CC BY
42
Оригинальная статья / Original article УДК 69.056.55
DOI: http://dx.d0i.0rg/l 0.21285/2227-2917-2018-2-123-129
ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ ПОКРЫТИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ НА ПРИМЕРЕ Г. ИРКУТСКА
© А.К. Комаров3
Иркутский национальный исследовательских технический университет, 664074, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В старых городах с плотной застройкой капитальными зданиями и сооружениями различного назначения большое количество характеризующихся значительными размерами объектов, которые не имеют покрытий. Земельные участки, на которых располагаются спортивные и зрелищные сооружения, характеризуются отсутствием свободных площадок, транспортных магистралей или их минимальными размерами. Проблема актуальная и требует незамедлительного решения. Цель исследования - решение организационно-технологических и конструктивных проблем и создание концепции возведения большепролетного покрытия сооружения. МЕТОДЫ. Методом исследования является моделирование процесса строительного производства с помощью анализа габаритных (планово-высотных) характеристик сооружения и монтируемых конструкций, грузовых и высотных показателей механизмов и потенциально возможных способов монтажных работ. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Современные градостроительные нормы, урбанистические тенденции развития городов, требования к архитектурно-конструктивному решению объектов различного назначения объясняют необходимость разработки технологии и организации процессов устройства покрытий в условиях плотной застройки при минимизации использования крупногабаритных технических средств. ВЫВОДЫ. Сформулированная проблема существует практически во всех «старых» городах России и за рубежом. Не исключение и город Иркутск. В частности, для того, чтобы устроить покрытие одного из старейших стадионов города - стадиона «Труд», построенного в середине прошлого века и расположенного на чрезвычайно стесненной территории с низкой пропускной способностью транспортных магистралей, разработано и обосновано индивидуальное техническое и организационно-техническое решение, которое может быть использовано и для других объектов строительства. Предусматриваемая конструкция оригинальная и не имеет аналогов.
Ключевые слова: большепролетное сооружение, конструкция покрытия, поэлементный монтаж, метод рулонирования, монтажный поток, монтажно-маркированная схема.
Информация о статье. Дата поступления 22 апреля 2018 г.; дата принятия к печати 25 мая 2018 г.; дата онлайн-размещения 26 июня 2018 г.
Формат цитирования. Комаров А.К. Технология устройства большепролетных покрытий зданий и сооружений в условиях плотной городской застройки на примере г. Иркутска // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018. Т. 8. № 2. С. 123-129. DOI: 10.21285/2227-29172018-2-123-129
A TECHNOLOGY FOR CONSTRUCTING LARGE-SPAN ROOF STRUCTURES IN DENSELY-BUILT URBAN AREAS ON THE EXAMPLE OF IRKUTSK (RUSSIA)
A.K. Komarov
Irkutsk National Research Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation
ABSTRACT. AIM. Old cities with a dense built-up environment frequently feature a number of large uncovered buildings or constructions. Sites where entertainment and sports facilities are located are charac-
аКомаров Андрей Константинович, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительного производства, e-mail: [email protected]
Andrey K. Komarov, Candidate of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Construction Production, e-mail: [email protected]
terized by either a lack or deficiency of free space and sufficient transportation capacity. This problem is urgent and requires an immediate solution. The purpose of this study is to address the organizational, technological and structural problems arising in the process of creating large-span roof structures. METHODS. The method of the research consists in modelling the roof construction process by analysing the dimensions (horizontal and vertical) of erected structures, the weight and height values of the applied equipment and the lists of potentially-necessary erecting and mounting works. RESULTS AND DISCUSSION. Modern city-planning norms, urban developmental trends, technical requirements to various-purpose construction facilities determine the need for the development of technologies capable of facilitating the erection of roof constructions without the use of oversize equipment. CONCLUSIONS. It should be noted that the mentioned problem is typical for all old cities, both in Russia and abroad. The city of Irkutsk is no exception. In this research, in the process of creating a roof for one of the oldest stadiums in the city, "Trud", built in the middle of the last century and located on an extremely small-sized site with a low transport capacity, we developed an original organizational and technical solution that can be used for other construction projects. This construction design is original and has no analogues. Keywords: span construction, coating construction, feature-based method, method of roll-up, installation flow, assembly-marked scheme
Information about the article. Received April 22, 2018; accepted for publication May 25, 2018; avail-ableonline June 26, 2018.
For citation. Komarov A.K. A technology for constructing large-span roof structures in densely-built urban areas on the example of Irkutsk (Russia). Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2018, vol. 8, no. 2, pp. 123-129. (In Russian). DOI: 10.21285/2227-2917-2018-2-123-129.
