СТАДИОН Российский патент 2002 года по МПК E04H3/10 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении стадионов, спортивно-зрелищных сооружений (бассейнов, ледовых площадок и т.п.), выставочных залов для крупногабаритной техники типа автомобилей, авиационных и космических аппаратов и т.п.

Известны стадионы с малой игровой ареной прямоугольной, овальной или круглой формы в плане, с хоккейной ареной для канадского хоккея и с легкоатлетической и трековой ареной прямоугольной формы в плане или со скругленными углами различного радиуса [1]. В зависимости от размеров арены в плане и от размеров трибун покрытие стадиона (крыша) может быть постоянным или трансформируемым. Последнее может быть выполнено с надвижным, раздвигающимся и раскрывающимся покрытием. К надвижным относятся покрытия стадионов в г. Лейпциге (ФРГ), в г.Монреале (Канада) и стадион в г.Амстердаме (Голландия), которые имеют сводчатые покрытия, перемещающиеся по прямолинейным направляющим (рельсам), а к раздвигающимся - купольное покрытие в г.Питтсбурге (США), имеющее отдельные сектора купола, передвигающиеся по криволинейным (круговым) направляющим (рельсам).

Известно также раздвижное покрытие большепролетных зданий и сооружений (стадионов, плавательных бассейнов и т.п.), которое включает поворотные секции и привод, каждая секция имеет противовес и установлена на поворотной оси [2].

Наиболее близким к предлагаемому является спортивно-зрелищное сооружение, включающее площадку, трибуны, трансформируемое покрытие из отдельных секций с образованием дополнительных зрительских мест при трансформации кровли, и приводом [3].

Недостатками прототипа являются сложность конструкции из-за наличия в составе покрытия постоянных противовесов, совмещение в покрытии несущей и ограждающей функций в его закрытом состоянии и отсутствие соединения отдельных секций покрытия по периметру, снижающее общую горизонтальную жесткость и устойчивость сооружения как в закрытом, так и в открытом состояниях.

В связи с наличием постоянных противовесов нагрузка на поворотную ось и подшипники (если они имеются) возрастает, и это требует увеличения конструктивных размеров поворотных секций и их противовесов.

Во всех известных конструкциях покрытие совмещает несущую и ограждающую функции. Поэтому оно должно удовлетворять условиям прочности и жесткости при действии на него постоянной нагрузки собственного веса и временных снеговых, ветровых и температурных нагрузок. Среди временных нагрузок определяющими являются снеговые, поскольку в I-IV климатических районах их нормативные значения втрое превышают нормативные значения ветровых нагрузок, и, кроме того, снеговая нагрузка по направлению совпадает с нагрузкой собственного веса. Ввиду возможности одновременного действия на покрытие всех указанных выше нагрузок совмещение его несущей и ограждающей функций влечет за собой увеличение конструктивных размеров его частей и, соответственно, веса покрытия. С увеличением размеров плана перекрываемой арены возрастает расход материалов и стоимость всего трансформируемого покрытия.

Техническая задача заключается в обеспечении возможности временного укрытия всей площади арены или ее части и снижении материалоемкости и стоимости сооружения в целом.

Техническая задача решается таким образом, что в стадионе, включающем спортивно-зрелищную площадку, трибуны, трансформируемое покрытие и привод согласно изобретению покрытие выполнено в виде стационарного сетчатого несущего каркаса, содержащего опорный контур, ванты или арки, расположенные по периметру стадиона колонны, и ограждающих секционных элементов, смонтированных на каркасе над трибунами с наклоном в сторону трибун с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей до смыкания ограждающих элементов. Опорный контур несущего каркаса может быть выполнен в виде стержневых конструкций, в виде плоских конструкций, в виде пространственной конструкции из неподвижных несущих трибун. Несущий каркас покрытия может быть снабжен дефлектором, смонтированным на вантах или арках в центре каркаса с возможностью соединения с ограждающими секционными элементами. На покрытии могут быть смонтированы фиксаторы для соединения ограждающих элементов с несущим каркасом.

