Sob as asas de um cisne. Segredos de engenharia do arco principal do Centro Lakhta

No final do verão, o Lakhta Center assumiu um novo desafio. Trata-se de instalar o arco da entrada principal. Os construtores precisam realmente ter tempo para montar as estruturas metálicas básicas em zero grau.


O inverno está chegando. É importante alcançá-la

O arco da entrada principal em si é interessante não apenas por esse fato. Não quero usar a descrição que já foi apagada em relação ao Lakhta Center - "um design exclusivo", mas não há saída. A entrada do complexo é de design único.

Em primeiro lugar, porque a extensão não suportada do arco é de 125 metros. Ao mesmo tempo, o ponto de referência geralmente aceito para a exclusividade de palmo grande e sem suporte é "apenas" 60 metros.

Em segundo lugar - a funcionalidade do arco: esta é a entrada da torre, mas feita na forma de um edifício separado.
Por que você fez isso? Como esse esplendor de longo prazo se mantém? Por que acompanhar o frio? Todas as respostas estão sob o corte.


Visualização do arco da entrada principal do centro de Lakhta

Arch natural vs artificial

O arco é talvez um dos elementos arquitetônicos mais monumentais e, é claro, a definição média de "sobreposição curvilínea da abertura entre dois pilares" não transmite sua essência.



A arquitetura moderna é um campo complexo no qual ciência e arte são harmoniosamente combinadas. As soluções arquitetônicas mais grandiosas são semelhantes ao lançamento de um foguete para o espaço: os cálculos matemáticos mais precisos, além da melhor compreensão das leis da física e da capacidade de usá-las a seu favor. Mas, ao mesmo tempo, objetivamente, a maioria dessas decisões é uma tentativa de repetir e, finalmente, superar as criações do maior arquiteto - a natureza. Isso se aplica totalmente a estruturas em arco. Basta olhar para o maior arco natural do mundo - a Ponte Fei Xiangren, no noroeste da China, com um vão de 120 metros.


Fey Xiangren, China

Ou o mais antigo arco paisagístico do mundo, no Arches National Park, em Utah. A extensão também é bastante grande - 63 m, e na parte mais fina a largura do arco não excede 2 m.


Arco da paisagem, EUA

Obviamente, o Portão do Arco Oeste em St. Louis (Missouri, EUA) é uma estrutura maior (192 m no topo e 192 m de largura na base - este é um recorde mundial) e verificado geometricamente. Mas não há diferenças fundamentais em relação aos arcos naturais.


"Gateway to the West", EUA, 1965

O mais famoso do mundo, é claro, é o Arco do Triunfo na Praça Charles de Gaulle, em Paris, erguido pelo arquiteto Jean Chalgren em 1806-1836 para comemorar as vitórias do exército napoleônico. Talvez essa imagem apareça nos pensamentos da maioria das pessoas no mundo com a palavra "arco".


Arco do Triunfo, Paris, 1836



Embora os moscovitas provavelmente apresentem a palavra "arco" do portão do triunfo em Kutuzovsky,


Portão do triunfo, Moscou. Copy, 1968. O original foi erguido na Praça Tverskaya Zastava em 1829-1834, desmontado em 1936.

e Petersburgers - o portão de Narva.


Portão Triunfal de Narva, São Petersburgo, 1834

Todas essas estruturas são impressionantes, bonitas, mas desempenham, antes de tudo, uma função decorativa. Mesmo apesar da plataforma de observação, localizada no topo do “Portão Oeste” ou pequenos museus no interior do Arco do Triunfo de Paris ou do Portão Narva de São Petersburgo, é difícil chamar esses objetos de funcionais.

Arco decorativo vs funcional

No entanto, estruturas em arco podem executar tarefas muito específicas e importantes. Por exemplo, como “Shelter-2”, que fechou o antigo sarcófago em colapso, erguido sobre a quarta unidade de energia da usina nuclear de Chernobyl.


Abrigo-2. Planejado para comissionamento em novembro de 2017

É uma estrutura grandiosa, com largura de 257 me altura de 110 m, pesando 36,2 mil toneladas e também é móvel.


O novo sarcófago da usina nuclear de Chernobyl. Design - 2016.

Pelo contrário, era tal. Após a conclusão dos trabalhos de instalação, o Shelter-2 foi “enrolado” no prédio da usina nuclear de Chernobyl com um reator de emergência.


No momento da construção, o Shelter-2 era a maior instalação móvel terrestre. Na foto - parte de uma equipe de construtores - empresas francesas Bouygues e Vinci. Fonte

Outro - não sombrio, mas um exemplo positivo do uso funcional de estruturas em arco é a Sydney Opera House. O teto em forma de concha (e de fato a casca de uma laranja), inventado e incorporado em concreto pelos dinamarqueses Jorn Utzon - é conhecido em todo o mundo. As cascas são feitas de painéis de concreto pré-moldado na forma de um triângulo, baseados em 32 nervuras de concreto pré-moldado.

