Инженерно-конструктивные факторы влияющие на строительство аквапарков

1.Введение

Аквапарком называют крытый или открытый плавательно - развлекательный комплекс, традиционно сочетающий водные горки, бассейны, джакузи, гидромассаж и другие, преимущественно водные виды спорта и развлечений. В сооружениях развлекательных водных комплексов в качестве несущих чаще всего применяются деревянные клееные конструкции, так же и распространены конструктивные решения аквапарков по металлическим (и железобетонным) фермам. Примером деревянных клееных конструкций служит типовой проект физкультурно-оздоровительного комплекса с бассейном, спортивным залом и бытовыми помещениями в двухэтажной части разработан специалистами института «Моспроект-4». Проект каркаса покрытия над зданием выполнен из клееных деревянных конструкций в лаборатории деревянных конструкций ЦНИИСК в 2005 году. По этому проекту в Москве построено около десяти сооружений, в том числе на Зеленом проспекте фирмой «Крован КДК», на Большой Академической улице и др. Конструкции изготавливались на Волоколамском и Нижегородском (ДОК-78) заводах клееных конструкций. Здание аквапарка при гостинице «Прибалтийская» (Санкт-Петербург) соединено переходом с гостиницей и спроектировано ООО «Сора». Конструкции покрытия из клееной древесины разработаны в ЦНИИСК. Изготовление конструкций осуществлено заводом в г. Королеве.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Инженерно-конструктивные факторы влияющие на строительство аквапарков.

В формировании материальной оболочки здания  решающее значение имеет группа инженерно конструктивных факторов, тесно связанных с подсистемой строительства:

— конструктивные системы  и методы возведения зданий;

— инженерное и технологическое оборудование;

— строительные материалы.

          Выбор  конструкций и метода  возведения здания непосредственно обусловлен объемно-планировочной структурой аквапарка и определяет характер ограждающего пространства.

Задача строительства закрытого аквапарка охватывает комплекс проблем, которые пересекаются с техническими вопросами перекрытия больших площадей.   При   этом     строительная    конструкция   должна     работать    в «агрессивной» воздушной среде продолжительное время, выдерживать переменные теплофизические нагрузки внутренней и внешней атмосферы и в результате — обеспечить реальный режим рентабельной эксплуатации здания на протяжении десятков лет.

           Инженерное оборудование аквапарка многочисленно, разнообразно и предназначено для эффективного его функционирования. Комплекс инженерных коммуникаций включает в себя гидравлику, водоподготовку, вентиляцию и кондиционирование, канализацию (в том числе ливневую и дренажную), системы теплоснабжения, воздушного и водяного отопления, дымоудаления, пожаротушения, холодоснабжения, электрообеспечения, сети радио- и видеосвязи,светодинамический эффектов и т.д.

Для установки оборудования в аквапарке предусматриваются специальные технические помещения, которые могут занимать целый этаж. Под прокладку сетей проектируют вертикальные каналы, шахты и стояки в ограждающем пространстве сооружения. Грамотное инженерное оснащение водного комплекса — залог его бесперебойного функционирования и возможность создания комфортных и безопасных условий для посетителей.

        Подбор строительных материалов для любых конструктивных элементов сооружений аквапарков осуществляется с учетом   основой функции и в соответствии с климатическими   условиями местности.

Так, необходимо, чтобы несущая  конструкция могла выдерживать не только вес постройки, но и ветровые, сейсмические и другие нагрузки, поэтому её

изготавливают из материалов, которые достаточно прочны и выдерживают

работу на сжатие, поэтому горизонтальные несущие элементы любых конструкций выполняются из составляющих, хорошо работающих на изгиб: железобетон, дерево, металл.

      Ограждающие конструкции выбираются с учетом требований тепло- и

звукоизоляции, долговечности и огнестойкости, т.к. они подвержены влиянию холода, ветра снаружи и воздушных масс с повышенной влажностью изнутри. А значит, должны удовлетворять нормам по устойчивости к воздействию воды, т.е. последствиям ее испарения, отвечать требованиям эстетики и соответствовать

концептуальным особенностям, положенным в основу проекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Несущие конструкции аквапарков закрытого типа

 

        В сооружениях развлекательных водных комплексов в качестве несущих

применяются конструкции, аналогичные тем, которые зарекомендовали себя в  зданиях бассейнов .

При выборе несущих конструкций основного объема аквапарка из их

общего многообразия, следует увязывать основные требования прочности и

экономичности, применять такие индустриальные схемы, которые позволили бы   не только обеспечить оптимальные решения продольного и поперечного

профилей зала, но и привести их в соответствие с климатическими условиями региона.

        Наиболее распространенные из них - конструктивные решения аквапарков по металлическим (и железобетонным) фермам. Более надежным считается использование в большепролетных покрытиях аквапарков металлических ферм — как плоских, так и пространственных. Рамные конструкции, чаще всего из  монолитного железобетона, позволяют создавать интересные очертания  интерьеров акваторий, отвечающие функциональному назначению комплекса - развлечения на воде.

