Так повелось, что Олимпиады самым серьезным образом меняют облик городов, где они проходят. Ведущие зодчие мира включаются в состязание амбициозных архитектурных проектов задолго до стартов спортсменов. Не обошла «строительная олимпийская лихорадка» и Ванкувер (Канада) – место проведения зимней Олимпиады 2010 г. Специально для этого значимого мероприятия на берегу реки Фрейзер в городе-спутнике Ванкувера Ричмонде был построен грандиозный конькобежный стадион «Овал», главной достопримечательностью которого является сложная система деревоклееных арочных конструкций.
Архитектурный проект: Cannon Design (Канада).
Проектирование: Fast+Epp (Канада).
Генеральный конструктор: Dominion Fairmile (Канада).
Возведение крыши: StructureCraft Builders Inc. (Канада).
На строительство олимпийского ледового стадиона «Овал» потребовалось почти три года: работы велись с сентября 2005-го по август 2008-го. В итоге арена, способная вместить почти 7 тыс. зрителей, обошлась в 178 млн канадских долларов.
Сложность задачи (масштаб строения, необходимость соответствовать требованиям канадского Руководства по энергосберегающему и экологически безопасному строительству) требовала по-настоящему комплексного подхода к созданию этого необычного объекта.
Площадь крыши – 25 тыс. м2 .
Ширина пролетов основных несущих арок крыши – 100 м.
Ширина пролетов между основными арками, перекрываемых панелями WoodWave, – 14,2 м.
Количество основных несущих арок – 14.
Кровельное покрытие – ПВХ-мембрана.
Главный спортивный зал имеет размеры 200×100 м
По словам Лари Подора, архитектора компании Cannon Design, архитектурный дизайн олимпийского стадиона «Овал» в Ричмонде воплощает несколько поэтических образов, проистекающих из истории, культуры и географии данной местности. Например, форма крыши «Овала», имитирующая форму крыла птицы, связана с образом распространенной в этих краях цапли.
Здание имеет три уровня: на первом расположен подземный паркинг, на втором – вестибюль и объекты обслуживания посетителей, а завершает это все спортивная арена, расположенная под уникальной крышей из деревоклееных конструкций, из больших окон которой открываются прекрасные виды на горы и берега реки Фрейзер.
С самого начала стадион «Овал» проектировался с учетом возможности использования его и для других целей.
Для изготовление крыши по технологии WoodWave было использовано 2400 м3 деревоклееных досок SPF (ель, сосна, ель) и 19 000 листов влагостойкой фанеры.
После завершения зимней Олимпиады в Ванкувере каток был превращен в общественный спортивный центр, который, как ожидается, привлечет как канадских, так и иностранных спортсменов в различных дисциплинах. В настоящее время «Овал» открыт для посетителей. Кроме катка в нем функционируют баскетбольные площадки и фитнесс-центр.
Несущие конструкции
Монтаж основных несущих арок (арки поставлялись на объект в защитной
упаковке – отсюда их серый цвет на фотографиях)
Стадион «Овал» находится в речной дельте, где почва мягкая и рыхлая вплоть до глубины 2,13 м. Задача инженеров и геотехнических консультантов состояла в том, чтобы сформировать исключительно плоскую поверхность фундамента, необходимую для создания конькобежного льда высокого качества. По всей протяженности поверхности льда отклонения в фундаменте не должны были превышать 20 мм. Для этого было решено «приподнять» ледяную плиту над окружающим уровнем земли. Такое решение было принято не только для достижения превосходной гладкости льда, оно также позволило получить дополнительное пространство для 450 парковочных мест, раздевалок и душевых, розничных торговых точек и тренировочного оборудования.
Канадские инженеры разработали инновационную двухуровневую структуру, состоящую частично из простого фундамента, а частично – из свайного. При этом основная плита фундамента – двойная. Оба ее уровня соединяют противоположные пары опорных конструкций на бетонных сваях (в общей сложности – более 400 свай, заглубленных на 15 м). Они принимают на себя основную часть нагрузки от арочной крыши, которая иначе была бы направлена на грунт. Последнее особенно важно при столь малом радиусе уклона крыши. В частности, возможно неравномерное распределение нагрузок на наветренной и подветренной сторонах.
Основные несущие арки
Основная несущая арка – комбинация стали и деревоклееных
элементов
Крепление основной арки к бетонным несущим конструкциям
Основные несущие арки изготовлены из стали и клееной древесины. Они опираются на бетонные опорные конструкции, освобождая пространство арены в 100 м шириной. Структура поперечного сечения арки уникальна. Два узких (1,6 м), сильно изогнутых бруса соединены друг с другом стальной рамкой в форме «лезвия конька».
Чтобы достичь этого, понадобились услуги двух производителей: специалисты компании Structurecraft Builders Ltd. изготовили древесноклееные элементы, а сотрудники фирмы George Third & Sons соединили их с несущим стальным каркасом. Геометрия стальной фермы была сконструирована изготовителем. Каждая из 14 арок включает по 4 пары древесноклееных элементов длиной 24,7 м. В итоге получилась очень устойчивая структура с пустым пространством внутри, в котором разместили электропроводку, а также системы пожаротушения, отопления и вентиляции. Для этого в центре каждой секции проделано техническое отверстие диаметром 350 мм.
Готовая арка оказалась очень прочной, так как стальной каркас способен выдерживать давление любого количества снега.
Система WoodWave Structural Panel©
Крепление структурных панелей к полым V-образным поперечным аркам
Пролеты между арками перекрыты специальными структурными панелями – WoodWave Structural Panel, – изготовленными заводским способом. Данная работа выполнена компанией StructureCraft Builders Inc.
