анкерный устой моста Акаси-Кайке опирается непосредственно на гранитное основание, восточный (со стороны г. Кобэ) фундамент представляет собой цилиндрический бетонный массив наружным диаметром 85 м и высотой 64,5 м (рис. 66), заглубленный в коренные породы (плиоценовые песчаник и сланец), залегающие на глубине 55 м под толщей песчано-гравелистого грунта. Сооружение этого фундамента производилось в следующем порядке:

- устройство методом «стена в грунте» внешней ограждающей перемычки толщиной 2,2 м и глубиной 75,5 м;

- разработка цилиндрического котлована в пределах внешнего ограждения с последующим возведением внутренней железобетонной стенки толщиной 2 м;

- укладка по дну котлована бетонной подушки толщиной 4 м и конструктивного днища толщиной 2,5 м;

- заполнение цилиндрической камеры бетоном;

 

- бетонирование конструктивной внешней плиты толщиной 6 м.

 

 

Рис. 65 Мосты между островами Хонсю и Сикоку:

1 - строящийся мост Акаси-Кайке;

2 - находящийся в эксплуатации Сэто-Акаси;

3 - проектируемый мост Татара; 4 - о. Сикоку;

5 - о. Хонсю;

6 - Тихий океан

 

Сооружение ограждения таких масштабов из специального высокопрочного бетона способом «стена в грунте» явилось беспрецедентным в мировой практике и выполнялось следующим образом. Первоначально стена была разбита на 46 секций (рис. 67), половину из которых составляли ограничительные секции длиной по 8,51м, разрабатываемые в три захватки, а вторую половину — соединительные однозахваточные длиной по 3,2 м. Разработка захваток производилась тремя буровыми агрегатами, оснащенными фрезерными головками: двумя - типа «гидрофреза» модели НР-10000М и одним - типа «электромельница» модели ЕМ320М. Резцовое вооружение этих агрегатов позволяло в процессе разработки соединительных захваток разбуривать торцы ограничительных секций для обеспечения косоугольного сопряжения между ними с водонепроницаемыми швами. По окончании бурения очередной секции траншеи, удаляли донный шлам, перекачкой замещали весь объем суспензии в траншее на свежий глинистый раствор, опускали в траншею арматурный каркас, сращиваемый из четырех цельно-перевозимых секций высотой по 18 м, и приступали к укладке бетонной смеси. В ограничительных секциях использовали по 4 трубобетона диаметром 250 мм, в соединительных - по две. Бетонную смесь доставляли в автобетоносмесителях: на каждую ограничительную секцию ограждения требовалось 1336 м³ смеси, на каждую соединительную - 510 м³. Общий объем бетона для устройства ограждения составил 44,5 тыс. м³.

 

 

Рис. 66. Анкерный устой со стороны Кобэ:

1 - ограждение «стена в грунте»;

2 - внутренняя конструктивная стенка:

3 - подушка из укатанного бетона;

4 - конструктивное днище;

5 - бетонное заполнение камеры;

6 - верхняя плита;

7- воротник;

8 - тело устоя.

 

 

 

 

Рис.67 Последовательность сооружения ограждения цилиндрической камеры способом «стена в грунте» (заштрихованы ограничительные секции).

 

 

