Материалы

Впервые в Беларуси: вантовое покрытие

ImageВнимание минчан и гостей столицы в последнее время приковано к строительству многопрофильного культурно-спортивного комплекса "Минск-арена".

Композиция будущего объекта складывается из цилиндрического объема многофункциональной спортивно-зрелищной арены на 15 тыс. зрителей и диагонально расположенных по отношению к участку объемов конькобежного стадиона на 3 тыс. и велодрома на 2 тыс. зрителей. Кроме того, комплекс включает открытую многоуровневую стоянку на 1080 машино-мест. Новое спортивное сооружение отличают не только масштабы и набор функций – на спортивно-зрелищной арене впервые в Беларуси будет применено большепролетное вантовое покрытие. За комментариями корреспонденты "РСГ" обратились к главному конструктору РУП "Институт Белгоспроект" Сергею Леонидовичу Березовскому:

- Многофункциональная спортивно-зрелищная арена, которую подземный переход соединяет с конькобежным стадионом, рассчитана на проведение тренировок и соревнований по многим видам спорта. Среди них - акробатика, бадминтон, баскетбол, таиландский и обычный бокс, вольная и греко-римская борьба, гандбол, спортивная и художественная гимнастика, дзюдо, индор-хоккей, карате, кикбоксинг, мини-футбол, прыжки на батуте, самбо, спортивные танцы, таэквандо, большой и настольный теннис, тяжелая атлетика, фехтование, фигурное катание и хоккей. При установке сборно-разборной сцены в партере можно будет проводить эстрадные концерты и цирковые шоу.

- Расскажите, пожалуйста, про вантовое покрытие арены.

- Главной особенностью спортивно-зрелищной арены является его вантовое покрытие: 2-поясное, выполненное из высокопрочных канатов в виде "велосипедного колеса" диаметром 116,0 м в осях колонн. Расчетный пролет вантового покрытия в осях шарнирных опор составляет 115 м, высота в центре – 7,7 м (на опоре - 3,3 м). Точка пересечения вант находится на расстоянии 6,2 м от опоры вантового покрытия. Стрела провисания несущей ванты принята 6м.

В качестве нижних несущих применяются ванты с продольно расположенной арматурой из 27 прядей. Каждая из них имеет диаметр 15,7 мм и состоит из 7 высокопрочных арматурных оцинкованных проволок диаметром 5,1 мм, находящихся в защитной оболочке из полиэтилена высокого давления. Общий диаметр нижней ванты – 120 мм; расчетная несущая способность одной пряди – 14 тс; ванты в целом – 378 тс; разрывное усилие пряди – 28 тс; нижней ванты – 756 тс.

Каждая из верхних стабилизирующих вант (диаметр – 50 мм) состоит из 7 прядей диаметром 15,7 мм (в оболочке - 16,5 мм). Между верхними и нижними вантами при помощи хомутов устанавливаются металлические трубчатые стойки разной длины, которые создают форму покрытия, обеспечивающую водосток.

На каждой ванте установлены по два анкерных устройства с механическим креплением при помощи цанг, каждой пряди:

- нерегулируемое, с опорной "серьгой", которое устанавливается на внешнем железобетонном кольце;

- регулируемое, устанавливаемое на металлическом кольце.

Нижние несущие ванты имеют траекторию кубической параболы и закрепляются на металлические упоры, расположенные на верхнем внешнем монолитном железобетонном кольце диаметром 116 м и нижнем внутреннем металлическом кольце диаметром 12 м в осях без натяжения. Верхние стабилизирующие ванты имеют траекторию квадратной параболы и закрепляются на металлические упоры, расположенные на нижнем внешнем монолитном железобетонном и внутреннем металлическом кольцах. Отличительной особенностью вантовых ферм является наличие растягивающих усилий не только в нижнем поясе, но и верхнем.

Для обеспечения устойчивости вантового покрытия в целом в стабилизирующих вантах создается предварительное напряжение путем натяжения на упоры, расположенные на верхнем внутреннем металлическом кольце при помощи монодомкратов «Фрейссине» в определенном порядке и на определенные усилия, обеспечивая равномерность преднапряжения в каждой ванте. Максимальное усилие натяжения в стабилизирующих вантах создается на монтаже и достигает 50 тс. Этого усилия достаточно для обеспечения растяжения в стабилизирующих вантах при загружении покрытия расчетными нагрузками в различных сочетаниях. При самых неблагоприятных сочетаниях усилия в стабилизирующих вантах не опускается ниже 20 т, что обеспечивает устойчивость вантового покрытия.