Панели WoodWave, которые опираются на основные несущие арки, представляют собой полые составные секции V-образной формы, изготовленные из древесины хвойных пород (брус 38×89 мм), обшитые влагостойкой фанерой в два слоя. Верхний слой фанеры служит основанием под кровельное покрытие.
Устройство панелей WoodWave. V-образные секции усилены стальными прутьями
Во всех аспектах панель WoodWave – новейший продукт, воплощающий в себе существенные технологические достижения. Она совершенно по-новому распределяет нагрузку, поглощает звук через равномерно расположенные акустические отверстия между соединениями и создана из обычной древесины по технологии производства деревоклееных конструкций, отвечающей требованиям противопожарной безопасности.
Уникальность проекта становится очевидной, если посмотреть на восприятие панелями нагрузок. Снеговая нагрузка, воздействуя на верхний ряд панелей, равномерно распределяется по фанере и передается на усиленные стальными прутьями полые V-образные арки.
Идея WoodWave появилась как ответ на задачу создать конструкторское решение, отвечающее целому ряду задач: надежность, упругость, способность к акустическим поглощениям.
Для того чтобы понять поведение этих соединенных элементов и их взаимодействие в конструкции, было проведено всестороннее исследование, в котором предпринимались попытки смоделировать на компьютере с передовым программным обеспечением всю сложность возможностей данной структуры в работе панели. Однако этому все равно нельзя доверять без физического тестирования, которое и было проведено по двум направлениям. Во-первых, было определено, что места соединения элементов должны быть укреплены в зонах высокой нагрузки ввернутыми стальными угловыми скобами. Множество вариантов ввинчивающихся угловых скоб было протестировано на способность выдерживать давление, перед тем как процедура тестирования всей панели была завершена. Во-вторых, все 14 тестов, измеряющих нагрузку на пролеты и их смещение, способствовали как оптимизации конструкции проекта, так и проверке различных условий нагрузки. Результаты всех тестов дали возможность проверить компьютерные модели и вынести более точные прогнозы относительно поведения панели во всей конструкции крыши.
Конструкция панелей WoodWave
Панель WoodWave была разработана, чтобы перекрыть пролеты между деревоклееными многослойными арками. Потолок, профиль которого напоминает, если смотреть на него из зрительного зала, зубцы пилы, значительно снижает отражение шума толпы, играя роль системы шумопоглощения.
Каждая панель WoodWave состоит из трех секций треугольной формы длиной 12,5 м, шириной – 1,2 м и толщиной – 660 мм, покрытых двойным слоем фанерной облицовки. Внутри каждой секции установлен стальной стержень, проложены пароизоляция и теплоизоляция из минеральной ваты, призванная играть также роль огнезащиты и дополнительного шумопоглощения.
Тестирование системы WoodWave
Прежде чем предложить архитектору и заказчику использовать в строительстве панели WoodWave, производителем были проведены многочисленные лабораторные испытания конструкции на возможные нагрузки и воздействия.
Фрагмент системы водоотвода
Даже система отвода воды с крыши стадиона «Овал» отличается оригинальностью. Традиционно водосточная система призвана избежать попадания воды на фасад здания. Здесь все сделано наоборот – в какой-то мере фасад сам стал частью водостока. По специальным желобам, отдельные участки которых устроены прямо на опорных колоннах, часть воды с крыши поступает в пруд, расположенный рядом со стадионом, а другая – в специальные резервуары. Содержимое этих резервуаров потом служит для орошения сада, прилегающего к стадиону, а также для смыва в туалетах.
На основе компьютерного моделирования на уникальной крыше «Овала» были выделены две зоны снеговой нагрузки (1,5 и 2,25 кПа). Компьютерное моделирование было выполнено с помощью системы визуального программирования инженерных задач VEE (Visual Engineering Environment). Нагрузка задавалась по нарастающей. Было исследовано поведение конструкции при воздействии максимальных (по нормативам) снеговых нагрузок в течение 24 ч, а затем – при воздействии кратковременных максимальных нагрузок. Испытания показали надежность и упругость конструкции.
Солнцезащитные козырьки
В 2009 г. стадион «Овал» был удостоен престижной награды Structural Awards, ежегодно вручаемой лондонским Институтом строительного проектирования. Уникальность катка заключается в том, что его массивная крыша сделана из переработанной древесины, пораженной жуком-сосноедом. Это насекомое ежегодно приносит огромный вред лесному хозяйству провинции Британская Колумбия. Если промедлить с переработкой такой древесины, она быстро потеряет свои качества и станет абсолютно непригодной для строительства. Пол Фэст, глава Fast+Epp, в интервью канадским СМИ подчеркнул, что, проектируя «Овал», архитекторам его бюро удалось найти такое техническое решение, «которое открывает новые возможности для использования древесины деревьев, погибших от жука-сосноеда, причем она оказалась уникальным, прочным и эстетически привлекательным материалом».
Помимо исследования снеговых нагрузок были проведены акустические исследования и смоделированы возможные сценарии развития пожара. Результаты моделированияподтвердили, что в случае пожара крыша, выполненная из панелей WoodWave, будет более безопасной конструкцией, чем если бы она была выполнена из обычной древесины.
Результат
Вместо заключения отметим главное: стоимость 1 м2 конструкций WoodWave составила 60 евро, что оказалось дешевле предполагаемой на стадии проекта раздвижной системы.
Такое сложное инженерное решение как деревоклееные конструкции крыши стадиона «Овал», которое можно назвать еще и оригинальной дизайнерской находкой, сделало данный объект известным на весь мир.
Статья подготовлена по материалам компании Wood WORKS
Редакция благодарит за помощь в подготовке статьи Евгения Крупина, представителя компании СК «ЗауралСтройСервис» (г. Курган)