66183 JJ17 (2)

Konstrukcje stalowe u progu xxi wieku

Jan Augustyn Marian Giżęjowski

Przekrycia o wielkiej rozpiętości

Rys. 2

Rys. 4

stalowe

grudzień 1997    5(19)

Stalowe konstrukcje przestrzenne stwarzają szerokie możliwości budowania przekryć hal sportowych i widowiskowych o dużej rozpiętości, bez stosowania podpór wewnętrznych. Postępy osiągnięte w rozwiązaniu połączeń, oparte na technikach spawalniczych, połączeniach sprężanych na śruby o wysokiej wytrzymałości i różnych połączeniach zamkowych, ułatwiają wznoszenia takich konstrukcji i podnoszą ich efektywność ekonomiczną w porównaniu z konstrukcjami żelbetowymi. Co prawda w pierwszym okresie po 2-woj-nie światowej, w którym stal była niezbędna do budowy urządzeń przemysłu ciężkiego, okrętów itp., wznoszono rów-

nież niektóre przekrycia obiektów o dużej rozpiętości w żelbecie, jednak w następnych latach coraz częściej zaczęto wykonywać je z konstrukcji metalowych. Bardzo popularne stały się przekrycia w formie aluminiowych kopuł geodezyjnych Don Richtera. Z powodu niższego od stali modułu sprężystości aluminium oraz większych ugięć konstrukcji aluminiowych, ich zastosowanie do dużych rozpiętości ogranicza się w zasadzie do elementów powłokowych.

Po 1960 roku nastąpił znaczny rozwój stalowych konstrukcji przestrzennych. Jego podstawą stała się technologia konstrukcji „strukturalnych” , kształtowanych w formie rusztów lub kratownic przestrzennych (płaskich, walcowych lub sferycznych). Wielkie zasługi położyli tu wybitni inżynierowie polskiego pochodzenia, zwłaszcza pracujący we Francji Ste-phane Du Chateau oraz Zygmunt Makowski, który przez wiele lat był dyrektorem Centrum Badań Konstrukcji Przestrzennych oraz profesorem Uniwersytetu w Surrey w Wielkiej Brytanii. Dowiedli oni, że wysoce hiperstatyczne konstrukcje są bardzo odporne na działanie pożaru. Konstrukcje tego rodzaju nadają się bardzo dobrze do wielkoseryjnej, a nawet masowej produkcji ich elementów. Wyspecjalizowało się w niej wiele znanych w całym świecie firm, jak niemieckie MERO, francuskie SPHEROBAT, holenderskie OCTATUBE, kanadyjski TRIODETIC, brytyjski NODUS i japoński DIAMOND. Do często spotykanych należą przestrzenne konstrukcje powłokowo- prętowe w postaci łupin walcowych i kopuł. Jedną z nich jest kopuła o średnicy 134 m, zbudowana dla Ośrodka Olimpijskiego w Me-xico City i skonstruowana w systemie TRIODETIC.

Centralny Ośrodek Badawczo-Projektowy Konstrukcji Metalowych MOSTOSTAL opracował i rozpowszechnił szereg typów przestrzennych konstrukcji prętowych. Najnowszą z nich jest niedawno zbudowane przekrycie lodowiska sportowego TORWAR w Warszawie w postaci dwuwarstwowej struktury płaskiej w systemie ALMOS. Kolorowe powłoki PCV pozwalają na osiągnięcie znakomitych efektów architektonicznych.

Interesujący przykład kształtowania konstrukcji przestrzennych stanowi wieloprzęsłowe przykrycie nowego portu lotniczego w Kuala Lumpur (rys 1).

Składa się on z wielu segmentów łupin prętowych o krzywiźnie paraboloidy hi-perbolicznej, ułożonej na siatce 38,4 m, wspartych na ostrosłupowych podporach żelbetowych [2]; całkowita powierzchnia zabudowy wynosi 230,4x345,6 m.

Powierzchnie translacyjne przekryć powłokowo-prętowych, oszklonych bezpośrednio, bez oddzielnych ram okiennych, są prostą kontynuacją trendów architektonicznych rewolucji przemysłowej XVIII i XIX wieku. Odżyły one w drugiej połowie naszego wieku w pionierskich pracach W. Bauersfiel-da, B. Fullera, F. Otto i innych. Rys. 2 pokazuje fragment „koła szprychowego” oszklonego sklepienia beczkowego, przekrywającego dziedziniec Muzeum Historii Hamburga, wzniesionego w 1994 roku, [3], Podstawowa siatka konstrukcji, rozwinięta w planie stanowi kwadratową sieć złożoną z powlekanych prętów o tej samej długości. Siatka prętów o kwadratowych oczkach jest stężona przekątnie cienkimi wstępnie sprężonymi kablami, przenoszącymi obciążenie, przy bardzo małych przemieszczeniach. Oszklone panele przymocowane bezpośrednio do prętów płaskich, stanowią romboidy o stopniowo zmieniających się kątach. Ponieważ nie można było wykluczyć dużego obciążenia śniegiem po jednej stronie, strefy najbardziej wrażliwe na zsuwanie i gromadzenie się śniegu w zagłębieniach sklepienia beczkowego zostały dodatkowo usztywnione w przemyślny sposób, za pomocą „kół szprychowych”, złożonych z cięgien wychodzących promieniowo ze środka koła.

Ostatnio zbudowano wiele przeszklonych struktur wielowarstwowych. M.in. przeszklone sklepienie beczkowe o wymiarach na planie 80x250 m, zbudowane jako centralna hala dla obsługi nowej ekspozycji Targów Lipskich. Innym „konkurencyjnym” przykładem może być stalowa przestrzenna konstrukcja Szklanej Hali Międzynarodowego Forum Tokio, [5].

Technologia prętowych konstrukcji przestrzennych jest ciągle rozwijana, szczególnie pod kątem ułatwienia montażu. Profesor M. Kawaguchi opracował i opatentował system konstrukcji kopuł PANTADOME. Pozwala ona na zastosowanie efektywnej metody montażu konstrukcji kopuł o średniej roz-

30