Под защитой ограждения была выполнена разработка грунта экскаваторами до глубины 61 м от уровня моря и возведена внутренняя стенка толщиной 2 м, конструктивно объединенная с ограждением. Каждая из 12 захваток этой стенки высотой по 4,5 м бетонировалась после разработки соответствующего яруса котлована. Общий объем бетонной смеси на возведение внутренней стенки составил 24,9 тыс. м³. Бетонную подушку толщиной 4 м выполнили из специального бетона, причем вначале уложили ее центральную часть методом укатки смеси виброкатками, а затем забетонировали кольцевую периферийную часть, работающую совместно с ограждающей стеной, используя обычную технологию с применением погружных вибраторов. Объем укатанного бетона - 16,5 тыс. м³, внешнего кольца - 1,2 тыс. м³, забетонированной поверх подушки конструктивной плиты днища - 12 тыс. м³. Пространство камеры (внутренним диаметром 76,6 м и высотой 51 м), образованной цилиндрическим ограждением и днищем, заполняли бетонной смесью, уплотняемой виброкатками. Эта технология сводит к минимуму температурные напряжения, развивающиеся в процессе гидратации цемента. Как и подушку, внешнее кольцо шириной 1,5 м бетонировали по традиционной технологии с применением глубинных вибраторов. Объем работ по укатанному бетону составил 216,1 тыс. м³, по кольцевой части - 18,2 тыс. м³. После заполнения камеры бетоном, на его верхнем обрезе в два приема (полукругами) была забетонирована железобетонная верхняя плита толщиной 6 м и диаметром 80,6 м. Укладка производилась четырьмя слоями толщиной по 1,5 м, причем в верхнем из слоев использовалась специальная низкоэкзотермичная, сверхподвижная (не требующая вибрационного уплотнения) бетонная смесь. Общий объем бетона верхней плиты составил 32,6 тыс. м³. Таким образом, для различных элементов фундамента анкерного устоя моста Акаси-Кайке потребовались бетонные смеси нескольких специальных рецептур с водоцементным отношением, колеблющимся в диапазоне от 0,33 до 0,77, и расчетной прочностью бетона — от 90 до 3/0 кгс/см² (9-37 МПа). Объем бетонной смеси составил около 550 тыс м³, причем по технологии в ряде случаев приходилось укладывать за один рабочий день до 6 тыс. м³ смеси. При этом климатические условия объекта требовали искусственного охлаждения смеси.

Для освоения такого объема работ на объекте был оборудован стационарный бетонный завод с максимальной технической производительностью 480 м³/ч, включающий следующие узлы:

- смесители (принудительного действия с гидроприводом, двухосные регулируемые) — 2x6 м³;

- питатели: для заполнителей (ленточные) - 3x1200 т/ч, для цемента (пневматические) - 2x70 т/ч;

- дозаторы: песка - 1x700 кг, щебня - 2x6000 кг, цемента - 1x2850 кг и 1x1000 кг, воды - 1x1200 кг, добавок - 1x40 кг и 1x15 кг, льда - 1x550 кг, добавок для последующего введения - 2x25 кг и 1x15 кг;

- причал для разгрузки сыпучих грузов с судов с двумя бункерами по 50 м³, шестью ленточными транспортерами производительностью по 600
т/ч и пневморазгрузчиком цемента производительностью 200 т/ч;

- бункеры для материалов вместимостью: для песка - 4x1000 м³, для щебня - 4x1130 м³, для цемента - 1x1500 т, для добавок - 4x10 м³ и 1x4 м³,
для воды - 1x246 м³;

- рабочие бункеры дозировочного узла: для песка - 2x125 м³, для щебня - 2x125 м³, для цемента - 1x70 м³ и 1x40 м³, для воды - 1x4 м³.

В состав бетонного хозяйства также входили:

- установка для приготовления льда производительностью 60 т в день с резервуаром для хранения льда на 100 т;

- установка для охлаждения воды - 1x180 тыс. ккал/ч, с резервуаром холодной воды вместимостью 20 м³;

- пункт очистки бетоносмесителей - на одновременную обработку трех барабанов;

- установка для регенерации заполнителей из отходов бетонной смеси производительностью 6 м³/ч;

- установка для очистки загрязненной воды производительностью 10 м³/ч;

- лаборатория полезной площадью 145 м² (рассчитанная на одновременное хранение 1200 стандартных образцов).

Фундаменты пилонов (рис. 68), опертые на дно пролива при глубине воды около 60 м, представляют собой массивные сталебетонные цилиндры, один из которых, больший, имеет диаметр 80 м и высоту 70 м, а второй, меньший, - соответственно, 78 и 67 м. Работы по устройству каждого из фундаментов включали следующие операции:

- разработка грейфером слабого песчано-гравелистого донного грунта на площадке диаметром 110 м до проектной нижней отметки фундамента (-60 м от уровня моря);

- доставка стальной оболочки фундамента буксированием на плаву и ее погружение путем заливки воды в отсеки пустотелых стенок толщиной 12 м, очистка поверхности грунта в пределах центральной полости оболочки от шлама;

- стабилизация донного грунта вокруг оболочки наброской из габионов и валунов;

- подводное бетонирование до отметки -10м ниже уровня моря в пределах центральной полости и до - 5 м - в отсеках стенок;

- откачка воды из внутренней полости и отсеков оболочки и сооружение железобетонного верхнего яруса фундамента.

