Мировая практика

Проект Mobius Arena был представлен на конгрессе ECCA Autumn Congress в Брюсселе в ноябре 2019 года и заинтересовал наших коллег из отраслевой команды «Строительства». Мы обратились к докладчику и автору решения с предложением раскрыть детали проекта, получившего широкое признание уже на этапе проектирования!

Проект получил премию ECCA Award за успешное применение полимерного металла в облицовке здания и покрытии кровли.

Также на ежегодном дне стали в Нидерландах National StaalBouw Dag этот проект занял первое место в национальном студенческом конкурсе стали National Student Steel Prize за успешное использование стальной конструкции в дипломной работе.

«Этот проект – моя дипломная работа (бакалавриат, факультет: гражданская инженерия) в нидерландском ВУЗе. Речь идет о спортивном комплексе с разными спортивными площадками, одной из которых является ледовая арена олимпийского масштаба. Целью моей дипломной работы было создать архитектурно-инженерный дизайн крыши ледовой арены. При подготовке решения я сотрудничала с двумя компаниями – архитектурным бюро ZJA Zwarts & Jansma Architects и инженерным бюро Iv-Consult.Архитекторы предоставили основные размеры арены, в том числе длину пролета, минимальную высоту в центре арены и функциональные требования арены. Со стороны инженерного бюро основными требованиями к моей работе были следующие: создать уникальный по форме дизайн, используя сталь как основной материал несущей конструкции крыши, и применить параметрический дизайн в качестве одного из направлений современного эффективного инженерного дизайна.

Ледовая арена имеет очень специфические условия температуры и влажности воздуха внутри. Одним из основных требований правильно спроектированной арены является обеспечение безопасности и комфорта спортсменов и зрителей. Кроме того, финансовый аспект требует решений, которые позволят минимизировать использование энергии для получения идеальной поверхности льда и условий воздуха. Это означает, что конструкция крыши должна учитывать аспекты энегосбережения, среди последних разработок – конструкции кровли и облицовки из низкоэмиссионного материала и со специальным низким сечением.

Помимо минимизированного использования материалов, для дизайна несущей конструкции крыши были рассмотрены также следующие аспекты: конструктивность, ремонтопригодность и снос. При правильном включении этих аспектов в дизайн могут быть существенно минимизированы затраты жизненного цикла конструкции. Другим аспектом устойчивости конструкций в настоящее время являются возможности демонтажа после срока службы и повторное использование элементов конструкции. Это необходимо учитывать на ранних этапах проектирования с помощью структурной системы, используемого материала, размеров элементов и типа соединений.

Спроектированная крыша представляет собой конструкцию с большими пролетами, поэтому не все строительные решения могут быть применены. Тем не менее существуют три основные системы с использованием стали: фермы, арки и натяжные системы. Они могут быть рассмотрены в различных конфигурациях и дают оптимальное решение с вышеупомянутыми функциональными аспектами.

Еще один важный аспект данного проекта, которому было уделено особое внимание – это архитектурное решение. Будущее здание ледовой арены является частью спортивного комплекса в Нидерландах. Это массивная конструкция, которая привлечет внимание общественности, особенно во время национальных и международных соревнований. В связи с этим визуальное восприятие арены, безусловно, тоже играет большую роль. Если конструктивное решение вместе с выполненными функциональными и техническими требованиями может быть также эстетически привлекательным, ценность проекта значительно возрастет.
Было разработано четыре концептуальных дизайна с разными типами каркаса, и окончательный вариант был выбран на основе многокритериального анализа. Для данного проекта был выбран параметрический дизайн, который позволил добиться сбалансированного решения между сложной архитектурной формой арены и несущей конструкции крыши. Каждая колонна порталов видоизменяется в зависимости от вращения линий фасада. Помимо этого, параметрический дизайн позволил оптимизировать вес конструкции за счет итеративного подхода к параметрам конструкции (таким как расстояние между колоннами, высота ферм порталов) в расчете конструкции на прочность и устойчивость.

Программные комплексы Rhino + Grasshopper были использованы для параметрического моделирования, а в программе SCIA Engineer конструкция проверена на прочность, общую устойчивость и геометрическую неизменяемость. Кроме того, в Grasshopper применена Tekla Live-link, что позволило быстро создавать объемные модели и технические чертежи.

Результатом дизайна стало инженерно-архитектурное решение в форме так называемой ленты мёбиуса (от этого происходит и название Mobius Arena) в сочетании с пространственной системой каркасов на основе порталов. Каждая колонна здания имеет схожий конструктив, но внешние пояса ферм и колонн отличаются по форме в зависимости от вращения линий фасада».

Ответы на вопросы представителей «Северстали»:

Оригинальный проект спортивного комплекса находится на стадии комплексного проектирования.

Все элементы несущей конструкции сделаны из стальных круглых труб разного диаметра и толщины стенки. Это решение было принято для того, чтобы облегчить выбор элементов портала. Помимо этого, круглые элементы конструкции дают более эстетическое решение там, где каркас здания будет виден.

При расчете конструкции была выбрана марка стали S355. Эта марка была принята как наиболее распространенная при проектировании такого типа конструкции.

Общий вес конструкции каркаса – 2 900 тонн при площади поверхности крыши 23 230 кв. м. Этот вес не включает в себя вторичные элементы стали, например, обрешетки, но этот вес включен в нагрузки при расчетах основной конструкции.