Геодезический купол представляет собой полусферическую структуру с тонкой оболочкой (решетчатую оболочку) на основе геодезического многогранника. Треугольные элементы купола структурно жесткие и распределяют структурные нагрузки по всей конструкции, что делает геодезические купола способными выдерживать очень большие нагрузки для их размера.
Проект Eden — крупнейший в мире искусственный комплекс теплиц в Корнуолле, Великобритания.
Основы проекта— место нахождения: Корнуолл, Великобритания.Самый большой биом: длина 240 м, высота 55 м, ширина 110 м;Общая площадь: 39.540 м2. Общий вес стали: 700 тонн. Общая длина от всех балок: 36000 м. Вес стали на поверхность меньше: 24 кг / м2. Завершение: апрель 2001 г. Команда дизайнеров: Николас Гримшоу и партнеры, Тим Смит, Аруп инжиниринг.
Фон проекта — весной 2001 года, на юго-западной оконечности Англии в Корнуолле, проект Eden был открыт для публики. Этот проект является одним из крупнейших британских проектов тысячелетия. В открытой зоне 15 гектаров и в двух гигантских оранжереях современный Эдемский сад представляет различные климатические зоны мира с их типичной растительностью. Стальная конструкция двух огромных куполов была разработана из системы рамы MERO: трубы соединяются болтами с помощью узлов. Из-за очень низких допусков и быстрой сборки экономичные конструкции могут быть реализованы даже для сложных геометрических конфигураций. Для системы облицовки были выбраны очень легкие и прозрачные, но также прочные воздушные покрытия из фольги. Система покрытия такого размера никогда ранее не строилась. Проект стоимостью 125 миллионов евро имеет большой успех. После официального открытия в марте 2001 года тысячи посетителей ежедневно получают удовольствие от садов. Проект «Эдем» был назван восьмым чудом света британской прессой.
Технология строительства:
1)Генерация геометрической модели; Структурная сеть купола в проекте Eden состоит из двух концентрических сферических сетей с заданной разностью в радиусе или структурной глубиной между ними. Здесь внешние и внутренние сети взаимосвязаны с набором линий, называемых диагоналями, что приводит к созданию двухслойной сферической сети с трехмерным переносным поведением.
2)Статический расчет; После окончательной конструкции геометрии был выполнен расчет стальной конструкции. Геометрия была перенесена в статическую трехмерную компьютерную модель (рис.1). Верхние элементы шнура и дуги — элементы балки, нижний шнур и диагонали моделируются с использованием элементов фермы.
Рис. 1. Статическая 3D-модель купола
3)узлы; Основными параметрами дизайна для подключения в верхнем аккорде были:
‒ Жесткое соединение для трех трубок с d = 193 мм и шарнирное соединение для трех диагональных элементов;
‒ быстрая и простая конструкция;
‒ минимальные допуски, без боковой сварки;
‒ прозрачность крепления веревки для крепления купола снаружи и архитектурно приятного.
В результате этих требований был выбран так называемый узел чаши (рис.2). Этот тип узла представляет собой усовершенствование типа узла, используемого MERO, когда круглые или прямоугольные полые трубки соединены вместе болтами. Верх этого соединения даже с трубами, так что оболочка может быть вставлена прямо поверх нее. Узел чаши выполнен из чугуна (GGG40), а вес составляет около 80 кг. Диаметр 1100 узлов составляет около 400 мм, а толщина стенки 40 мм. Каждый узел был разрезан и просверлен машиной, которая ограничивала допуск до минимума.
Рис. 2. Верхний узел хорды
4)верхние хордовые балки; конструкция стенок верхнего хорда привела к диаметру трубки 193,7 мм. Чтобы использовать одно и то же соединение с узлом, все верхние ходовые трубы имеют одинаковый диаметр, но с разной толщиной стенки в зависимости от силы и длины балок. Так как все необходимые геометрические углы, чтобы сформировать купол, помещаются в узел, концы верхних хордовых балок разрезаются прямоугольными, что позволяет быстро и эффективно изготавливать.
На каждом конце сваривается торцевая плита, а на верхней части балки — разрез строительной скважины (рис.3). Для соединения пучков с узлом чаши использовались высокопрочные предварительно напряженные болты (M27 и M36). Дополнительный жирный M16 использовался для фиксации балки в правильном положении и для передачи крутильных моментов. На вершине балок были скреплены короткие скобы, которые поддерживают алюминиевое каркасное покрытие для покрытия.
