Олимпиада-80. Крыши над стадионами.

Инженерам, строителям известно, как красивое и непрактичное решение - подвесная крыша, может при нарушении правил эксплуатации привести к катастрофе. Однако бывают случаи, когда подвесная крыша значительных размеров - не прихоть проектировщика, а необходимое требование. Один из таких случаев - крыши спортивных сооружений.

Действительно, несущие кровлю колонны где-нибудь на середине футбольного поля или бассейна выглядят несколько не на месте.

36 фото via

Самые старые и проработанные способы построить безопорную кровлю - это сделать купол, или арки, или уложить стропила. Однако купола/арки требуемых для стадиона размеров, исполненные из традиционных материалов по традиционным технологиям (бетон, к примеру) получатся огромной высоты, объёма и потребуют значительных затрат на отопление и вентиляцию неиспользуемых подкупольных пространств (желающие могут вспомнить про зал народов Шпеера).

Стропила лучше, но на таких размерах тоже требуют значительного объёма материала.

Поэтому когда в Советском Союзе возникла необходимость постройки нескольких больших крытых стадионов к Олимпиаде 1980 года, строители пошли по третьему пути - и решили построить эти стадионы с крышей из металлической мембраны. Мембрана эта представляет из себя относительно тонкий металлический лист (4-5мм), который подвешен на заранее установленных опорах; вес конструкций для такой схемы в 2-3 раза меньше, чем при традиционных кровлях.

Самым большим стадионом с самой большой (33000м2, около пяти футбольных полей) крышей стал спорткомплекс "Олимпийский", до сих пор это самый большой крытый безопорный стадион в Европе.

Начало строительства (ну как начало, для постройки стадиона снесён огромный район застройки старой Москвы). Тридцать две стальные опоры поднимаются на высоту 41 метра, где соединяются между собой огромной, пять на полтора метра в сечении, стальной коробкой. В эту коробку будут залиты шесть тысяч кубометров бетона (почти тысяча автомиксеров), это и будет внешняя основа, удерживающая кровлю.

Посредине будущего стадиона возводится временное сооружение, на котором устанавливается центральное опорное кольцо, внутренняя основа кровли. И на внешнем и на внутреннем кольцах монтируются подъёмные краны, которые будут элементы кровли поднимать и устанавливать на место.

На фото ниже видно, как будет устроена верхняя часть стадиона после окончания стройки. Надо отметить, что элементы (как их называют за форму - "лепестки") кровельной мембраны, при четырёх миллиметрах толщины имеют длину до сотни метров и массу до 25 тонн.

Такой лист металла нельзя просто взять и подвесить за две опоры , его банально ветром оторвёт. Поэтому для жёсткости предусмотрены решетчатые стальные фермы, которые видно на фото: на них установлены воздуховоды, мостики для обслуживания кровли и главное - они выполнены как раз по форме укладываемых на них мембранных лепестков.

Мягкость мембранных лепестков имеет, как ни странно, один плюс - их можно было кроить по точным чертежам на заводе, и везти обычным грузовиком, свернув в рулончик.

На рисунке ниже мы видим подъём такого лепестка сквозь кровлю (извините, в лучшем качестве не нашёл). Лепесток закреплён на удерживающей траверсе, но видно, что он обвис буквально как бумага, из такого материала без поддержки ничего не сделать. Саму траверсу поднимает пара кранов - башенный, смонтированный по центру будущего стадиона и один из внешних кранов на периметре, вся конструкция - более пятидесяти тонн.

После того, как все лепестки были уложены на место, их нужно закрепить. Сваркой ничего не сделать, приходится по старинке работать пневмогайковёртом; 90.000 болтов понадобилось для скрепления элементов крыши между собой.

И наконец последняя, самая ответственная часть работы. После того, как кровлю свинтили и она стала единым целым, нужно аккуратно удалить временное сооружение, на которое опиралось центральное кольцо, и кровля повиснет под собственным весом (какие-то три тысячи тонн общий вес, не о чем говорить). Удаление центра и опускание кровли постарались сделать максимально медленно и плавно, применяя древнейшую технологию, известную как "песочный домкрат": временная опора стоит на стальных стаканах, полных песка.

Песок медленно-медленно вытекает из стаканов, опора и кровля вместе с ней плавно-плавно опускаются.