Предлагаемая конструкция отличается тем, что покрытие выполнено в виде стационарного несущего сетчатого каркаса, содержащего опорный контур, ванты или арки, расположенные по периметру стадиона колонны, и ограждающих секционных элементов, смонтированных на каркасе с наклоном в сторону трибун с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей до смыкания ограждающих элементов. Опорный контур несущего каркаса выполнен в виде стержневых конструкций (балок, ферм, труб), или в виде плоских конструкций (плит), или в виде пространственных конструкций из неподвижных несущих трибун. Несущий сетчатый каркас постоянно находится над спортивно-зрелищной площадкой и трибунами. Ограждающие элементы служат для защиты спортивно-зрелищной площадки от дождя и обеспечения отвода воды с покрытия, а в обычное время закрывают основную часть трибун в качестве их козырька. Они выполнены подвижными, могут опускаться с помощью механизмов, поворачиваясь вокруг горизонтальных осей в своей нижней части, и скрепляться временными связями.

В предлагаемом покрытии выполняемые им несущая и ограждающая функции разделены таким образом, что в обычное время ограждающий элемент покрытия расположен под углом более 50^o к горизонту, и снег не удерживается на нем. В этом случае ограждающий элемент рассчитывается только на действие собственного веса и временную нагрузку от ветра, при этом обе нагрузки действуют в разных плоскостях. Угол наклона к горизонту выбирается из условия, чтобы ограждающий элемент защищал трибуны от дождя. При опускании на каркас ограждающий элемент передает свой собственный вес на горизонтальные элементы каркаса, что позволяет не увеличивать конструктивные размеры, определенные расчетом ограждающего элемента в поднятом состоянии. Суммарная нормативная вертикальная нагрузка в этом случае составит около 60% нагрузки в случае покрытия с совмещенными несущей и ограждающей функциями, что дает возможность снижения материалоемкости и стоимости сооружения. Верхние горизонтальные элементы несущего сетчатого каркаса образуют пространственную систему, которая может иметь любую форму: плоскую, выпуклую или вогнутую, но, учитывая архитектурно-планировочные особенности стадионов, связанные с трибунами, предпочтительны каркасы с вогнутой формой, образованные висячими вантовыми системами.

Опорный контур может выполняться в зависимости от формы пространственной системы сетчатого каркаса в виде стержневых конструкций (балок, ферм, труб), плоских конструкций (плит) или объединять в единое целое пространственную конструкцию из неподвижных несущих трибун и прикрепленного к ним в верхней части сетчатого каркаса. Ограждение может как совпадать по форме с каркасом, так и отличаться от нее. Так, например, возможно выполнение висячего каркаса с отметкой верха его конструкции в центральной зоне покрытия, совпадающей с отметкой верха его конструкции вблизи опорного контура или даже несколько ниже последней. Тогда для отвода воды из середины к краям ограждающий элемент может быть выполнен оболочкой в виде волны с гребнем на его конце, примыкающем к центральной зоне, или в виде ребристого покрытия с направлением ребер от середины к краям для обеспечения отвода воды.

Ограждающий элемент может выполняться из различных материалов (стали, алюминия, сплавов, титана, пластмасс, композитов, железобетона, армоцемента и др.), но во всех случаях должен удовлетворять условиям прочности и жесткости как в открытом состоянии, так и при совместной работе с каркасом. Количество секций ограждающих элементов зависит от архитектурно-планировочных решений, а их форма в плане может быть треугольной, прямоугольной или трапециевидной. При этом в открытом состоянии ограждение удерживается от опускания под собственным весом с помощью механизмов, а от поднятия при действии ветра - за счет собственного веса. Для условия, когда расчетный крутящий момент относительно горизонтальных осей поворота от действия ветра превысит такой же момент от собственного веса, предусмотрены упорные конструкции с внешней стороны оболочки. Последние могут представлять собой ажурные наклонные башни или мачты либо иметь Г-образную форму с горизонтальными элементами, направленными внутрь стадиона.