 

Рис. 68 Фундамент пилона в плане и вертикальном разрезе (размеры указаны для большего фундамента, в скобках - для меньшего):

1 - противоэрозионная наброска;

2 - металлическая оболочка;

3 - пустотелые стенки;

4 - область подводного бетонирования;

5 - область обычного бетонирования

 

 

Сооружение большего фундамента по описанной технологии было рассчитано графиком на 3,5 года. Разработка донного грунта производилась канатным грейфером с супертяжелого технологического судна «Мицутомо-1» с установленной мощностью рабочего оборудования 3200 л. с. Использовалось четыре различных типа грейферных ковшей, в частности, для грубой планировки дна применяли сверхтяжелый ковш с горизонтальным перемещением челюстей. На стадии точной планировки работы допускались при скорости течения не свыше 2 узлов, чтобы исключить всякую возможность перекоса или сноса ковша. Зачистка осевшего шлама производилась как после окончания дноуглубительных работ, так и непосредственно перед погружением оболочки. Контроль качества планировки дна предусматривался методом ультразвуковой эхолокации и безлюдной видеосъемкой самоходным подводным аппаратом с дистанционным управлением. В результате были выявлены неровности галечного дна, в основном, не свыше 10-20 см, что по сравнению с допускаемой точностью планировки ± 50 см, можно признать неплохим показателем. Стальная оболочка большего фундамента имеет при наружном диаметре 80 м и высоте 65 м общую массу 15300 т. Её центральная часть является полостью диаметром 56 м без днища, а окружающее ее кольцо шириной 12 м разбито на 16 балластировочных отсеков. В процессе изготовления оболочки на ее верхней площадке была смонтирована технологическая платформа с обустройством для буксировки и погружения оболочки, включавшим быстрозажимные швартовочные механизмы, 32 насоса производительностью 10 м³/мин для закачки воды в отсеки и 16 по 3 м³/мин для ее откачки, а также аппаратуру контроля. От верфи к месту погружения оболочка была доставлена при спокойном море с использованием 12 буксиров мощностью по 3 тыс. л. с. и четырех катеров сопровождения, а затем заанкерена на месте 8 гравитационными якорями массой по 1000 т посредством канатов диаметром 120 мм. Оболочка погружалась путем синхронизованной закачки воды в отсеки ее пустотелой стенки (двумя насосами в каждый). Погружение контролировалось с помощью компьютера, в который вводились измеряемые параметры положения оболочки в плане, ее осадки, натяжения швартовочных канатов, направления и силы морских течений и т.д. Выполнив анкеровку утром 28 марта 1991 г., в 12.30 приступили к закачке воды, и к концу дня осадка оболочки с начальной 8 м достигла 27,6 м. На следующий день закачку возобновили в 4.00 утра и посадили металлоконструкцию на дно в 9.20. Чистая (без учета операций корректировки по данным контроля) средняя скорость погружения достигла 15.1 см/мин. Фактическое отклонение оболочки от проектного положения вдоль оси моста составило 21 мм, поперек оси -15 мм (против допускаемой ± 1 м), средняя величина переуглубления по вертикали - 195 мм, наклон по оси север - юг - 0,041°, а по оси восток - запад - 0,083° Такая посадка была признана весьма точной. Для удаления шлама (20-сантиметровый наносной слой частиц размером 0,5-2 мм) из центральной полости оболочки площадью более 4 тыс. м² использовались 28 станков-роботов с дистанционным управлением. половина из которых была расставлена по периметру, а остальные - в центральной зоне полости. Каждый станок был оборудован подвижным манипулятором радиусом действия 12 м со всасывающей трубой эрлифта диаметром 300 мм и телекамерой для визуального контроля за процессом зачистки.

 

Противоэрозионное укрепление дна вокруг оболочки включало две операции: вначале плавучим краном уложили 12 пакетов, каждый из которых насчитывал по 700 габионов объемом 0,7 м и массой около 1 т, заполненных щебнем крупностью 30-150 мм, а затем плавучим грейфером с емкостью ковша 13 м³ опускали камни массой от 0,8 до 2 т, доставляемые баржей вместимостью 1000 м³. Каменная наброска была выполнена вокруг оболочки в радиусе 80 м с минимальной толщиной слоя 3 м; оба этих параметра были рассчитаны по результатам специальных гидравлических исследований на моделях. По окончании работ была проведена контрольная эхолокация дна, а через год осуществлен контроль его состояния посредством эхолокации и визуального осмотра с помощью самоходной видеоустановки с дистанционным управлением. Рецептура специальной пластифицированной бетонной смеси с использованием низкоэкзотермичного цемента с примесью доменного шлака и золы-уноса при В/Ц=0,697 была разработана в соответствии со следующими требованиями:

- 91-суточная прочность на сжатие при укладке и выдерживании в водной среде -180 кгс/см²;

- отношение прочности подводного бетона к прочности контрольных образцов, изготовленных в стандартных условиях, не менее 0,8;

- расплыв конуса, сохраняемый в течение 8 ч, -52,5 ± 2,5 см.

