Unter den Flügeln eines Schwans. Technische Geheimnisse des Hauptbogens des Lakhta-Zentrums

Ende Sommer stellte sich das Lakhta Center einer neuen Herausforderung. Es geht darum, den Bogen des Haupteingangs zu installieren. Bauherren müssen wirklich Zeit haben, um die grundlegenden Metallstrukturen auf null Grad zusammenzubauen.


Der Winter kommt. Es ist wichtig, sie einzuholen

Der Bogen des Haupteingangs selbst ist nicht nur für diese Tatsache interessant. Ich möchte nicht die Beschreibung verwenden, die bereits in Bezug auf das Lakhta Center gelöscht wurde - "ein einzigartiges Design", aber es gibt keinen Ausweg. Der Eingang zum Komplex ist ein einzigartiges Design.

Erstens, weil die nicht unterstützte Spannweite des Bogens 125 Meter beträgt. Gleichzeitig beträgt der allgemein akzeptierte Bezugspunkt für die Einzigartigkeit von großspannigen und nicht unterstützten „nur“ 60 Metern.

Zweitens - die Funktionalität des Bogens: Dies ist der Eingang zum Turm, jedoch in Form eines separaten Gebäudes.
Warum hast du das getan? Wie wird sich diese weitreichende Pracht halten? Warum mit der Kälte Schritt halten? Alle Antworten sind unter dem Schnitt.


Visualisierung des Bogens des Haupteingangs zum Lakhta Center

Bogen natürlich gegen künstlich

Der Bogen ist vielleicht eines der monumentalsten architektonischen Elemente, und natürlich vermittelt die mittlere Definition der „krummlinigen Überlappung der Öffnung zwischen zwei Säulen“ nicht seine Essenz.



Moderne Architektur ist ein komplexes Feld, in dem Wissenschaft und Kunst harmonisch miteinander verbunden sind. Die großartigsten architektonischen Lösungen ähneln dem Abschuss einer Rakete in den Weltraum: die genauesten mathematischen Berechnungen sowie das beste Verständnis der Gesetze der Physik und die Fähigkeit, sie zu Ihrem Vorteil einzusetzen. Gleichzeitig sind die meisten dieser Entscheidungen objektiv gesehen ein Versuch, die Kreationen des größten Architekten - der Natur - zu wiederholen und letztendlich zu übertreffen. Dies gilt vollständig für gewölbte Strukturen. Schauen Sie sich nur den größten natürlichen Bogen der Welt an - die Fei Xiangren-Brücke im Nordwesten Chinas mit einer Spannweite von 120 Metern.


Fey Xiangren, China

Oder der älteste Landschaftsbogen der Welt im Arches National Park in Utah. Die Spannweite ist auch ziemlich groß - 63 m, und im dünnsten Teil überschreitet die Breite des Bogens 2 m nicht.


Landschaftsbogen, USA

Natürlich ist das Tor des Westbogens in St. Louis (Missouri, USA) eine größere Struktur (192 m oben und 192 m breit unten - dies ist ein Weltrekord) und geometrisch verifiziert. Es gibt jedoch keine grundlegenden Unterschiede zu natürlichen Bögen.


"Tor zum Westen", USA, 1965

Der berühmteste der Welt ist natürlich der Arc de Triomphe am Charles de Gaulle-Platz in Paris, der 1806-1836 vom Architekten Jean Chalgren zum Gedenken an die Siege der napoleonischen Armee errichtet wurde. Vielleicht erscheint dieses Bild in den Gedanken der meisten Menschen auf der Welt mit dem Wort „Bogen“.


Arc de Triomphe, Paris, 1836



Obwohl die Moskauer wahrscheinlich beim Wort "Bogen" das Triumph-Tor auf Kutuzovsky präsentieren werden,


Triumph-Tor, Moskau. Kopie, 1968. Das Original wurde 1829-1834 auf dem Twerskaja-Zastava-Platz errichtet und 1936 abgebaut.

und Petersburger - das Narva-Tor.


Narva Triumph Tor, St. Petersburg, 1834

Alle diese Strukturen sind beeindruckend, schön, erfüllen aber vor allem eine dekorative Funktion. Trotz der Aussichtsplattform oben am „Westtor“ oder kleiner Museen im Inneren des Pariser Arc de Triomphe oder des St. Petersburger Narva-Tors sind diese Objekte schwer als funktional zu bezeichnen.