Введение
В старых городах с плотной застройкой капитальными зданиями и сооружениями различного назначения большое количество характеризующихся значительными размерами объектов, которые не имеют покрытий. Это зрелищные сооружения, футбольные, легкоатлетические, ледовые, водные стадионы, ипподромы, треки, сценические площадки, аква-парки и другие. В период проектирования и строительства они отвечали существующим на тот момент техническим, градостроительным требованиям и стандартам. К ним пристраивались подсобные здания, вокруг возводились самые различные объекты, иногда напрямую не связанные с указанными выше. В результате сформировалась очень плотная застройка. Земельные участки, на которых располагаются спортивные и зрелищные сооружения, характеризуются отсутствием свободных площадок, транспортных магистралей или их минимальными размерами. Проблема актуальная и требует незамедлительного решения. Современные градостроительные нормы, урбанистические тенденции развития городов, требования к архитектурно-
конструктивному решению объектов различного назначения объясняют необходимость разработки технологии и организации процессов устройства покрытий в условиях плотной застройки при минимизации использования крупногабаритных технических средств.
Цель исследования - решение организационно-технологических и конструктивных проблем и создание концепции возведения большепролетного покрытия сооружения.
Методом исследования является моделирование процесса строительного производства с помощью анализа габаритных (планово-высотных) характеристик сооружения и монтируемых конструкций, грузовых и высотных показателей механизмов и потенциально возможных способов монтажных работ [1-14].
Результаты и их обсуждение Первый из вопросов, которые требуется решать, если планируется устройство покрытий большепролетных сооружений, - это транспортный вопрос. Конструкции покрытий практически невозможно доставить на строительную площадку в цельно-собранном виде. Следовательно, встает вопрос об укрупнительной
ISSN 2227-2917 (print) ISSN 2500-154X (online)
сборке, и, соответственно, необходима площадка для размещения стенда укрупнительной сборки. В то же время монтаж крупногабаритных конструкций предполагает использование грузоподъемных механизмов со значительными техническими характеристиками - грузоподъемности, вылета и высоты подъема крюка крана. Да и доставка кранов на объект строительства даже отдельными блоками обусловливает проблему: при работе большегрузных кранов со значительными геометрическими параметрами создается опасная зона, формируемая совокупностью опасных производственных факторов.
Таким образом, монтаж цель-нособранных несущих конструкций покрытий, характеризующихся большим весом и габаритами, очень дорогой: громадные транспортные расходы и затраты на организацию строительного производства (зон расположения механизмов, укрупнительной сборки, площадки складирования, рабочей и транспортной зон), а также обеспечение безопасности производства работ (ограничение или полный запрет эксплуатации прилегающих зданий, проездов, проходов, диспетчеризация работ, связанных с эксплуатацией механизмов) и другие проблемы и связанные с ними траты. Организация работ с использованием кранов меньшей грузоподъемности, но с теми же габаритами для поэлементного монтажа конструкций перекрытий немногим снижает напряженность строительного процесса, так как для осуществления поэлементного монтажа требуется целый арсенал средств подмащивания. Их установка, раскрепление, обслуживание, разборка - это тоже существенные затраты и средств, и времени.
В подобных условиях в «старых» российских и зарубежных городах стараются применять нетрадиционные конструктивные решения и методы строительства. К числу таких относятся: вантовые, мембранные
покрытия; перекрестно-стержневые системы; монтаж ригелей рам покрытий с использованием систем полиспастов и лебедок; монтаж методом надвижки; монтаж покрытий укрупненными блоками с использованием гидравлических и электромеханических домкратов; метод монтажа подъемом и надвижкой панельно-балочных конструкций. Для арочных покрытий разработаны и в практике строительства применяются: методы поворота в опорном шарнире полуарок; метод скольжения, вертикального подъема блоков арок; метод поворота без временных опор. При этом используется крановое оборудование с минимальными характеристиками и в минимальном объеме. Основными грузоподъемными средствами являются лебедки, полиспасты, домкраты. В комплекте с механизмами используются расчалки, оттяжки, распорки, якоря, средства подмащивания, грузозахватные устройства и кондукторы.
Таким образом, в мире накоплена громадная практика строительства уникальных сооружений, в том числе большепролетных покрытий. Классифицировать их сложно в связи с большим количеством и разнообразием исходных факторов, приведенных выше. Очень условно классифицировать методы строительства можно по используемым механизмам и организационно-технологическим решениям.
