КРЫТЫЙ СТАДИОН
COVERED STADIUM

Изобретение относится к строительству универсальных зрелищных сооружений - крытых стадионов с раздвигающимся покрытием и трансформацией его под различные мероприятия (далее будем говорить о аренах с травяным покрытием, как наиболее сложных для трансформации, хотя сказанное справедливо для любых типов арен).
Известен «Lukas Oil Stadium» (США, Индианаполис, http://football.hiblogger.net/authors/stadiums/), травяная арена которого состоит из квадратных поддонов 2,5×2,5 м с травой. Для проведения других мероприятий поддоны убираются, освобождая бетонное основание, на котором монтируются зрительские трибуны для концертов и т.д. Трудоемкий процесс, требующий рабочих, машин, автомобильных кранов и значительного времени. Для упрощения и ускорения процесса трансформации используется выкатывающаяся за пределы стадиона арена (стадионы «Wembley», Англия, «Gelredome», Голландия). При этом, усложняются конструкции стадиона, остаются проблемы с монтажом временных трибун, а травяное поле за пределами стадиона все равно необходимо защищать от атмосферных воздействий.
Для проведения многих зрелищных мероприятий необходима сцена, которая чаще всего является сборно-разборной. На некоторых стадионах нижняя часть одной из трибун убирается, освобождая сцену (А.Ю. Кистяковский «Проектирование спортивных сооружений», М., ВШ, 1980 г., стр.159). Известна «Трансформируемая трибуна» (а.с. СССР №691548, Шогенов С.Х.), позволяющая упростить и ускорить процесс оборудования сцены.
На стадионах зрители размещаются на обычных трибунах, часто для увеличения вместимости устраивают вторые, третьи и т.д. яруса с наклоном их в сторону арены, при этом условия видимости и комфорта ухудшаются, дополнительно усложняя конструкцию стадиона. В театрах, концертных залах и т.д. используют ярусные ряды (ложи) на боковых и дальней по отношению к сцене стенах, располагая их по вертикали один над другим. Известно «Зрелищное сооружение» (а.с. СССР №815240, Диденко Н.Я., Шогенов С.Х.), в котором дополнительные ряды устраивают по восходящей в уровне нижних поясов покрытия.
Другой важной проблемой является устройство большепролетного раздвижного покрытия для инсоляции внутреннего объема и травяной арены. Известны стадионы («Cowboys Stadium» США, «Veltms-Арена», Германия и др.), в которых на две основные продольные несущие конструкции опираются поперечные конструкции покрытия с раздвигающимися блоками. Пролет продольных конструкций превышает 160 м, что усложняет и удорожает покрытие в целом. Известен стадион «Gelredome», Голландия (http://football.hiblogger.net/authors/stadiums/), в котором к углам арены примыкают стены-опоры, а на них через фермы опираются раздвижные блоки покрытия. Пролет конструкций снижается до 120-130 метров, что удешевляет его.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому решению является конструкция «Parken Stadium», Дания (http://football.hiblogger.net/authors/stadiums/), где по углам арены расположены четыре здания, две продольные несущие конструкции покрытия опираются на стойки, примыкающие к этим зданиям, покрытие состоит из стационарных частей над обычными двухъярусными трибунами вокруг арены между зданиями и раздвижной частью над ареной. Интересная особенность стадиона (как и стадиона «Gelredome») - исключение угловых зрительских секторов, условия видимости с которых наихудшие (при этом вместимость все равно превышает 40 тыс. зрителей, минимально рекомендуемых для чемпионатов мира и Европы) и использование угловых зданий как общественных, коммерческих и т.д.
К недостаткам такого решения (как и других, описанных выше) относятся:
1) очевидные трудности, связанные с трансформацией арены и устройством сцены для различных зрелищных мероприятий;
2) удаленность значительной части зрителей (особенно на верхних рядах второго яруса трибун) от арены и ухудшение условий видимости для многих других видов зрелищных мероприятий;
3) основные продольные несущие конструкции покрытия являются самостоятельными элементами, работающими по балочной схеме;
4) отсутствует единая функциональная концепция и ее планировочная, конструктивная, организационная и т.д. реализация, что в итоге ограничивает возможности сооружения и удорожает его строительство и, особенно, эксплуатацию.
Целью настоящего изобретения является упрощение и удешевление конструкции крытого стадиона, обеспечение быстрой трансформации сооружения под различные зрелища и создание комфортных условий пребывания зрителей и участников мероприятий.
