Большепролетные зальные сооружения в архитектуре и строительстве
"Парящее" перекрытие
Одним из наиболее показательных примеров реализации на практике концепции "интеллигентного строительства" большепролетных сооружений по праву может считаться здание аэропорта в Гамбурге, вернее, его послереконструкционный вариант. Перекрытие этого сооружения, по площади сравнимое разве что с футбольным полем, было выполнено с использованием новой монтажной технологии, предусматривающей "плавающее" возведение несущего каркаса посредством передвижной системы лесов. Ранее такая технология применялась только при строительстве мостов.
Предыстория появления и реализации данного проекта такова. Существующее здание аэровокзала к 1992 году уже исчерпало свои возможности относительно приема больших людских потоков. Рассчитанное на "пропуск" 7 млн человек в год, здание уже не могло справиться с задачами, возникающими с ростом значения гамбургского аэропорта в системе международных транспортных коммуникаций (по расчетам экспертов, к 2000 году пассажиропоток должен был возрасти до 10 млн человек). Поэтому возникла необходимость в модернизации всего аэропорта как транспортного узла вообще и здания с залом для ожидания пассажиров в частности. Кроме задач чисто функционального характера, перед проектировщиками ставилась задача делать градостроительный акцент на реконструируемой территории - иначе говоря, сделать облик здания визуально привлекательным и запоминающимся. Исходя из этих предпосылок и была разработана концепция модернизации сооружения.
Перекрытие аэровокзала было решено выполнить в виде легкой светопрозрачной конструкции из изогнутых металлических несущих ферм с внешней оболочкой с заполнениями из стекла. Кроме того, предполагалось создать новые соединительные коммуникации между старым и новым залом ожидания (также с использованием современных "хайтековских" материалов и конструкций). А все это вместе должно было представлять некие современные "ворота в мир", соединяющие старый город и окружающее его пространство.
На практике выполнение "плавающего" несущего перекрытия оказалось достаточно сложной задачей. И это неудивительно - ведь требовалось перекрыть пространство весьма внушительных размеров - 75 на 101 м. В качестве основного конструкционного материала были избраны металлические полые трубы немецкой фирмы "Mannesmann" различных диаметров. Несущие фермы, выполненные из этих изделий, должны были быть приспособленными для выдерживания высоких аэродинамических нагрузок и в то же время не слишком массивными и тяжелыми, так как эстетическая сторона проекта предполагала определенную легкость и изящество конструкции перекрытия. Некоторое сокращение пролета несущих арок было достигнуто за счет внесения опорных точек внутрь основного сооружения так, чтобы между опорами и ограждающими стенами оставалось пространство шириной 6 м. Таким образом, пролет арок был сокращен до 62 м. Тем не менее и приданной длине для выполнения свободной "плавающей" конструкции потребовались новые, ранее не использовавшиеся на практике технические решения.
Одним из этих решений стало выполнение так называемых фахверковых опорных конструкций. Опорный узел каждой фермы состоял из двух треугольных рам из металлических труб большого диаметра, которые в свою очередь передавали нагрузку на железобетонный элемент с прямоугольным поперечным сечением. Распор фахверковой конструкции составил 3,5 на 5,2 м, благодаря чему было достигнуто наиболее рациональное распределение нагрузки. Однако в данном случае не исключалась опасность, которая заключалась в том, что фахверковая опорная конструкция подвергалась очень большим изгибающим нагрузкам. Но поскольку она была изготовлена из труб повышенной жесткости, никаких сбоев в работе конструкции не последовало.
Не менее сложным оказалось конструирование внешней оболочки перекрытия. Ее предполагалось выполнить в виде некой легкой изогнутой "скорлупы", не имеющей лишних швов. Соединение несущих ферм и внешней оболочки должно было осуществляться посредством специальных металлических прогонов, расположенных перпендикулярно к поверхности перекрытия. Проблема естественного освещения зала ожидания была решена в результате чередования остекленных и глухих полос на поверхности оболочки перекрытия. Остекление большой площади практически не отразилось на несущей способности оболочки - она оказалась устойчивой к воздействию высокой ветровой нагрузки. Чтобы подчеркнуть архитектонику сооружения, металлические элементы глухих участков перекрытия оставляли необлицованными. Эстетика интерьера зала ожидания от этого нисколько не пострадала. Что же касается самой конструкции глухих участков оболочки перекрытия, то она состояла из звукоизоляционных ребристых трапециевидных листов из стали, пенополистирольных матов, выполняющих роль теплоизоляционного слоя, и внешнего покрытия из алюминиевых листов со сдвоенными фальцами.