Приведенная ниже классификация сформирована на основе обсуждения проблемы в публичных изданиях и научно-технических отчетов проектировщиков, строителей и застройщиков.
Метод наращивания. Это монтаж цельнособранных несущих конструкций с использованием крупногабаритных большегрузных кранов и обеспечением зоны безопасности работ.
Метод наращивания - монтаж поэлементный с формированием не-
сущих конструкций в проектном положении с использованием крупногабаритных кранов, временных опор и обеспечением зоны безопасности работ.
Методы надвижки, поворота, вертикального бескранового подъема и другие. Это поэлементный монтаж с формированием несущих конструкций в проектном положении с использованием грузоподъемных механизмов (домкратов, лебедок и др.) с комплектующей оснасткой с обеспечением ограниченной локальной зоны безопасности работ.
По результатам многочисленных статистических данных и материалам, приводимых в различных литературных источниках, следует констатировать, что стоимость работ по варианту 2 составляет 85-90%; по варианту 3 - 80-85% от стоимости работ по варианту 1. Необходимо подчеркнуть, что эти данные весьма условные, так как сложно учесть все разнообразие факторов влияния.
Результаты анализа апробированы на реальном объекте, технические решения реализованы в пилотном проекте.
Рассмотрение на конкретном примере. Предусматриваемая конструкция оригинальная и не имеет аналогов.
Применительно к стадиону «Труд» в г. Иркутске предложено применить несущие элементы покрытия в виде комплексной конструкции. Опорными конструкциями планируется использовать мощные обвязочные балки, расположенные по периметру стадиона в уровне верха трибун. Обвязочные балки опираются на пилоны с внешней стороны трибун. Несущие элементы покрытия - фермы индивидуальной конструкции. Верхние пояса, решетка, связи, раскосы, прогоны - из прокатных металлических изделий.
Нижний пояс ферм, работающий на растяжение, предусмотрен в виде металлического стального листа
толщиной 10-15 мм и шириной около 1,0 м (достоверные проектные размеры сечения уточняются в процессе разработки рабочей документации). Включение в работу всего сечения стального листа обеспечивается установкой поперечных ребер жесткости и дополнительных стальных элементов коробчатого сечения по продольным краям листов. Шаг ферм 6 м, максимальный пролет 160 м. Верхний пояс конструкций предусмотрен в виде арки. Данная конструкция несущих элементов максимально приспособлена к условиям монтажа без использования крупногабаритных большегрузных кранов.
Монтаж покрытия осуществляется в следующей последовательности. Первый этап - монтаж нижнего пояса ферм из стальных листов методом рулонирования. Этот метод общеизвестен и технологически достаточно детально отработан. В данном случае стальные полосы собираются из заводских заготовок и сворачиваются в рулоны на цилиндрические каркасы в заводских же условиях. Вес такой заготовки не более 15 т., размеры примерно 2х2х2 м. Доставка таких заготовок на объект с использованием обычных транспортных средств не представляет никаких затруднений. Подъем каркасов со стальными листами на обвязочные балки на высоту не более 18 м и при минимальном вылете задача выполнимая с применением серийных мобильных кранов малой грузоподъемности. Закрепление каркасов со стальными листами предусмотрено к закладным элементам обвязочных балок. Не требуется ни страховочных канатов, ни якорей, ни тормозных лебедок.
Второй этап - раскручивание рулонов с помощью лебедок, установленных и закрепленных к обвязочной балке на противоположной стороне покрытия. Усилие раскручивания не превышает 12 т. Возможно использовать серийные лебедки и
стальные канаты. После рулонирования стальной полосе придается проектное положение. Окончательное закрепление осуществляется сваркой к закладным деталям обвязочной опорной балки. Для интенсивности процесса можно использовать 2-3 комплекта оборудования для звеньев рабочих.
Следующий этап - монтаж элементов верхнего пояса, прогонов, расколов, связей. С этой целью используется специально разработанная монтажная передвижная площадка (платформа), на которую устанавливается малогабаритная монтажная стрела или кран (подобие крышного крана «Пионер» - давнишняя российская разработка или аналог). Монтажная площадка (платформа) имеет стальную сварную раму и двухосное шасси. Платформа перемещается по стальным полосам нижнего пояса ферм. Для обеспечения безопасности перед началом работ к стальным листам по продольным краям привариваются стальные элементы коробчатого сечения, которые предусмотрены проектным решением конструкции фермы.