   Рамные системы могут также быть выполнены и из дерева:

полностью из досок или цельных брусьев, склеенных в углах. Значительное

место в проектировании аквапарков занимают арочные покрытия. Форма арок  привлекает возможностью экономно использовать пространство посредством  установки стартовых площадок в их стреле и сокращать функционально  неоправданный объем к торцам .

ррр

Внимание к вопросам эксплуатации общественных сооружений, в составе

конструкций и материалов которых имеется железобетон, обострилось после

обрушений крыш и пролетов сооружений нестандартных конструкций в Москве - купола аквапарка в районе Ясенево, а также здания Басманного рынка.

 

3.1 Пример использования в качестве каркаса сооружения аквапарка

ДКНК (спортивно-оздоровительный комплекс ≪Абзаково≫).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Большепролетные клееные деревянные конструкции (БКДК)

 

 

 

3.4 Варианты возможных типов несущих конструкций  в закрытых аквапарков (на примере бассейнов)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Там предусмотренные проектом алюминиевые фермы были заменены на монолитную железобетонную оболочку по требованию фирмы-застройщика. В свете обозначенных проблем перед архитекторами и конструкторами  была поставлена задача создания легких и прочных сводчатых конструкций для  перекрытия больших по размеру зданий без тяжелых трудоемких покрытий и промежуточных опор.

Как следствие, широко применяются в проектировании аквапарков

открытые металлические большепролетные конструкции (многопролетные,

консольные, пространственные ≪структуры≫, мембраны), которые органически  участвуют в создании объемно-художественной композиции сооружения и помогают решать функциональные проблемы, связанные с искусственным освещением, вентиляцией, акустикой. Данные конструкции целесообразно  применять в северных широтах, поскольку они прекрасно переносят зиму, при  условии их соответствующей обработки .

Практика эксплуатации сооружений с металлическими конструкциями в их основе показала, что первопричиной катастроф на таких российских объектах, как бассейны ≪Дельфин≫ в г. Чусовой (Пермская область) и ≪Спартак≫ в Новосибирске стала коррозия металлоконструкций.

С развитием технологий тяжелые металлические конструкции все чаще

уступают место легким деревянным конструктивным элементам —балкам,

аркам, рамам. Их основные преимущества: легкость и химическая стойкость -используют при возведении аквапарков и крытых бассейнов в Европе. При

сравнении различных вариантов большепролетных конструкций в аквапарках

дерево оказалось чрезвычайно конкурентоспособным как при строительстве, таки при эксплуатации сооружений.

       Неограниченные возможности создания оптимальных форм залов

аквапарков дают висячие покрытия. Висячие покрытия оказываются наиболее  экономичными по сравнению с другими конструкциями в тех случаях, когда  требуется перекрывать средние и большие пролеты без внутренних опор.

В последние десятилетия интенсивное развитие, особенно в

западноевропейской практике, получило прогрессивное направление

проектирования и строительства аквапарков с использованием

трансформируемых покрытий. В этом направлении имеется два подхода. В

первом обычно стальные или бетонные покрытия (иногда вместе со стенками) по  рельсам откатываются в сторону, открывая одну часть зала и накрывая другую.

Во втором - системы трансформации облегченных конструкций, изменяющиеся  в габаритах одного здания. Принцип работы основан на подвижных секциях,  надвигающихся (или вдвигающихся) друг на друга или на неподвижную секцию  в одной из частей здания. Как правило, в неподвижной части располагаются  помещения дополнительного сервиса, в трансформирующейся - зона водных  аттракционов и спортивных бассейнов. Данная конструкция пригодна для любого набора горок и ванн.

Очень популярны также складывающиеся, убирающиеся, свертывающиеся

конструкции из легких полимерных материалов: с тентовыми и полимерными покрытиями, в которых легкая оболочка из синтетических волокон  поддерживается избыточным давлением воздуха, создаваемым

вентиляционными установками. Аквапарки с такой конструкцией можно

адаптировать к любым климатическим условиям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Отечественный и зарубежный  опыт деревянных клееных конструкций в строительстве акваобъектов

 

Отечественный опыт

1)Типовой проект физкультурного комплекса

Типовой проект физкультурно-оздоровительного комплекса с бассейном, спортивным залом и бытовыми помещениями в двухэтажной части разработан специалистами института «Моспроект-4». Проект каркаса покрытия над зданием выполнен из клееных деревянных конструкций в лаборатории деревянных конструкций ЦНИИСК в 2005 году. По этому проекту в Москве построено около десяти сооружений, в том числе на Зеленом проспекте фирмой «Крован КДК», на Большой Академической улице и др. Конструкции изготавливались на Волоколамском и Нижегородском (ДОК-78) заводах клееных конструкций.