Когда принципиальные вопросы, связанные с конструкцией сооружения, были решены, наступила очередь для выбора технологии строительства. Необходимо было определить, как с наименьшими финансовыми и временными затратами изготовить огромную несущую конструкцию, оттранспортировать ее на место строительства и смонтировать там. Поскольку при этом особое значение придавалось экономичности строительства, все локальные вопросы и проблемы решались с учетом именно этого показателя. Первым шагом в данном направлении стало решение, предусматривающее использование и транспортировку на стройплощадку металлических труб небольшой длины. После того, как пропорции и размеры несущих арочных ферм просчитывали (с точностью до миллиметра), соответствующую техническую информацию направляли на завод-изготовитель труб, находящийся в Дортмунде. Всего было изготовлено 105 изогнутых секций. Из них впоследствии и смонтировали несущую конструкцию перекрытия. Элементы опорной фахверковой конструкции были выполнены так, что их можно было легко соединить с несущими арочными элементами при помощи стандартной технологии сварки.
В дальнейшем технологию строительства разделили на несколько этапов. Сначала сегменты арочных ферм, доставленные на стройку, сваривались между собой. Затем готовые арки поднимались на нужную высоту при помощи башенных кранов и монтировались вместе с фахверковыми конструкциями. Башенные краны и все прочие монтажные приспособления передвигались по системе рельсов, что и дало основание определить технологию монтажа как "плавающую". Монтаж несущих ферм велся, начиная с северной части сооружения. Сразу же после монтировки каждой пары ферм на данном участке перекрытия начиналась сборка элементов внешней оболочки перекрытия. Готовые секции перекрытия монтировались на несущую конструкцию при помощи передвижных лесов. Последние по мере продвижения работ также перемещались от северной части сооружения к южной.
Благодаря использованию такой монтажной технологии строительство сооружения было завершено за рекордно короткий срок - 3 месяца. После окончания строительства прошло уже четыре года, но до сих пор аэровокзал в Гамбурге остается непревзойденным примером высокой технологичности в области строительства зальных сооружений.
Восточный терминал
Аэропорт во Франкфурте считается одним из самых значимых транспортных узлов такого класса не только в Германии, но и во всей Европе. Ежегодно он принимает от 10 до 12 млн пассажиров.
Более того, к 2000 году предполагается существенно увеличить данный показатель. Комплекс аэропорта состоит из множества разнообразных объектов, среди которых композиционными доминантами являются залы для ожидания пассажиров. Так называемый восточный терминал (один из зальных объектов) площадью 35000 м2 тоже был возведен из металлических конструкций, изготовленных фирмой "Mannesmann". В данном случае металлоизделия использовались не только для выполнения перекрытия, но и для устройства фасада площадью 12000 м2. Для изготовления этих двух конструкций было использовано 2350 тонн металлических труб, что уже само по себе стало рекордом.
Здание восточного терминала представляет собой сочетание трех отдельных залов, объединенных под общей кровлей. В качестве несущей конструкции сооружения были выбраны объемно-пространственные решетки, выполненные из пустотелых стальных профилей повышенной жесткости. На выбор именно этих конструкций повлиял и их относительно небольшой собственный вес, высокая устойчивость к коррозии (поверхность профилей имеет специальное цинковое покрытие) и возможность быстрого и рационального монтажа посредством резьбовых соединений.
Наиболее сложным этапом проектирования оказалась корректировка типовой структуры объемно-пространственных решеток в соответствии с индивидуальными требованиями к несущей способности сооружения. В результате была разработана однородная несущая конструкция, включающая в себя минимальное количество строительно-монтажных элементов, довольно филигранная и изящная, но способная к восприятию достаточно высоких нагрузок.
Рациональное распределение несущего момента было достигнуто следующим образом. При высоте несущих ферм 6,3 м только треть ее попадало в поле активного действия нагрузки; оставшийся участок служил своего рода распределителем. Благодаря этому зона пространственной решетки, примыкающая к местам крепления в железобетоне, не могла смещаться вследствие воздействия нагрузок. В верхней зоне излома ферм использовались специальные стержневые крепления, усиливающие конструкцию. И, наконец, дополнительной мерой, обеспечивающей статическую надежность сооружения, явилось применение горизонтальных ферм, работающих на растяжение.
Стены сооружения были выполнены с применением металлических профилей сечением 160 на 160 мм и 180 на 180 мм. В общей сложности для изготовления всех фасадных конструкций потребовалось 350 тонн пустотелых стальных профилей. Для заполнений между металлическими самонесущими элементами было использовано стекло, отличающееся повышенными звукоизоляционными характеристиками. Монтаж фасадов был произведен с использованием легкой мобильной крановой техники, позволившей значительно сократить сроки строительства.
Елена ИНОЗЕМЦЕВA
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 32 за 1997 год в рубрике архитектура