A estrutura que pesa mais de 26.700 toneladas é mantida por cabos de aço com um comprimento total de 350 km.


Arcos da Sydney Opera House. E o telhado é bom e os turistas gostam

Lakhta Center também tem seu próprio planejado - Arco da entrada principal. Será como na ópera de Sydney - grande, bonita e ao mesmo tempo funcional.



Os designers falam sobre a funcionalidade e o espaço interior do edifício do arco da seguinte maneira:

"... Em seu volume, o local central é ocupado por uma rampa branca como a neve, que sobe em uma única curva até o nível do console, onde há um café e acesso à praça em frente ao prédio da Torre. O nível inferior do Arco é ocupado por um espaçoso saguão com recepção no posto de controle no saguão principal do prédio da Torre ... "

Dentro do arco da entrada principal - visualização.

De fato, o arco é um grande salão independente, através do qual se abre o acesso principal ao arranha-céu e a outras áreas do complexo. Ninguém ainda fez uma entrada separada no edifício na forma de um arco.
Na documentação do design, a aparência da estrutura é descrita da seguinte maneira:

"... O arco da entrada principal possui uma superfície geométrica assimétrica complexa de duas curvaturas positivas na forma de uma superfície lateral de um cone truncado. A projeção do telhado em um plano horizontal tem a forma de um trapézio curvo em forma de crescente ..".

É verdade que, em uma conversa, os próprios arquitetos preferem usar uma descrição mais poética:

"... O arco se assemelha a um cisne curvado, abre suas asas e, por assim dizer, convida os hóspedes ao Centro Lakhta."

Classifique as semelhanças:


Arco do lado de fora

De um ângulo diferente:


Soa como?

Mas o arco é interessante não tanto com alusões ornitológicas, mas com a solução para um difícil quebra-cabeça de engenharia.

Parâmetros técnicos

O que é um arco em termos de construtivo.

Como pode ser visto nas visualizações, a estrutura é de diferentes alturas. A altura máxima do edifício do arco no lado leste é de 17,81 m, a oeste - 23,8 m da marca zero. De acordo com a projeção, o vão excede 125 m, mas o princípio mais comum de cálculo - pelos pontos de fuga dos eixos - é 98 m.



O principal é que não há suporte intermediário. Isso é inesperado, mesmo para os padrões arquitetônicos modernos.


A ponte em Zaryadye. Uma comparação direta, é claro, não está correta - apenas como uma ilustração de uma moderna estrutura de grande extensão sem suporte. Aqui, a partida sem suporte do console é de 70 metros, e isso é muito - o gabinete do prefeito metropolitano quer registrar um registro do Guinness. PS Alguém estava na abertura da ponte? Compartilhe suas impressões?

Mas voltando a Lakhta. Uma peça tão grande e sem suporte fornece ao edifício a leveza necessária, mas ao mesmo tempo cria as principais dificuldades na implementação.

Construção arqueada

As principais estruturas de suporte de carga são quatro arcos com diferentes setas de elevação, diferentes em forma e configuração. Dois deles são treliças espaciais retilíneas triangulares, outra é uma estrutura pré-fabricada de uma treliça retilínea plana à qual estão conectados dois elementos planares menores. O elemento mais complexo é uma treliça espacial, representando também um triângulo na seção transversal, mas também localizada em ângulo e curvada.






A construção é complicada por uma combinação de treliças espaciais e planas

Fabricação e montagem

Todas as treliças são montadas a partir de tubos de aço formados a frio, nos quais o fabricante - a empresa CIMOLAI, fornece a forma necessária em sua fábrica na Itália e os envia para Chelyabinsk, onde outra empresa CIMOLAI coleta as seções de remessa. Cada arco consiste em nove seções, que em reboques de baixa carga são entregues dos Urais ao Neva.


Na fábrica


Transporte da secção de partida na rede de arrasto


Chegou ao site!


Escala


A seção inicial é apenas um dos nove segmentos de apenas um arco

Os elementos de montagem são formados a partir das seções iniciais no local da construção - três para cada arco (dois de sustentação e de fundo de poço). Esses elementos sobem alternadamente para o nível de montagem. Primeiro, duas pernas de suporte são instaladas e, em seguida, um fundo é encaixado nelas, suportado por suportes especiais de macaco. Em princípio, a tecnologia é a mesma usada na construção de pontes.

Elementos de montagem no estojo:









Quando as seções de remessa são dobradas nos elementos de montagem, a precisão dos segmentos é de jóias. A folga permitida não deve exceder 0,1 mm. Para alcançar o arco, eles são reunidos não apenas uma vez, mas duas vezes. Primeiro, é realizada uma montagem de controle na fábrica de Chelyabinsk para garantir que todos os fixadores estejam nos lugares certos. Somente depois disso, a fazenda, novamente desmontada nas seções de expedição, é enviada ao canteiro de obras.








