В статье автор делает историческую справку и оценивает работу сетчатого купола.
Ключевые слова: сетчатый купол, Истра, устойчивость.
Период с конца 1960-х — 1980-х годов — один из самых интересных в истории архитектуры СССР. Время смелых, необычных, футуристических проектов.
Один из них — «Высоковольтный испытательный стенд предприятия Р-6511» для Всесоюзного энергетического института имени В. И. Ленина (ВЭИ) или Истринский купол, построенный на берегу одноименной реки Истры.
Грандиозное сооружение с диаметром основания 231,7 м и высотой 118,5 м. Это был самый большой купол, построенный без использования внутренних опор, в котором планировалось проводить высоковольтные испытания.
Рис. 1. Истринский купол
Возведение столь огромного сооружения без внутренних опор требовало особых технических решений при проектировании.
Форма сооружения была принята в виде капли, лежащей на ровной поверхности. Оболочка купола должна была подражать работе сил поверхностного натяжения жидкости.
Оболочка представляла собой стержневую сеть с ячейками в виде равнобедренных треугольников, с расположением оснований по горизонтальным кольцам. Стержни каркаса, образующие пространственную структурную конструкцию, были выполнены двухветвевыми в виде ферм с параллельными поясами. Пояса были выполнены из спаренных уголков, а решетка — из электросварных труб со сплющенными концами
К наружным поясам была приварена мембрана из атмосферостойкой стали 10ХНДП толщиной 1,5 мм, с внутренней стороны крепились обшитые алюминием панели с минеральной ватой для тепло- и звукоизоляции. Общая толщина оболочки составляла 2,5 метра.
Фундамент купола был выполнен на 63 бетонных опорах, расположенных по кругу диаметром 231,7 м.
Рис. 2. Общие конструктивные схемы сетчатого купола
Монтаж купола производили от основания к вершине. Первые 10 ярусов были смонтированы двумя башенными кранами, перемещающимися по кольцевому пути снаружи.
Далее монтаж производили одним башенным краном, установленным внутри купола. Всего был смонтирован 21 ярус, затем на них было установлено коробчатое кольцо диаметром 34 метра, на которое установили центральную часть оболочки весом свыше 600 т.
В вершине купола имелось помещение диаметром 34 метра и площадью пола 900 м2 и массой 110 т. На внутренней поверхности купола были оборудованы грузовые подъемники на 5,25 и 100 т, установленные на высоте 106,7 метров. С целью обслуживания наружной поверхности купола предусматривалось устройство в виде полуарки, внутри которой был грузопассажирский лифт и лестницы. Полуарка перемещалась вокруг купола по рельсовому пути.
К осени 1984 года основные работы по возведению были завершены, но спустя несколько месяцев 25 января 1985 года купол рухнул в 7:30 утра, что позволило избежать жертв.
Причины:
Во время монтажа верхних колец, были первые тревожные сигналы о том плохом самочувствии конструкции, так как кольцо перемещалось вниз на величину больше, чем показывали проектные расчеты. Так же во время монтажа некоторые стержни теряли устойчивость, причину перегрузки устраняли, а прогибы в стержнях оставались.
Так же одной из возможных причин был резкий перепад наружной температуры. Наружная сеть была отделена от атмосферы лишь стальным листом толщиной 1,5, а внутренняя была закрыта утеплителем и находилась в стабильном температурном состоянии. Так как была зима, при отрицательных температурах нижняя сеть сжалась и застыла в этом состоянии, а наружная сеть при перепаде температуры быстро нагрелась и растянулась, тем самым оторвалась от раскосов и оболочка превратилась в две нити. Купол лег целиком, не разрушаясь кусками.
Проведем анализ работы сооружения с помощью программного комплекса SCAD Office.
Сечения элементов: пояса — спаренные уголки 160х10, сети из труб 83х2,8, раскосы — трубы 60х2,5 из стали С345.
Рис. 3. Оценка несущей способности купола
Для первичной оценки конструкции проведен анализ работы схемы от воздействия собственного веса. По данным расчета при исходных сечениях элементов устойчивость конструкции в целом не обеспечена. Также не обеспечена гибкость элементов наружной и внутренней сетей. Общий коэффициент использования составил 8,3 — элементы нижнего яруса верхней сети.
Также были оценены перемещения конструкции.
Рис. 4. Перемещения в узлах купола
Максимальные перемещения составили 124 мм.
Таким образом, можно сделать вывод, что устойчивость купола не обеспечена.
Несколько лет спустя после падения купола в Истре был разработан действующий в настоящее время национальный стандарт ГОСТ 27751–2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения». В нем появились следующие очень важные строчки: «для уникальных сооружений, не имеющих надежных методов расчетов или опробованных ранее в России аналогичных решений, расчет конструкций и оснований необходимо производить на основе специально поставленных экспериментальных исследований на моделях или натурных конструкциях».
Литература:
- Величайший «Купол» науки из Истры // PVSM. URL: https://www.pvsm.ru/sssr/248815 (дата обращения: 24.04.2020).
- Раша И. К. Опыт натурных испытаний конструкций. — СПб.: КОСТА, 2019. — 136 с.
- ГОСТ 27751–2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. — Москва: Изд-во стандартов, 2014. — 16 с.