Dekorativer Bogen vs funktional

Gewölbte Strukturen können jedoch sehr spezifische und wichtige Aufgaben ausführen. Zum Beispiel als „Shelter-2“, das den alten einstürzenden Sarkophag schloss und über dem vierten Kraftwerk des Kernkraftwerks Tschernobyl errichtet wurde.


Shelter-2. Geplant für die Inbetriebnahme im November 2017

Dies ist eine grandiose Struktur mit einer Breite von 257 m und einer Höhe von 110 m, einem Gewicht von 36,2 Tausend Tonnen, und sie ist auch mobil.


Der neue Sarkophag des Kernkraftwerks Tschernobyl. Design - 2016.

Eher war es so. Nach Abschluss der Installationsarbeiten wurde Shelter-2 mit einem Notreaktor auf das KKW-Gebäude Tschernobyl „gerollt“.


Zum Zeitpunkt des Baus war Shelter-2 die größte mobile Bodenanlage. Auf dem Foto - Teil eines Bauteams - französische Unternehmen Bouygues und Vinci. Quelle

Ein weiteres - nicht düsteres, aber positives Beispiel für die funktionale Nutzung von Bogenstrukturen ist das Sydney Opera House. Das Dach in Form von Muschelsegeln (und eigentlich die Schale einer Orange), das von den Dänen Jorn Utzon erfunden und in Beton verkörpert wurde, ist auf der ganzen Welt bekannt. Die Schalen bestehen aus vorgefertigten Betonplatten in Form eines Dreiecks, die auf 32 Betonfertigteilrippen basieren.

Die Struktur mit einem Gewicht von mehr als 26.700 Tonnen wird von Stahlseilen mit einer Gesamtlänge von 350 km gehalten.


Bögen des Sydney Opera House. Und das Dach ist gut und Touristen mögen es

Das Lakhta Center hat auch einen eigenen Plan - Bogen des Haupteingangs. Es wird wie in der Oper von Sydney sein - groß, schön und gleichzeitig funktional.



Die Designer sprechen über die Funktionalität und den Innenraum des Bogengebäudes wie folgt:

"... In seinem Volumen nimmt der zentrale Platz eine schneeweiße Rampe ein, die in einer Umdrehung zur Konsolenebene führt, wo sich ein Café und der Zugang zum Platz vor dem Turmgebäude befinden. Auf der unteren Ebene des Bogens befindet sich eine geräumige Lobby mit einer Rezeption in der Hauptlobby des Turmgebäudes ... ""

Im Bogen des Haupteingangs - Visualisierung.

Tatsächlich ist der Bogen eine große, freistehende Halle, durch die sich der Hauptzugang zum Wolkenkratzer und anderen Bereichen des Komplexes öffnet. Bisher hat noch niemand einen separaten Gebäudeeingang in Form eines Bogens vorgenommen.
In der Konstruktionsdokumentation wird das Erscheinungsbild der Struktur wie folgt beschrieben:

"... Der Bogen des Haupteingangs hat eine komplexe asymmetrische geometrische Oberfläche mit doppelter positiver Krümmung in Form einer Seitenfläche eines Kegelstumpfes. Die Projektion des Daches auf eine horizontale Ebene hat die Form eines gekrümmten halbmondförmigen Trapezes."

Zwar bevorzugen die Architekten selbst in einem Gespräch eine poetischere Beschreibung:

"... Der Bogen ähnelt einem gebogenen Schwan, breitet seine Flügel aus und lädt sozusagen Gäste in das Lakhta Center ein."

Bewerten Sie die Ähnlichkeiten:


Bogen draußen

Aus einem anderen Blickwinkel:


Klingt nach?

Aber der Bogen ist nicht so sehr mit ornithologischen Anspielungen interessant, sondern mit der Lösung eines schwierigen technischen Puzzles.

Technische Parameter

Was ist ein Bogen in Bezug auf konstruktive.

Wie aus den Visualisierungen hervorgeht, ist die Struktur unterschiedlich hoch. Die maximale Höhe des Bogengebäudes auf der Ostseite beträgt 17,81 m, im Westen 23,8 m von der Nullmarke. Der Projektion zufolge beträgt die Spannweite mehr als 125 m, aber das üblichere Berechnungsprinzip - gemessen an den Fluchtpunkten der Achsen - beträgt 98 m.



Hauptsache, es gibt keine Zwischenunterstützung. Dies ist selbst nach modernen architektonischen Maßstäben unerwartet.