Для удержания ограждения от его поднятия при сильном ветре к оболочке может быть присоединен противовес. В качестве основного примера в предлагаемом изобретении показано покрытие с каркасом в виде висячей полигонально-вантовой сети, которая позволяет перекрывать прямоугольные и квадратные в плане спортивно-зрелищные площадки, имеет одинаковые сечения вант, параллельных контуру, а опорный контур при совместной работе ограждения с вантовой сетью работает без изгиба, что обеспечивает минимальный расход материалов в сооружении.

На фиг. 1 представлен стадион с несущим каркасом в виде полигонально-вантовой системы в открытом состоянии (в разрезе); фиг.2 - то же, что и на фиг. 1, с несущим каркасом в виде перекрестных арок и контурных вант; фиг.3, 4, 5 - план покрытий с соответственно квадратным, прямоугольным и многоугольным очертаниями опорного контура для каркасов с полигонально-вантовой системой; фиг.6 и 7 - то же, что и на фиг.3, 4, 5, для прямоугольных систем с параллельными вантами; фиг.8 - разрез А-А фиг.3 (в закрытом состоянии); фиг. 9 - разрез Б-Б фиг.4 (в закрытом состоянии); фиг.10 - схема крепления ограждающего элемента к каркасу (в закрытом состоянии); фиг.11 - вид В-В фиг.10; фиг.12 -то же, что и на фиг.10 (в открытом состоянии).

Стадион состоит из спортивно-зрелищной площадки 1 в виде газона (фиг.1) или ванны бассейна (фиг.2), трибун 2, трансформируемого покрытия 3 и привода 4. Покрытие 3 выполнено в виде стационарного сетчатого несущего каркаса, элементами которого являются опорный контур 5, ванты или арки 6, колонны 7 и ограждающие элементы 8, смонтированные с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей 9. Несущий сетчатый каркас может быть снабжен дефлектором 10, расположенным на вантах или арках в центре покрытия и выполняющим функцию естественной или принудительной вентиляции стадиона. В этом случае ограждающие элементы 8 примыкают к дефлектору 10.

Временные крепления ограждающего элемента к сетчатому каркасу выполнены в виде фиксаторов 11, устанавливаемых по контуру каждой секции ограждающего элемента (фиг.8, 9). Фиксатор 11 может быть выполнен в виде кинематического механизма кулисного типа, жестко соединенного с контурным элементом жесткости 12 ограждающего элемента 8. Элемент 12 может быть выполнен, например, в виде балки двутаврового сечения (фиг.10-12). В местах креплений к несущему каркасу на контурном элементе 12 посредством жестких связей 13 закреплены рычаги 14, а в теле элемента 12 (например, в стенке двутавра - фиг.11) имеются проемы 15. В соответствующих местах на несущем каркасе расположены выполненные в виде кулисы закрепляющие элементы 16, которые могут перемещаться с помощью колес 17 с осями 18 по направляющим 19. Рычаг 14 выполнен с возможностью шарнирного сцепления с кулисой 16.

Конструкция работает следующим образом.

Ограждающие секционные элементы 8 в обычное время находятся в открытом состоянии (фиг.1), т.е. подняты под углом более 50^o к горизонту (с наклоном в сторону трибун), что не позволяет снегу удерживаться на поверхности ограждающих элементов. В этом случае ограждающий элемент работает только на действие собственного веса и временную нагрузку от ветра. Ввиду относительно небольшой массы ограждающих элементов в условиях отсутствия необходимости восприятия снеговых нагрузок, ограждающие элементы могут удерживаться в открытом состоянии с помощью стопоров механического привода 4. Для стабилизации ограждающих элементов в открытом состоянии при сильном ветре возможно использование противовесов с внутренней или упоров с внешней стороны стадиона.

При необходимости защиты трибун 2 от дождя или солнечной радиации ограждающие элементы 8 с помощью механического привода 4 переводятся в закрытое состояние (фиг.2), т.е., поворачиваясь вокруг горизонтальных осей 9 в своем основании, опускаются на стационарный сетчатый несущий каркас покрытия, на котором могут закрепляться фиксаторами 11 для придания всему покрытию высокой жесткости. В этом случае покрытие в целом работает на нагрузки собственного веса и усилия, возникающие в результате нагрева покрытия солнечной радиацией.