Платформа не имеет собственного двигателя и управляется двумя лебедками, установленными на противоположных сторонах опорной обвязочной балки.
Платформа (монтажная площадка) имеет на опорах винтовые домкраты. На каждой монтажной позиции - стоянке - с помощью домкратов платформе придается горизонтальное положение.
Поэлементный монтаж пространственной решетки (верхний пояс, прогоны, раскосы) производится
по направлению от середины к опорам двумя комплектами оборудования (2 платформы, 2 крышевых крана, 2 звена рабочих) во избежание неравномерной загрузки нижнего пояса ферм. На первом этапе монтируются элементы покрытия в трех пролетах. Далее платформы переставляются через пролет, монтаж производится также в трех смежных пролетах. Возможно использование двух монтажных потоков - процесс монтажа сокращается почти в два раза.
После завершения монтажа металлоконструкций до загрузки ферм материалами, изделиями, конструкциями крыши (тепло, гидроизоляция, внутренняя облицовка, технологическое эксплуатационное инженерное оборудование и другое) производится установка поперечных ребер жесткости на стальные листы нижнего пояса.
Далее процесс возведения покрытия происходит по традиционной технологической схеме.
Выводы
Проект возведения покрытия стадиона «Труд» в г. Иркутске является оригинальной и индивидуальной разработкой, характеризующейся оптимальным конструктивным решением, технологичностью и экономической эффективностью. Главные преимущества - возможность организации производства работ без использования мощного кранового оборудования, решение транспортной проблемы и снижение напряженности в вопросах безопасности труда и охраны площадки. Предлагаемое техническое и организационно-техническое решение может быть использованои для других объектов строительства.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Еремеев П.Г. Справочник по проектированию современных металлических конструкций большепролетных конструкций. М.: ОАО НИЦ «Строительство» ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 2011. 328 с.
2. Еремеев П.Г. Современные конструкции покрытий над трибунами стадионов. М.: Изд-во АСВ, 2015. 316 с.
3. Попов Н.А. Рекомендации по уточненному динамическому расчету зданий и сооружений на действие пульсационной со-
ставляющей ветровой нагрузки. М.: Стройиз-дат, 2000. 184 с.
4. Рязанцев Г.Е., Седельникова И.А., Назаров И.А. Современные автоматизированные системы контроля деформации большепролетных конструкций: Сборник трудов МГСУ (МИСИ). М.: Изд-во МИСИ, 2006. 262 с.
5. МРДС 02-08. Пособие по научно-техническому сопровождению и мониторингу строящихся зданий и сооружений, в том числе большепролетных, высотных и уникальных [Электронный ресурс]. URL: base.consultant.ru/stand/ (16.02.2018).
6. ГОСТ 32019-2012 Мониторинг технического состояния уникальных зданий и сооружений. Правила проектирования и установки стационарных систем (станций) мониторинга [Электронный ресурс]. URL: base.consultant.ru/stand/ (16.02.2018).
7. СТО 36554501-024-2010. Обеспечение безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного (прогрессирующего) обрушения при аварийных воздействиях / ОАО НИЦ «Строительство» [Электронный ресурс]. URL: base.consultant.ru/ stand/ (16.02.2018).
8. Николаенко Н.А., Назаров Ю.П. Динамика и сейсмостойкость сооружений. М.: Стройиздат, 1988. 318 с.
9. Все стадионы мира [Электронный ресурс]. URL: http://allstadiums.ru/ (12.03.2018).
10. Металлические большепролетные покрытия [Электронный ресурс]. URL: http://konstruqciebi.word-press.eom/2010/11/11/#more-16 (12.03.2018).
11. Классификация большепролетных конструкций [Электронный ресурс]. URL: http:/V/konstruqciebi.wordpress.com/2010/11/11 /#more-42 (12.03.2018).
12. Жуков А.А., Розина В.Е. Технико-экономическое обоснование организации строительных работ подготовительного периода в стесненных условиях // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2015. № 4. С. 139-143.
13. Комаров А.К., Горбачевская Е.Ю. К вопросу совершенствования процесса организации строительного производства // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2016. № 1. С. 28-34.
14. Дмитриева Т.Л., Минь Дат Ле Чан. Оптимальное проектирование металлического каркаса // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2016. № 2. С. 136-145.
REFERENCES
1. Eremeev P.G. Spravochnik po proektirovaniyu sovremennyh metallicheskih konstrukcij bol'sheproletnyh konstrukcij [Guide to design modern metal structures of large-span structures]. Moscow, OAO NIC «Stroitel'stvo» CNIISK im. V.A. Kucherenko Publ., 2011, 328 p. (In Russian).
