Надежность сетчатых куполов с учетом геометрических несовершенств в стержневых элементах | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Несмотря на коронавирус, электронный вариант журнала выйдет 6 июня.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №17 (307) апрель 2020 г.

Дата публикации: 26.04.2020

Статья просмотрена: 4 раза

Библиографическое описание:

Опарина, С. А. Надежность сетчатых куполов с учетом геометрических несовершенств в стержневых элементах / С. А. Опарина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 17 (307). — С. 87-89. — URL: https://moluch.ru/archive/307/69290/ (дата обращения: 29.05.2020).



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.

image

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.

image

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:

  1. Величайший «Купол» науки из Истры // PVSM. URL: https://www.pvsm.ru/sssr/248815 (дата обращения: 24.04.2020).
  2. Раша И. К. Опыт натурных испытаний конструкций. — СПб.: КОСТА, 2019. — 136 с.
  3. ГОСТ 27751–2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. — Москва: Изд-во стандартов, 2014. — 16 с.
Основные термины (генерируются автоматически): сетчатый купол, купол, время монтажа, Истра, SCAD, наружная сеть, истринский купол.


Похожие статьи

Работа сетчатого купола при монтаже навесным способом

При применении навесного способа в расчетах необходимо учитывать порядок монтажа конструкции. В статье описывается метод моделирования поведения конструкции при монтаже с использованием операция «монтаж» в ПК ЛИРА-САПР.На первом этапе работы определялась...

Восстановление купола цирка | Статья в сборнике международной...

Первым шагом для восстановления железобетонного купола стало обследование здания в апреле 2013 года. Задача специалистов заключалась в определении технического состояния отделочных и ограждающих покрытий здания в целях их пригодности при дальнейшей...

Технология строительства проекта Eden в качестве примера...

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...

Расчет эффективно-армированных тонких конических куполов...

Конструктивные формы современных зданий и сооружений чрезвычайно разнообразны; от массивных плотин – до ажурных конструкций. Выбор формы зданий определяется многими факторами: их назначением, условиями работы и методами расчета.

Применение LVL-бруса в стропильных системах | Молодой ученый

Рис. 1. Купол аквапарка. Диаметр купола 90 метров, высота 45 метров.

SCAD office изучался достаточно подробно и длительное время, но программа долгое время не обновлялась под современные компьютеры, имела

Научный журнал “Молодой Ученый” в социальных сетях

Муза-Ахматова (на примере анализа цикла стихотворений...)

В певучем граде моем купола горят, И Спаса светлого славит слепец бродячий... — И я дарю тебе свой колокольный град

Для цветаевской героини такая неразмерная ценность — её родной город. В певучем граде моём купола горят, И Спаса светлого славит слепец бродячий…

Перспективы внедрения технологии строительства купольных...

В мирное время фортификация в полевых условиях не требует высокой прочности от зданий и сооружений. В связи с этим появляется задача упрощения процесса строительства. Чаще всего в полевых условиях используют лагери-биваки (палаточные лагеря) или в оборонительных...

Особенность византийского храмового зодчества

Цемяночный быстросхватывающийся раствор позволял возводить купола и своды по древневосточному обычаю — без использования дорогостоящих лесов. При строительстве куполов кладка выполнялась отдельно — кольцо за кольцом, наклоняя кирпичные ряды.

Разработка узла крепления рамы светопрозрачной оболочки...

В статье рассмотрен расчет светопрозрачной оболочки, основываясь на полученных результатах, разработан конструктивный узел крепления профиля рамы светопрозрачной оболочки к несущим конструкциям покрытия жилого дома.

Похожие статьи

Работа сетчатого купола при монтаже навесным способом

При применении навесного способа в расчетах необходимо учитывать порядок монтажа конструкции. В статье описывается метод моделирования поведения конструкции при монтаже с использованием операция «монтаж» в ПК ЛИРА-САПР.На первом этапе работы определялась...

Восстановление купола цирка | Статья в сборнике международной...

Первым шагом для восстановления железобетонного купола стало обследование здания в апреле 2013 года. Задача специалистов заключалась в определении технического состояния отделочных и ограждающих покрытий здания в целях их пригодности при дальнейшей...

Технология строительства проекта Eden в качестве примера...

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...

Расчет эффективно-армированных тонких конических куполов...

Конструктивные формы современных зданий и сооружений чрезвычайно разнообразны; от массивных плотин – до ажурных конструкций. Выбор формы зданий определяется многими факторами: их назначением, условиями работы и методами расчета.

Применение LVL-бруса в стропильных системах | Молодой ученый

Рис. 1. Купол аквапарка. Диаметр купола 90 метров, высота 45 метров.

SCAD office изучался достаточно подробно и длительное время, но программа долгое время не обновлялась под современные компьютеры, имела

Научный журнал “Молодой Ученый” в социальных сетях

Муза-Ахматова (на примере анализа цикла стихотворений...)

В певучем граде моем купола горят, И Спаса светлого славит слепец бродячий... — И я дарю тебе свой колокольный град

Для цветаевской героини такая неразмерная ценность — её родной город. В певучем граде моём купола горят, И Спаса светлого славит слепец бродячий…

Перспективы внедрения технологии строительства купольных...

В мирное время фортификация в полевых условиях не требует высокой прочности от зданий и сооружений. В связи с этим появляется задача упрощения процесса строительства. Чаще всего в полевых условиях используют лагери-биваки (палаточные лагеря) или в оборонительных...

Особенность византийского храмового зодчества

Цемяночный быстросхватывающийся раствор позволял возводить купола и своды по древневосточному обычаю — без использования дорогостоящих лесов. При строительстве куполов кладка выполнялась отдельно — кольцо за кольцом, наклоняя кирпичные ряды.

Разработка узла крепления рамы светопрозрачной оболочки...

В статье рассмотрен расчет светопрозрачной оболочки, основываясь на полученных результатах, разработан конструктивный узел крепления профиля рамы светопрозрачной оболочки к несущим конструкциям покрытия жилого дома.

Задать вопрос