Опорный контур 5 несущего каркаса, выполняемый в разных вариантах в виде стержневых конструкций, в виде плоских конструкций или в виде пространственной конструкции, образуемой неподвижными несущими элементами трибун, воспринимает горизонтальные усилия распора покрытия и передает вертикальные нагрузки с покрытия на колонны. В последнем варианте выполнения опорного контура за счет пространственной работы существенно снижается материалоемкость и повышается жесткость конструкции.

Для варианта конструкции стадиона, в центре покрытия которого стационарный несущий каркас снабжен дефлектором 10, ограждающие секционные элементы 8 имеют трапециевидную форму, с тем, чтобы при переводе покрытия в закрытое состояние ограждающие элементы 8 смыкались с боковыми поверхностями дефлектора 10.

В случае, когда предусматривается наличие фиксаторов 11 для соединения ограждающих элементов с несущим каркасом покрытия и фиксатор 11 выполнен в виде кинематического механизма кулисного типа (фиг.10-12), временная связь ограждающего элемента 8 с каркасом осуществляется за счет вхождения закрепляющего элемента 16 в проем 15 в контурном элементе жесткости 12 после того, как ограждающий элемент 8 опустится до сцепления рычага 14 с закрепляющим элементом 16 и переместит его в положение, показанное на фиг.10. При подъеме ограждающего элемента 8 рычаг 14 начнет перемещать закрепляющий элемент в сторону до тех пор, пока он не выйдет из отверстия контурного элемента жесткости 12 и не расцепится с закрепляющим элементом 16, как это показано на фиг.12.

Возможно также осуществление временных связей контура оболочки с каркасом с помощью присосок или вакуума.

Источники информации
1. В. В. Куйбышев. Крытые стадионы. М.: Стройиздат, 1973, с.137-141, 184-187.

2. А.с. СССР 439577, кл. Е 04 В 7/16, 1971.

3. А.с. СССР 653370, кл. Е 04 Н 3/10, 1979 - (прототип).

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении стадионов и спортивно-зрелищных сооружений. Технический результат заключается в создании стадиона, имеющего покрытие, обеспечивающее временное укрытие всей площади арены или ее части. Стадион включает спортивно-зрелищную площадку, трибуны, колонны, трансформируемое покрытие из ограждающих секционных элементов, смонтированных с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей до смыкания ограждающих элементов, и привод. Новым является то, что покрытие снабжено стационарным сетчатым несущим каркасом, содержащим опорный контур, ванты или арки, а ограждающие элементы смонтированы на несущем каркасе и имеют фиксаторы, устанавливаемые по контуру каждой секции ограждающего элемента для временного крепления их к сетчатому несущему каркасу. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Стадион, включающий спортивно-зрелищную площадку, трибуны, колонны, трансформируемое покрытие из ограждающих секционных элементов, смонтированных с возможностью поворота вокруг горизонтальных осей до смыкания ограждающих элементов, и привод, отличающийся тем, что покрытие снабжено стационарным сетчатым несущим каркасом, содержащим опорный контур, ванты или арки, а ограждающие элементы смонтированы на несущем каркасе и имеют фиксаторы, устанавливаемые по контуру каждой секции ограждающего элемента для временного крепления их к сетчатому несущему каркасу. 2. Стадион по п.1, отличающийся тем, что опорный контур несущего каркаса выполнен в виде стержневых конструкций. 3. Стадион по п.1, отличающийся тем, что опорный контур несущего каркаса выполнен в виде плоских конструкций. 4. Стадион по п.1, отличающийся тем, что опорный контур выполнен в виде пространственной конструкции из неподвижных несущих трибун. 5. Стадион по п.1, отличающийся тем, что несущий каркас покрытия снабжен дефлектором, смонтированным на вантах или арках в центре каркаса с возможностью соединения с ограждающими секционными элементами.