По верху стоек, выше уровне верхних вант, устанавливаются металлические плиты покрытия, имеющие форму трапеций (их размеры уменьшаются по мере приближения к внутреннему металлическому кольцу).

Для устойчивости вантового покрытия на несимметричные нагрузки предусматривается установка трех связевых кольцевых ферм в пределах длины вант на равном расстоянии.

- Насколько надежной будет конструкция?

- Покрытие является легким (малый расход металла), но в то же время имеет большой запас прочности благодаря применению высокопрочных канатов (вант), состоящих из когерентных прядей, изготавливаемых по новой современной технологии французской фирмы «Фрейссине». Все изделия, поставляемые «Фрейссине», имеют европейские сертификаты и протоколы прочностных испытаний.

При расчете вантового покрытия учтена не только снеговая нагрузка, но и нагрузка от подвесного оборудования, ходовых мостиков, светильников, воздуховодов, труб автоматического пожаротушения и др. Учтена нагрузка от информационного видеотабло и восьми динамиков общим весом 20 т, подвешиваемых в центре вантового покрытия к нижнему металлическому кольцу. Максимальные растягивающие усилия в несущих вантах по результатам трех независимых расчетов, выполненных с учетом нелинейности, достигают 270 тс. Выполнены также расчеты с учетом аварийной ситуации - выхода из строя одной из вант, а также наиболее напряженного элемента металлического кольца. Расчеты показали работоспособность покрытия и в этой ситуации. При выключении из работы одной их вант усилия в смежных вантах достигают 350 т. Максимальные напряжения в нижнем металлическом кольце при выключении из работы одной из 4-х, наиболее напряженной пластины, не превышают 380 мПа. Металлические кольца, имеющие сложную конструкцию, изготовлены из высокопрочной стали класса С390 (10ХСНД) на РУП «ЗМК» г. Молодечно. Контроль всех сварных стыковых швов осуществлялся двумя независимыми лабораториями ультразвуковым методом, кроме этого были проведены механические испытания образцов стыковых швов, которые подтвердили их достаточную несущую способность и необходимый запас прочности.

- Расскажите о монтаже вантового покрытия.

- Металлическое пространственное кольцо общим весом 120 т уже собрано и смонтировано на временную монтажную опору из металлических конструкций, расположенную на монолитном фундаменте. Монтаж нижнего и верхнего колец выполнялся по очереди автокраном «DEMAG AC 500-1» грузоподъемностью 500 т. Опускание временной опоры (после монтажа и натяжения всех 48 вантовых ферм) будет выполняться при помощи восьми 50-тонных гидравлических домкратов.

Монтаж вантовых ферм будет осуществляться по специально разработанной новой методике монтажниками ЗАО "СМУ-77" по временной канатной дороге, с продвижением по ней вантовых ферм к металлическому кольцу при помощи лебедок.

Расчет и проектирование вантового покрытия осуществляется при научном сопровождении кафедры металлических и деревянных конструкций БНТУ и экспертном сопровождении РУП "Белгосэкспертиза Минстройархитектуры". Для проверки устойчивости вантовой фермы на монтаже специалистами кафедры выполнена модель вантовой фермы в масштабе 1:25. Исследование модели вантовой фермы с учетом геометрического, физического и силового подобия показали ее высокую надежность и устойчивость.

В заключение хочу добавить, что в процессе эксплуатации предусматривается автоматический контроль напряжений в каждой четвертой ванте при помощи 24 специальных датчиков "Фрейссине" с выводом на ПЭВМ и подключением к АСУ, а также контроль растягивающих напряжений в нижнем, как наиболее напряженном, металлическом кольце при помощи магнитошумового анализатора «Интроскан» и струнных датчиков СДД, разработанных специалистами института прикладной физики НАН Беларуси.

Объемно-планировочные показатели:

Количество мест для сиденья – 15 000

Общая площадь – 65215,5 м2 (в т.ч. подземной части – 10468,4 м2)

Расчетная площадь – 38343,4 м2

Строительный объем – 516650 м3 (в т.ч. подземной части) – 37489 м3

Площадь застройки – 22642 м2

Подготовили Ольга Брянцева и Татьяна Дрик, "Республиканская строительная газета"