Все сооружения московской Олимпиады строились в расчётом активного дальнейшего использования. Было ясно, что общая вместимость "Олимпийского" - 45.000 человек мало когда может быть востребована, поэтому изначально в проект была заложена перегородка, которая разделяла здание по длинной оси и позволяла проводить в двух его частях независимые события.

Пишут, что во время Олимпиады одновременно проводились матчи по баскетболу с одной стороны здания и боксерские бои с другой.

А рядом с крытым стадионом строится здание бассейна.

Оно попроще в отношении кровли, здесь максимальная длина перекрытия всего 105 метров против 240 метров у крытого стадиона. Поэтому можно сделать кровлю по более традиционной технологии.

Здесь основную часть нагрузки будут нести две стальные симметричные полуокружности, закреплённые на концах в тяжелых бетонных фундаментах.

12

Одновременно с установкой колонн монтируются временные опоры в середине здания, и с них устанавливаются направляющие фермы. Расстояние между этим фермами накрывается банальным профнастилом.

Можно сравнить, насколько мембранная технология выгоднее в плане веса: у крытого стадиона вес конструкций мембранной кровли - около 45 килограммов на квадратный метр, у бассейна - около двухсот.

15

Во время Олимпиады здесь проходили соревнования по всем водным видам: плаванию, водному поло и прыжкам в воду.

17

Еще одним примером постройки стадиона сверх необходимых параметров стал Самый Большой Крытый Велотрек: Олимпийские правила допускают длину трека в 250 или 333.(3) метра, и соревнования до сих пор проводили либо на на более коротких, но крытых треках, либо на более длинных, но открытых. К Олимпиаде-80 в Крылатском решили построить крытый длинный трек.

Длина эллипса трека составляет 168 метров, ширина 138 метров, т.е. примерно два поперёк уложенных футбольных поля входит под него. При проектировании старались, поскольку здание строилось практически в парке, не делать его без нужды высоким. Кровлю, как и в крытом Олимпийском стадионе, решили соорудить из относительно тонкой (4мм) стальной мембраны.

Для опоры кровли соорудили четыре стальных арки - две, практически лежачие на конструкциях трибун, горизонтальные, и две практически вертикальные. Для каждой из пар арок строили отдельную независимую крышу, пространство между ними стеклили.

В отличие от крытого Олимпийского стадиона, где для придания жёсткости металлу на огромных пролётах сооружали поддерживающие конструкции, здесь смогли обойтись относительно тонкой металлической сеткой, на которую укладывали один за другим стальные полосы.

Сама эта металлическая полоса с завода приезжала в рулонах, на стройке её разматывали и подавали на крышу, где по месту уже закрепляли. (вверху). Как раз размотка металла: внизу кадра стенд с рольгангом, через ролик на опоре (посередине кадра) стальная лента поднимается наверх и подтягивается лебедками к верхним опорам.

В результате - общий вес металлической мембраны с поддерживающей сеткой - всего 600 тонн на всю крышу.

Во время Олимпиады на треке, естественно, проводили соревнования по велосипедному спорту. И после Олимпиады условия трека в Крылатском: длинная дорожка, очень качественное покрытие (паркет из лиственницы), независимость от погодных условий делали его очень популярным местом для соревнований. Неоднократно (как успешно, так и нет) здесь пытались улучшить всякие рекорды, типа часового рекорда скорости на велосипеде.

В спортивном комплексе Измайлово не стали, в отличие от крытого Олимпийского стадиона, возводить центральную временную опору для сооружения кровли.

Поскольку площадь мембраны здесь значительно меньше, пошли другим путём: взяли еще более тонкую и лёгкую (2мм, зато нержавеющую) сталь, и собрали кровлю начерно прямо на земле, внутри периметра здания. Затем подвесили её за уголки, и стали медленно поднимать. Когда вся её площадь оказалась в воздухе, отрегулировали зазоры, и накрыли места зазоров стальным 2.5-сантиметровым усиливающим листом.

И уже в готовом состоянии, стали очень лёгкую (в сравнении, конечно) 200-тонную кровлю за уголки поднимать на место.

На фото сверху как раз и идёт процесс регулировки зазора для придания кровле необходимой формы. Потом зазоры накроют более толстым листом для усиления и всё сварят в единое целое. В отличие от кровли крытого Олимпийского стадиона здесь удалось обойтись сваркой, поскольку форма крыши была определена окончательно ещё до её установки на место.