Die hochfliegende Brücke in Zaryadye. Ein direkter Vergleich ist natürlich nicht korrekt - nur als Beispiel für eine moderne, nicht unterstützte Struktur mit großer Spannweite. Hier beträgt die nicht unterstützte Abfahrt der Konsole 70 Meter, und das ist eine Menge - das Büro des Bürgermeisters der Metropole möchte einen Guinness-Rekord registrieren . PS: Jemand war bei der Öffnung der Brücke? Teilen Sie Ihre Eindrücke?

Aber zurück zu Lakhta. Solch ein großer nicht unterstützter Teil verleiht dem Gebäude die notwendige Leichtigkeit, schafft aber gleichzeitig die Hauptschwierigkeiten bei der Implementierung.

Gewölbtes Konstrukt

Die wichtigsten tragenden Strukturen sind vier Bögen mit unterschiedlichen Hubpfeilen, die sich in Form und Konfiguration unterscheiden. Zwei von ihnen sind dreieckige geradlinige räumliche Fachwerke, ein anderes ist eine vorgefertigte Struktur eines planaren geradlinigen Fachwerks, mit dem zwei kleinere planare Elemente verbunden sind. Das komplexeste Element ist ein räumliches Fachwerk, das ebenfalls ein Dreieck im Querschnitt darstellt, sich jedoch auch in einem Winkel befindet und gekrümmt ist.






Das Konstrukt wird durch eine Kombination von räumlichen und flach gewölbten Fachwerken kompliziert

Herstellung und Montage

Alle gewölbten Traversen werden aus kaltgeformten Stahlrohren zusammengebaut, zu denen der Hersteller CIMOLAI in seinem Werk in Italien die erforderliche Form annimmt und sie dann nach Tscheljabinsk schickt, wo ein anderes CIMOLAI-Unternehmen die Versandabschnitte von ihnen abholt. Jeder Bogen besteht aus neun solchen Abschnitten, die auf Tiefladeranhängern vom Ural in die Newa geliefert werden.


In der Fabrik


Transport des Abfahrtsabschnitts auf dem Schleppnetz


Auf der Baustelle angekommen!


Skalieren


Der Startabschnitt ist nur eines von neun Segmenten eines einzigen Bogens

Montageelemente werden aus den Startabschnitten auf der Baustelle gebildet - drei für jeden Bogen (zwei Stütz- und Bohrlöcher). Diese Elemente steigen abwechselnd auf die Montageebene. Zuerst werden zwei Stützbeine installiert, dann wird ein Bodenloch an sie angedockt, das von speziellen Wagenheberstützen getragen wird. Im Prinzip ist die Technologie dieselbe wie beim Brückenbau.

Befestigungselemente im Gehäuse:









Wenn die Versandabschnitte in die Montageelemente gefaltet werden, ist die Präzision der Segmente Schmuck. Der zulässige Spalt darf 0,1 mm nicht überschreiten. Um den Bogen zu erreichen, werden sie tatsächlich nicht nur einmal, sondern zweimal gesammelt. Zunächst wird im Werk in Tscheljabinsk eine Steuerungsmontage durchgeführt, um sicherzustellen, dass sich alle Vorrichtungen an den richtigen Stellen befinden. Erst danach wird der wieder in Schifffahrtsabschnitte zerlegte Hof auf die Baustelle geschickt.








Vormontage - Besondere Aufmerksamkeit für Steckverbinder

Zwischen den Elementen sind durch verschraubte Reibungsverbindungen verbunden. Diese Methode ist technologisch weiter fortgeschritten als das Schweißen. Sie müssen nur die zu verbindenden Oberflächen reinigen und die Schrauben mit einer genau berechneten Kraft mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel festziehen. Das Ergebnis ist eine absolut starre Baugruppe - nach dem Anziehen der Schrauben treten keine Wechselspannungen, Biege- und Zerstörungswirkungen auf - die Kraft fließt aufgrund der Reibungskraft reibungslos auf die Montageplatten.


Kommunikationsreibungselemente

Kämpfe gegen zerstörerische Kräfte

Verschiedene Kräfte, die die Struktur zerstören können, wirken auf den Bogen.
Um mit den auf die Verteilungsbalken wirkenden Abstandskräften fertig zu werden, verwendeten die Konstrukteure eine sehr interessante Methode. Der Bogen hat keinen Fundamentklassiker für den Komplex mit Pfählen im Boden. Balken sind in den Boden der Tiefgarage integriert.


Bewehrung von Stahlbetonplatten. Die sofort besprochenen Kanalbauer werden besprochen.

Drei-Meter-Balken nehmen die vertikale Komponente der auf die Träger einwirkenden Kraft erfolgreich wahr.