Основными несущими конструкциями покрытия над бассейном размерами в плане 19 × 30 м являются трехшарнирные арки кругового очертания сечением 140 × 512 мм с опиранием на железобетонные колонны в разных уровнях (на отметках 2,7 и 3,2 м). Шаг арок равен 3 м. Для образования требуемого очертания крыши на половине пролета арок устроены надстройки в виде решетчатых ферм (над бассейном)с криволинейным верхним поясом большего радиуса. Узлы арок выполнены на вклеенных стержнях по системе ЦНИИСК. Опорные узлы устроены шарнирно-неподвижными в виде V-образных вклеенных анкеров с дополнительным усилением опорных зон наклонно вклеенными стержнями для повышения сдвиговой прочности и предотвращения трещинообразования. Распор на закладные детали опор передается через приваренные к ним специальные стальные упоры и противоветровые шайбы. Коньковые узлы арок устроены также на вклеенных стержнях с применением идеальных цилиндрических шарниров симметричной конструкции, в которых полуарки объединяются стальными шайбами. Все металлические детали защищены от коррозии горячим цинкованием, поскольку среда в бассейнах с хлорированной водой является агрессивной по отношению к металлу. По аркам и верхним поясам надстройки с шагом 1,6 м уложены неразрезные прогоны сечением 100 × 230 мм с подрезками глубиной до 30 мм, благодаря которым прогоны выполняют функции распорок. Крепление прогонов к аркам выполнено наклонно вбитыми шкантами из арматурных стержней 16А240. Наклонное расположение шкантов обеспечивает их работу на выдергивание от действия отрицательного ветрового давления. Пространственная жесткость каркаса достигается стальными крестовыми связями, закрепленными на сварке к закладным деталям по верхним кромкам крайних пар арок и надстроек, а также диском, образованным профнастилом по прогонам.

Обследования клееных конструкций, проведенные в бассейнах после их сдачи в эксплуатацию в разное время, позволяют сделать вывод об их хорошем состоянии. Оно во многом обеспечивается благоприятными условиями эксплуатации в зданиях такого назначения. Наличие большой площади испарения с поверхности воды способствует саморегулированию относительной влажности воздуха в помещении на требуемом уровне (не ниже 45%) и поддержанию равновесной влажности древесины конструкций на уровне влажности при их изготовлении (в диапазоне 9-11%). Таким образом в бассейнах и аквапарках автоматически обеспечиваются оптимальные условия эксплуатации для клееных деревянных конструкций (относительная влажность воздуха 45-60%, температура не выше 35 °С).

 

2)Аквапарк при гостинице «Прибалтийская»

Здание аквапарка при гостинице «Прибалтийская» (Санкт-Петербург) соединено переходом с гостиницей и спроектировано ООО «Сора». Конструкции покрытия из клееной древесины разработаны в ЦНИИСК. Изготовление конструкций осуществлено заводом в г. Королеве, монтаж - ЗАО СМФ «ТВТСтройинвест» и «Спецстальконструкции-26» (Санкт-Петербург). Здание эксплуатируется с 2006 года. Поперечник аквапарка выполнен в виде пятипролетной рамы (6+24+12+24+6)=72 м с деревянными ригелями и железобетонными стойками диаметром 1 м и высотой от 10 до 14 м. Многопролетные рамы расположены с шагом 12 м (всего четыре рамы) и связаны линзообразными прогонами выпуклостью книзу.

Торцы аквапарка устроены по железобетонным колоннам (через 6 м), соединенным сверху деревянными балками таврового сечения. Торцовая стена со стороны Финского залива устроена остекленной и криволинейной в плане, что привело к необходимости прогонов разного пролета. Шаг прогонов - 3 м. Пространственная жесткость покрытия обеспечена крайними железобетонными многоэтажными пристройками по продольным сторонам здания. Продольная жесткость обеспечивается крестовыми связями между средними рамами, выполненными из гладкой арматуры, а также монолитной железобетонной этажеркой вдоль торца здания с внутренней стороны главного фасада.

Интересной представляется пластика очертания рамы, образованная балками и нижними поясами линзообразных ферм пролетами по 24 м. Рамы образуют двускатное покрытие, симметричное относительно конька. В среднем пролете ригелями являются двускатные гнутоклееные балки спаренного по ширине сечения. Причем зазор между ними равен ширине ферм соседнего пролета, т. е. балки охватывают фермы на опорах с двух сторон. Таким образом, удалось компактно решить узел опирания ферм и балок на капители колонн. Опорные шарниры приваривались к ферме на монтаже и выступали в стороны на ширину сечения балок, являясь общими для фермы и балки. Балки к фермам на опоре притягивались шпильками через отверстия большего диаметра для обеспечения возможности осадки балок на опорах. К колоннам фермы присоединялись противоветровыми шайбами, обеспечивающими поворот на одной опоре и горизонтальное перемещение на другой. Для уменьшения трения под шарнир устанавливались фторопластовые прокладки толщиной 4 мм. Подвижные опоры устраивались и в балках смежного пролета на обеих опорах. Фермы целиком собирались в цехе клееных конструкций ДОК-160 в г. Королеве и автотранспортом на раздвижном автоприцепе доставлялись на стройплощадку.