Для приготовления бетонной смеси в требуемых объемах был смонтирован плавучий бетонный завод на техническом судне грузоподъемностью 24 тыс. т с габаритными размерами 150x40x8,5 м и осадкой 6,5 м. Судно оборудовано компенсаторами качки и шварювочным обустройством, рассчитанным на максимальную скорость течения 8 узлов. Максимальная производительность каждой из двух технологических линий завода составляла 200 м³/ч. Для размещения оборудования вспомогательных систем, на каждом фундаменте было задействовано дополнительно еще одно техническое судно грузоподъемностью 12 тыс. т с габаритными размерами 102,5x30x7 м. Подводная укладка специального бетона в центральную полость оболочки общим объемом 130 тыс. м³ производилась четырнадцатью слоями от отметки глубины - 60 м до - 10 м. Первый слой представлял собой цементно-песчаный раствор, обеспечивающий требуемую плотность примыкания фундамента к донному галечнику и заполнение зазоров под стенками оболочки. В дальнейшем каждый слой бетонной смеси объемом 9 тыс. м³ укладывали непрерывно, в среднем за 51 ч с производительвостью от 166 до 184 м³/ч. Эта операция выполнялась 6 бетононасосами с распределением смеси на 24 бетонолитные трубы, смонтированные в стационарных извлекателях. Бетонная смесь подавалась по разветвленной сети бетонопроводов диаметром 200 мм при помощи 18 золотниковых механизмов. Через 3 суток после окончания укладки смеси, поверхность бетона очищали от шлама с помощью специально сконструированной самоходной вакуумной машины с дистанционным управлением производительностью по воздуху 110 м³/ч и ходовой скоростью 4 м/мин. Операция зачистки слоя на всей площади центральной полости занимала, в среднем, около 34 ч, при этом объем собранного шлама составлял 1,73 м³. После этого незамедлительно приступали к бетонированию очередного слоя. Заполнение бетонной смесью отсеков пустотелых стенок оболочек от отметки - 60 м до – 5 м также выполняли методом подводного бетонирования, при этом непрерывно укладывалось около 9 тыс. м³ бетонной смеси. В каждом отсеке помещались 6 бетонолитных труб. Первый слой толщиной около 1,8 м также выполнялся из цементно-песчаного раствора, что обеспечивало заполнение узлов сопряжения расположенных здесь элементов жесткости металлоконструкции. Очередность бетонирования отсеков определялась из соображений равновесия конструкции. Операции подводного бетонирования на большем фундаменте начались в октябре 1989 г., на меньшем - в январе 1990 г.; завершились они, соответственно, в октябре и декабре 1990 г. По данным испытаний выбуренных кернов, прочность бетона в центральном ядре большего фундамента составила 259 кгс/см², а в отсеках оболочки - 246 кгс/см². Верхняя железобетонная часть фундаментов сооружалась после удаления оставшейся воды и наращивания металлической оболочки внешней опалубкой из полимербетонных панелей на высоту 5 м. В местах опирания стоек пилонов в бетон фундаментов были заделаны цельноустанавливаемые металлические анкерные рамы массой по 200 т, для чего применялся плавучий кран грузоподъемностью 600 т. Фактические отклонения анкерных рам от проектных положений при этом составили в плане 2,5 мм (при допускаемых ± 4 мм ), а по вepтикали - 3 мм (при допускаемых ± 10 мм). Полностью работы по сооружению большего фундамента были завершены в июне, а меньшего - в сентябре 1992 г. Возведение обоих пилонов из элементов массой до 160 т было выполнено с применением самоподъемных башенных кранов в период с января 1992 г. по сентябрь 1993 г. Завершить оборудование анкерных устоев и приступить к монтажу кабелей намечено в течение 1994 г., а начать сборку решетчатой балки жесткости - в 1995 г.