Pré-montagem - Atenção Especial aos Conectores

Entre os elementos são conectados por juntas de atrito aparafusadas. Este método é tecnologicamente mais avançado que a soldagem - você só precisa limpar bem as superfícies a serem conectadas e apertar os parafusos com uma força calculada com precisão usando uma chave de torque calibrada. O resultado é uma montagem absolutamente rígida - depois de apertar os parafusos, eles não sofrem esforços alternados, flexão e ações destrutivas - a força flui suavemente nas placas de montagem devido à força de atrito.


Elementos de atrito de comunicação

Lute contra forças destrutivas

Diferentes forças que podem destruir a estrutura atuam no arco.
Para lidar com as forças espaçadoras que atuam nas vigas de distribuição, os projetistas usaram um método muito interessante. O arco não possui um fundamento clássico para o complexo com pilhas no chão. As vigas são integradas ao piso do estacionamento subterrâneo.


Reforço de lajes de concreto armado. Os construtores de canais discutidos imediatamente serão discutidos.

Vigas de três metros percebem com sucesso o componente vertical da força que atua sobre os suportes.

Com o componente horizontal, "empurrar" as partes de suporte do arco nesse caso é mais difícil de lidar. A solução foi encontrada na tecnologia de construção de pontes estaiadas.

Na laje, 14 formadores de canal de mangas são colocados, cada um dos quais contém 10 cabos de aço de alta resistência com um diâmetro de 12,5 mm.


Close-up de formadores de canal. Eles vão colocar cordas de aço

Usando dispositivos especiais, essas cordas são tensionadas, compensando a força de espalhamento.


Se for muito simplificado - é como puxar um arco, no papel das partes dispersas do arco - seus ombros e no papel das cordas - uma corda do arco

Antes da instalação de estruturas metálicas, a tensão das cordas é de apenas 50% da de trabalho - caso contrário, a força danificadora dos cabos de compensação se tornará destrutiva por sobreposição. Após a instalação, o peso próprio do arco compensa a tensão das cordas, após as quais a força é medida e levada ao projeto, projetada para compensar não apenas os efeitos estáticos do arco, mas também forças adicionais decorrentes de influências externas, como chuva e neve.

Depois disso, uma solução especial é bombeada para os formadores de canal, transformando os feixes de cabos em um cabo monolítico. Para controlar os esforços durante a operação do edifício, são instalados medidores de tensão nas unidades de tensão e nos formadores de canais, cujas informações são transmitidas ao sistema geral de monitoramento tecnológico do Centro Lakhta.

Ponto de apoio para extensão não suportada

Todos os arcos de cada lado chegam a um segmento de suporte, enquanto nos nós de suporte (grandes placas fixadas no teto) os elementos de suporte dos arcos não são fixados rigidamente, mas de maneira articulada fixa, a melhor analogia com a qual, talvez, seja a articulação humana. De fato, o arco repousa apenas nos nós de suporte, sendo mantido neles apenas devido ao seu próprio peso. O fato é que o próprio arco é bastante móvel, seus elementos "brincam", se movem devido a influências externas - vento, diferença de temperatura. Se estiver firmemente fixado à base, no final os elementos de suporte simplesmente quebram.

Placas de base dos nós:







Pela mesma razão fundamental, até o final da instalação do arco, uma costura de deformação de um metro e meio entre a placa estilobata e a base do arco não é derramada, de modo que as deformações que surgem quando os cabos são tensionados não são transferidas para o restante da estrutura.

A fim de proteger os elementos da fachada de mover o arco, garantindo sua estanqueidade, unidades especiais foram projetadas. Mas esses movimentos são bastante sérios. Por exemplo, a deflexão é de cerca de 100-150 mm, o que requer compensação pelos efeitos danosos, uma vez que a fachada será totalmente de vidro. Totalmente - isso não é um exagero. Até estantes verticais de 27 metros serão feitas de vidro, sobre as quais os elementos da fachada serão fixados.


Prateleiras de vidro nas quais os elementos da fachada do arco serão fixados. Visualização


Vista geral da fachada de vidro do arco - até agora também na visualização

Todas essas dificuldades tecnológicas - novamente cito a documentação do projeto: "devido à ideologia arquitetônica do objeto". Ou seja, apenas para ser bonita. Certamente vai dar certo. Mas os construtores terão que trabalhar muito rapidamente. De acordo com os regulamentos, a montagem da estrutura do arco pode ser realizada na faixa de temperatura de 0 º a 20º. Caso contrário, para compensar as deformações de temperatura, será necessário realizar cálculos em larga escala apenas para não apertar demais nem apertar demais os parafusos.

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O engenheiro de controle de construção Igor Romanenko ajudou nas construções do arco de entrada principal