2. Eremeev P.G. Sovremennye kon-strukcii pokrytij nad tribunami stadionov [Modern coating designs above the stands of stadiums]. Moscow, Izd-vo ASV Publ., 2015, 316 p. (In Russian).
3. Popov N.A. Rekomendacii po utoch-nennomu dinamicheskomu raschetu zdanij i sooruzhenij na dejstvie pul'sacionnoj sostavlya-yushchej vetrovoj nagruzki [Recommendations on the refined dynamic calculation of buildings and structures for the action of the pulsating component of the wind loading]. Moscow, Stro-jizdat Publ., 2000, 184 p. (In Russian).
4. Ryazancev G.E., Sedel'nikova I.A., Nazarov I.A. Sovremennye avtomatizirovannye sistemy kontrolya deformacii bol'sheproletnyh konstrukcij: Sbornik trudov MGSU (MISI) [Modern automated systems to control deformation of large-span structures: Collection of Proceedings of MSBU (MISI)]. Moscow, Izd-vo MISI Publ., 2006, 262 p. (In Russian).
5. MRDS 02-08. Posobie po nauchno-tekhnicheskomu soprovozhdeniyu i monitoring
stroyashchihsya zdanij i sooruzhenij, v tom chisle bol'sheproletnyh, vysotnyh i unikal'nyh [MRDS 02-08. Handbook for scientific and technical support and monitoring of buildings and structures under construction, including large-span, high-rise and unique]. Available at: base.consultant.ru/stand/ (accessed on 16 February 2018).
6. GOST 32019-2012 Monitoring tekhnicheskogo sostoyaniya unikal'nyh zdanij I sooruzhenij. Pravila proektirovaniya I ustanovki stacionarnyh sistem (stancij) monitoringa [GOST 32019-2012 Condition monitoring of the unique buildings and constructions rules of design and installation of permanent systems (stations) of monitoring]. Available at: base.consultant.ru/ stand/ (accessed on 16 February 2018).
7. STO 36554501-024-2010. Obe-spechenie bezopasnosti bol'sheproletnyh sooruzhenij ot lavinoobraznogo (progressiruyu-shchego) obrusheniya pri avarijnyh vozdejstvi-yah / OAO NIC «Stroitel'stvo» [STO 36554501024-2010. Safety of long-span structures from avalanche (progressive) collapse under accidental impacts / Joint Stock Companies of Research Center "Stroitel'stvo"]. Available at: base.consultant.ru/stand/ (accessed on 16 February 2018).
8. Nikolaenko N.A., Nazarov Yu.P. Di-namika I sejsmostojkost' sooruzhenij [Dynamics
and seismic stability of structures]. Moscow, Strojizdat Publ., 1988, 318 p. (In Russian).
9. Vse stadiony mira [All the stadiums in the world]. Available at: http://allstadiums.ru/ (accessed 12 March 2018).
10. Metallicheskie bol'sheproletnye pok-rytiya [Metallic long-span coatings]. Available at: http://konstruqciebi.wordpress.com/2010/11/ 11/#more-16 (accessed 12 March 2018).
11. Klassifikaciya bol'sheproletnyh kon-strukcij [Classification of large-span structures]. Available at: http:/V/konstruqciebi. word-press.com/2010/11/11/#more-42 (accessed 12 March 2018).
12. Zhukov A.A., Rozina V.E. Tekhniko-ehkonomicheskoe obosnovanie organizacii stroitel'nyh rabot podgotovitel'nogo perioda v stesnennyh usloviyah [Technical and economical proof of organisation of building works of a preparatory period in limited conditions]. Izves-
Критерии авторства
Комаров А.К. полностью подготовил статью и несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
tiya vuzov. Investicii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' [Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate], 2015, no. 4, pp. 139— 143. (In Russian).
13. Komarov A.K., Gorbachevskaya E.Yu. K voprosu sovershenstvovaniya processa organizacii stroitel'nogo proizvodstva [To the question of the development of building production organisation]. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' [Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate], 2016, no. 1, pp. 28-34. (In Russian).
14. Dmitrieva T.L., Min' Dat Le Chan. Optimal'noe proektirovanie metallicheskogo kar-kasa [Optimal design of metal carcass]. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' [Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate], 2016, no. 2, pp. 136145. (In Russian).
Contribution
Komarov A.K. has prepared the article for publication and is responsible for plagiarism.
Conflict of interests
The author declares no conflict of interests regarding the publication of this article.