Mit der horizontalen Komponente ist es in diesem Fall schwieriger, die tragenden Teile des Bogens zu "drücken". Die Lösung wurde in der Technologie des Baus von Schrägseilbrücken gefunden.

In die Bodenplatte sind 14 Hülsenkanalbildner eingelegt, die jeweils 10 hochfeste Stahlseile mit einem Durchmesser von 12,5 mm enthalten.


Kanalbildner Nahaufnahme. Sie werden Stahlseile legen

Mit speziellen Vorrichtungen werden diese Seile gespannt, um die Ausbreitungskraft auszugleichen.


Wenn sehr vereinfacht - es ist wie das Ziehen eines Bogens, wo in der Rolle der zerstreuenden Stützteile des Bogens - seiner Schultern und in der Rolle der Seile - eine Bogensehne

Vor dem Einbau von Metallkonstruktionen beträgt die Spannung der Seile nur 50% der Arbeitsspannung - andernfalls wird die Schadenskraft der Ausgleichskabel selbst für Überlappungen zerstörerisch. Nach der Installation gleicht das Eigengewicht des Bogens die Spannung der Seile aus. Anschließend wird die Kraft gemessen und in die Konstruktion eingebracht, um nicht nur den statischen Aufprall des Bogens, sondern auch zusätzliche Kräfte zu kompensieren, die durch äußere Einflüsse wie Regen und Schnee entstehen.

Danach wird eine spezielle Lösung in die Kanalbildner gepumpt und die Seilbündel in ein monolithisches Kabel umgewandelt. Um den Aufwand während des Betriebs des Gebäudes zu kontrollieren, sind Dehnungsmessstreifen sowohl in den Spannungseinheiten als auch in den Kanalbildnern installiert, deren Informationen an das allgemeine technologische Überwachungssystem des Lakhta-Zentrums übertragen werden.

Drehpunkt für nicht unterstützte Spanne

Alle Bögen auf jeder Seite kommen zu einem Stützfaden, während an den Stützknoten (große Platten, die an der Decke befestigt sind) die Stützelemente der Bögen nicht starr, sondern fest artikuliert befestigt sind, die beste Analogie, mit der möglicherweise das menschliche Gelenk wäre. Tatsächlich ruht der Bogen nur auf den Stützknoten, wird nur aufgrund seines eigenen Gewichts in ihnen gehalten. Tatsache ist, dass der Bogen selbst ziemlich beweglich ist, seine Elemente "spielen", sich aufgrund äußerer Einflüsse bewegen - Wind, Temperaturunterschied. Wenn es fest an der Basis befestigt ist, brechen die Stützelemente am Ende einfach.

Grundplatten von Knoten:







Aus dem gleichen Grund wird bis zum Ende der Installation des Bogens eine anderthalb Meter lange Verformungsnaht zwischen der Stylobate-Platte und der Basis des Bogens nicht gegossen, damit Verformungen, die beim Spannen der Kabel auftreten, nicht auf den Rest der Struktur übertragen werden.

Um die Fassadenelemente vor einer Bewegung des Bogens zu schützen und gleichzeitig ihre Dichtheit zu gewährleisten, wurden spezielle Einheiten entwickelt. Aber diese Bewegungen sind ziemlich ernst. Beispielsweise beträgt die Durchbiegung etwa 100 bis 150 mm, was eine Kompensation der schädlichen Auswirkungen erfordert, da die Fassade vollständig aus Glas besteht. Total - das ist keine Übertreibung. Sogar vertikale 27-Meter-Gestelle werden aus Glas hergestellt, auf dem die Fassadenelemente befestigt werden.


Glasgestelle, an denen die Fassadenelemente des Bogens befestigt werden. Visualisierung


Gesamtansicht der Glasfassade des Bogens - auch bisher zur Visualisierung

All diese technologischen Schwierigkeiten - wieder zitiere ich die Projektdokumentation: "Aufgrund der architektonischen Ideologie des Objekts." Das heißt, nur um schön zu sein. Sicher wird es klappen. Aber die Bauherren müssen sehr schnell arbeiten. Gemäß den Vorschriften kann die Montage der Bogenstruktur im Temperaturbereich von 0 ° C bis 20 ° C durchgeführt werden. Andernfalls müssen zum Ausgleich von Temperaturverformungen nur umfangreiche Berechnungen durchgeführt werden, um die Schrauben nicht zu fest oder zu fest anzuziehen.

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Der Bauingenieur Igor Romanenko half beim Bau des Haupteingangsbogens