Przekrycia obiektów sportowych i innych
Wpływ przemysłu sportowo-widowiskowego na gospodarkę publiczną jest poważny. W 2005 r. przeciętny Amerykanin poświęcał 9,2 godziny dziennie na aktywność wypoczynkową, a przeciętne gospodarstwo domowe USA wydawało więcej niż 5% wpływów netto na aktywność sportowo-widowiskową.
Przyjmuje się, że w decydującym stopniu na udaną i efektywną eksploatację obiektu sportowego wpływają następujące czynniki: wyważenie warunków komfortu z ogólną pojemnością hali, zwiększenie do maksimum jej sprawności eksploatacyjnej poprzez odpowiednie nakłady w mechanizację wyposażenia hali oraz optymalizację jej projektu ze względu na dyscypliny sportowe i wymagania odbiorcy w ramach ograniczeń wynikających z budżetu i planu działania. Pojemność areny decyduje o kosztach, ponieważ na podstawie liczby miejsc określa się wymiar niecki areny. Wpływ na koszt obiektu ma również ukształtowanie widowni, w tym liczba pięter, położenie fundamentów i rozpiętość przekrycia, a także wymiar płyty boiska.
W tej części artykułu przedstawiono przekrycia hal sportowych w miastach Louisville (rys. 1) i Kansas City (rys. 2), hali sportowej w Foshan, Chiny (rys. 3), pływalni olimpijskiej w Londynie z 2012 (rys. 4) oraz przekrycia peronów w Navi Mumbai, Indie (fot. 1) i stacji kolejowej w Wuhan, Chiny (rys. 5).
Konstrukcja przekrycia hal powinna zapewnić możliwość podwieszania pomostów technicznych (rys. 1), służących dla celów koncertowych, i umieszczenia tam ekranu elektronicznego wraz systemem nagłośnienia. Rozwiązanie przekrycia powinno zapewnić szybkie odprowadzenie wody oraz warunki do zorganizowania szybkiej akcji odśnieżania w przypadku ekstremalnych opadów śniegu.
Rys. 1 Przekrój poprzeczny przekrycia i trybun hali Louisville Arena z pomostem technicznym o masie 20,5 tony i trybunami na 22 tys. widzów
Owalną w rzucie halę Sprint Center (rys. 2) przekryto równolegle ułożonymi kratownicami o zmiennej długości. Kratownica ma maksymalną rozpiętość 102 m, wysokość jej wynosi 9,75 m. Pasy kratownic wykonano z dwuteowników szerokostopowych ze środnikiem ułożonym poziomo (h = 356 mm, A = 171 cm2), elementy usztywniające zaś z tego samego rodzaju dwuteowników, ale o mniejszej wysokości (h = 305 mm). Wysokość użytkowa hali wynosi ok. 30 m.
Rys. 2 Konstrukcja przekrycia wielofunkcyjnej hali Sprint Center w Kansas City (Missouri) dla 18,5 tys. widzów z 72 lożami wg projektu 360 Architecture, Ellerbe Becket, HOK Sport, Rafael Architects (architektura) i Walter P. Moore. Co. (konstrukcja) [1], [2]: a) kratownice główne i elementy drugorzędne przekrycia oraz stężająca rama kratowa; b) kratownica główna
Przekrycie peronów w Navi Mumbai (fot.) zostało wykonane całkowicie z elementów rurowych. Łuki i płatwie wykonane są z rur o średnicy od 150 mm do 300 mm. Rozpiętość łuków o podwójnej krzywiźnie między słupami typu rozgałęzionego wynosi 60 m. Wsporniki z obydwu stron mają po 14 m.
W przekroju poprzecznym przekrycie budynku stacji w Wuhan (rys. 5) stanowią umieszczone centralnie łuki główne o rozpiętości 116 m i po obu jego stronach cztery półłuki. Wzdłuż stacji dano pięć takich zestawów, każdy w odległości co 64,5 m.
Rys. 3 Przekrycie hali sportowej w Foshan, Chiny, o konstrukcji pierścieniowo-linowej o średnicy przekrycia 150 m [3]: a) schemat układu nośnego, b) widok hali w nocy wg projektu Y. Yao, Shanghai Xian Dai Architectural Design Group Co., Ltd
Zalecenia dla projektantów przekryć dużej rozpiętości
Zalecenia dla projektantów przekryć dużych rozpiętości w celu uniknięcia problemów projektowo-wykonawczych zostały przedstawione w raporcie [7] (zob. też [6]). Raport ten powstał w reakcji na zawalenie się pięciu większych przekryć w późnych latach 70. ubiegłego wieku. Zawarto w nim podsumowanie dyskusji zespołu składającego się z architektów, konstruktorów i wykonawców.