Рис. 3. Деталь верхней гармоники хорды и участка узла
5)система поддержки купола; Проблемой был дизайн системы поддержки. Поскольку основание 800 м в длину изменяется, каждая из опорных точек 187 геометрически отличается. Опорная конструкция также состоит из труб диаметром 193 мм, которые свариваются вместе. Соединительные верхние хордовые пучки и диагонали соединены болтами. Базовые плиты закреплены на фундаменте анкерными болтами M27 и M36, а горизонтальные силы передаются сдвиговыми блоками.
6)Производство; Большая часть стальной конструкции была изготовлена в мастерской MERO недалеко от Вюрцбурга в Германии. Только арки и опорная точка были изготовлены в другом месте. Изготовление пучков и узлов MERO проводилось с использованием компьютеризированной машины. Торцевая пластина и опорные кронштейны верхних хордовых балок были сварены вручную. Каждый элемент и узел имеют уникальный номер, который оставался неизменным на этапе проектирования, производства и строительства. Для защиты от коррозии все стальные элементы горячего оцинкованы. Из-за их размеров сегменты арки были оцинкованы компанией во Франции, которая имеет одну из крупнейших гальванических ванн в Европе. Узлы чаши, выполненные из чугуна GGG40, также были оцинкованы. При общей проверке каждые два года стальная конструкция рассчитана на техобслуживание на 30 лет.
Рис. 4. Установленное покрытие купола
7)Покрытие; более 800 шестигранных элементов покрыты покрытыми воздухом покрытиями. Эти покрытия изготовлены из прозрачной пленки EFTE (этилтетрафторэтилена). Основной материал составляет от 50 до 200 мкм толщиной 1,5 м. Материал фольги разрезали и сваривали. Обычные покрытия состоят из трех слоев. Верхний и нижний слои образуют покрытия, несущие нагрузки. Дополнительный слой между ними имеет функцию повышения теплоизоляции, а также разделения воздушного пространства в случае утечки. В областях с высоким локальным ветровым всасыванием внешняя поверхность покрытия была усилена с использованием двух слоев фольги.
8)Процесс строительства; Строительство стальной конструкции началось в ноябре 1999 года. Широкое наземное движение и строительство бетонного фундамента длиной 858 м было выполнено генеральным подрядчиком. Основание имеет ширину 2 м и высоту 1,5 м. Он опирается на бетонные сваи длиной до 12 м, которые были пробурены в землю.
Для строительства конструкции были созданы строительные леса. У этого леса есть место в Книге рекордов Гиннеса как самый большой и самый высокий свободный стоячий поднос в мире. Большинство шестиугольников собраны на землю, а затем подняты на место башенными кранами, а затем болтами вместе (рис.5). Заготовки для арки были длиной около 13 м. Они также устанавливаются на леса и затем свариваются вместе. После монтажа стальной конструкции леса были удалены. Установка подушек из фольги была выполнена с помощью съемников. Работы на земле внутри биомов можно выполнить параллельно с работой по облицовке. Облицовка была закончена вовремя в сентябре 2000 года, так что Биомы могли нагреваться, а посадка могла торговаться зимой. Проект Eden открыл двери для публики в марте 2001 года.
Рис. 5. Строительство купола
Литература:
- (Geodesics, Domes, Spacetime) Книга Тони Ротмана «Наука в Ла-Море», Издательство Принстонского университета, 1989.
- АЛАН С. ДЖОНС: Гражданское и структурное проектирование проекта «Иден», Международный симпозиум по шкафам с охватом в Университете Бата, 26–28 апреля 2000 года.
- FULLER R. B.: В: Справочник строителя купола: Под редакцией Джона Прениса; Бегущий пресс Филадельфия Пенсильвания; 1973.
- ПАВЛОВ Г. Н.: Определение параметров кристаллических решетчатых поверхностей, состоящих из шестиугольных плоскостных граней; Int. Журнал космических структур; Vol.5 № 3 и 4 1990 Multi-Science Publishing.
- RSTAB 5: Ingenieursoftware Dlubal GmbH http://www.rstab.de.
- Техническое утверждение MERO; Z-14.4–10 erteilt vom DIBT Берлин.