Rys. 4 Przekrycie pływalni olimpijskiej w Londynie z basenem 50 m wg projektu Zaha Hadid Architects (architektura), Arup (konstrukcja oraz Balfour Beatty (wykonawca), AJ Morrisroe (podwykonawca konstrukcji żelbetowych, Lakesmere (podwykonawca pokrycia), Rowecord Engineering (podwykonawca konstrukcji stalowych przekrycia): a) widok przestrzennej struktury przekrycia z podparciem tylko w trzech punktach (fot. Rowecord); b) układ elementów nośnych przekrycia o rozpiętości 115 m z wysięgiem 32 m i dwoma przewieszeniami po 27 m; wysokość najdłuższej kratownicy – 11,5 m [4]
Zalecenia te ujęto w następujących punktach:
– ustalenie kluczowych osób biorących udział w projekcie, ich roli i odpowiedzialności oraz właściwych sposobów komunikowania się we wczesnym stadium projektowania;
– włączenie zespołu wykonawczego do projektu możliwie jak najwcześniej, m.in. w celu ustalenia gatunków stali (zastosowanie wysokiej wytrzymałości stali pozwoli na zmniejszenie ciężaru własnego konstrukcji), rodzaju połączeń, procedur spawania, sekwencji i metod wznoszenia, rodzaju powłok malarskich;
– wykorzystanie badań w tunelach wiatrowych;
– wykorzystanie układów szkieletowych (łuków, kratownic, masztów, kabli) i materiałów, które zminimalizują ciężar własny konstrukcji;
– unikanie stosowania złączy kompensacyjnych w konstrukcji przekrycia, które są trudne do włączenia;
– rozważenie możliwości wystąpienia dodatkowego ciężaru własnego w przyszłym ewentualnym przeprojektowaniu przekrycia;
– uwzględnienie wpływu temperatury (np. w wyniku spawania), obciążeń występujących przy wznoszeniu i spowodowanych osiadaniem;
– dokonywanie analizy ugięcia i wygięcia przekrycia bez nadmiernej skrupulatności, dokładne położenie dachu jest rzadko krytyczne; ważne jest, aby woda opadowa mogła być odprowadzona z pokrycia;
– zwracanie bacznej uwagi na naprężenia w przeponach i skratowaniach przepon;
Rys. 5 Przekrycie stacji Wuhan wg projektu AREP Amenagement Recherche Pole d’Echanges, Paris (architektura); International Architecture Awards 2012 [8]: a) widok stacji z lotu ptaka, b) przekrój przekrycia stacji
– stosowanie na budowie, gdzie tylko jest to możliwe, połączeń na śruby;
– w celu uniknięcia problemów podczas montażu na budowie konieczne jest rozważenie możliwości wstępnego montażu kratownic dużej rozpiętości u ich wytwórcy, w całości lub w częściach, w zależności od wielkości dysponowanego miejsca;
– rozwiązanie przez projektanta wszystkich ważniejszych połączeń konstrukcji przekrycia, aby zadanie to nie obciążało wytwórcy;
– wymaganie opracowania szczegółowej pisemnej procedury wznoszenia;
– aktywna obserwacja procesu budowy przez projektanta.
Fot. Przekrycie peronów w Navi Mumbai, Indie, wg projektu Architects Hafeez Contractor (architektura) i Sterling Engineering Pvt. Ltd (konstrukcja) [5]
Na zakończenie należy wyraźnie podkreślić, że wszystkie udane projekty przekryć dużej rozpiętości były wynikiem bliskiej współpracy inwestora, projektanta i wykonawcy.
prof. dr hab. inż. Sylwester Kobielak
prof. dr hab. inż. Edward Hutnik
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
Bibliografia
1. D.W. Landis, Curtain Up! Sprint Center Structure Helps the Show Go On, „Structure Magazine” No. 1/2006.
2. D. Landis, G. Wendt, Bending Around (Sprint) Center, „Modern Steel Construction” No. 7/2008.
3. Y. Yao, Structural Expression in Architectural Creation of Sports Facilities, Proc. of the IASS Symposium, Valencia.
4. J. Rowson, The Beauty within, New Civil Engineer (nce), Construction News, www.nce.co.uk.
5. Turbhe Railway Station, Navi Mumbai, India, Roof & Façade Asia, Vol. 4, No. 11.
6. L.G. Griffis, The Nature of Long-Span, „Structure Magazine” No.11/2004.
7. S. Kliment, Towards Safer Long Span Buildings, American Institute of Architects.
8. J. Ping, Z. Zhang, W. Hong, Recent Applications and Practices of Large S. Steel Structures in China, 34th International Symposium on Bridge and Structural Engineering, Venice 2010.