Указанная цель достигается тем, что крытый стадион с прямоугольной ареной, четырьмя зданиями по ее углам, обычными трибунами по длинным и коротким сторонам арены между угловыми зданиями с превышением первого ряда над ареной, двумя продольными несущими конструкциями покрытия со стационарной частью над обычными трибунами и раздвижной светопрозрачной частью над ареной, отличающийся тем, что по периметру стадиона между угловыми расположены здания с обычными трибунами внизу и консольными ярусными трибунами над ними, причем консольные ярусные трибуны по высоте имеют и угловые здания на своих сторонах внутри стадиона, в одном из торцов арены находится трансформируемая трибуна, здание ярусных трибун с проемом до низа покрытия, склад блоков для трансформации арены, а покрытие состоит из основных продольных и поперечных несущих конструкций с верхними поясами одной плоскости, стационарные части покрытия опираются на примыкающие к ним продольные, поперечные конструкции и здания ярусных трибун и служат опорами раздвижных блоков покрытия при его раскрытии, при этом в покрытии над ареной на нижние пояса основных поперечных конструкций установлены продольные крановые фермы с путями перемещения подвесных кран-балок, которые продолжаются над трансформируемой трибуной и, опираясь стойками на здание ярусных трибун, перекрывают склад с опорой на конструкции задней части склада, являясь также несущими конструкциями стационарного покрытия этой части стадиона, а кран-балки, обеспечивая работы по всей ширине арены, в склад и обратно проходят в проемы между верхом здания ярусных трибун, низом покрытия, стенами угловых зданий и стойками крановых ферм, причем в покрытии основные продольные несущие конструкции сопрягаются с каркасом соответствующих угловых зданий, образуя с ними единую конструкцию, а блоки для трансформации арены - это прямоугольные в плане крупноразмерные конструкции с несущей решетчатой рамой и четырьмя угловыми опорами внизу в виде стоек, часть из которых имеет сверху зрительские ряды с сидениями, а другие блоки - горизонтальный пол, которые в зависимости от проводимых мероприятий устанавливаются в определенное место арены кран-балками, закрывая всю арену, при этом в местах установки опор блоков на несущее основание травяной арены из нее предварительно вынимаются поддоны с травой.
Приведенная совокупность существенных признаков предлагаемого решения в литературе не описана. Новизна решения заключается в том, что в конструкцию стадиона между угловыми вводятся здания по его периметру с обычными трибунами внизу и консольными ярусными трибунами над ними, а покрытие снабжено подъемно-транспортными механизмами для трансформации арены, при этом покрытие опирается на здания ярусных трибун и на две продольные несущие конструкции, сопрягаемые с каркасом угловых зданий и составляющие с ним единую конструкцию, а работы по трансформации ведутся с помощью нескольких кран-балок одновременно по всей ширине арены.
Покрытие стадиона имеет основные продольные и поперечные несущие конструкции одной плоскости, при этом стационарные части, опираясь своими несущими элементами на примыкающие к ним продольные, поперечные несущие элементы покрытия и здания ярусных трибун, в то же время являются опорами раздвижных блоков покрытия при его раздвижке. Эти раздвижные блоки покрытия имеют не менее четырех опор в виде катков с редукторами, электрическими двигателями и системой управления, опираются на рельсовые пути верхних поясов поперечных несущих конструкций и перемещаются по ним в поперечном направлении при раздвижке-задвижке покрытия.
В покрытии над ареной на нижние пояса поперечных несущих конструкций установлены продольные крановые фермы с путями перемещения подвесных кран-балок, которые продолжаются в сторону трансформируемой трибуны.
Продольные, поперечные несущие элементы покрытия и крановые фермы выполняются в виде спаренных решетчатых конструкций со стержнями из круглых труб, что позволяет увеличить их жесткость без дополнительных связей, упростить соединения между собой и улучшить зрительное восприятие конструкций. Кроме того, поперечные конструкции покрытия и крановые фермы для увеличения их вертикальной жесткости принимаем работающими по неразрезной статической схеме.
Здания ярусных трибун и угловые на стенах, обращенных внутрь стадиона, имеют горизонтальные ярусные консоли с рядами кресел для зрителей и ограждением. В простейшем случае на каждом ярусе располагается один ряд зрителей, а расстояние между ярусами по высоте достаточно для прохода зрителя в полный рост. Таким образом, зрители располагаются на вертикальных плоскостях зданий ярусных трибун и стен угловых зданий, обращенных внутрь стадиона, что обеспечивает их максимальное приближение к арене и наилучшие условия видимости.
При необходимости устройства сцены одна из торцевых трибун выполняется трансформируемый по а.с. СССР №691548 и ее переворот осуществляется подъемно-транспортными механизмами покрытия, что упрощает процесс.
Трансформация арены заключается в установке на нее кран-балками крупноразмерных блоков, полностью закрывающих ее. Блоки в итоге образуют либо горизонтальный пол (некоторые игровые виды спорта, танцевальные шоу, выставки и т.д.), либо зрительский партер с уклоном в сторону сцены и рядами мест (концерты, киносеансы и т.п.), либо их комбинацию (некоторые зрелища требуют определенной площади пола и зрительские места). Сами блоки представляют собой прямоугольные в плане несущие решетчатые рамы с четырьмя опорами снизу в виде стоек для установки на несущее основание арены, причем на аренах с травяным покрытием в местах установки опор блоков из нее предварительно убираются поддоны с травой. На несущей раме блока сверху смонтированы либо пол, либо зрительские ряды с сидениями, при этом число блоков таково, что позволяет проводить максимальное количество разных мероприятий.
Все блоки хранятся на складе, который расположен за трансформируемой трибуной и зданием ярусных трибун, и их доставка и установка на арену, а также обратная трансформация, осуществляется кран-балками. Для этого между верхом здания ярусных трибун и низом покрытия оставляется разрыв, крановые фермы центральной части покрытия продолжаются над трансформируемой трибуной, зданием ярусных трибун с опорой на него промежуточными стойками, складом и опираются на заднюю сторону склада. Таким образом, кран-балки перемещаются на склад и обратно на арену через проемы, образованные верхом здания ярусных трибун, низом покрытия, примыкающими стенами угловых зданий и стойками крановых ферм. Число проемов равно числу кран-балок, а их высота позволяет проходить кран-балке с подвешенным блоком арены. При этом крановые фермы одновременно служат несущими конструкциями стационарного покрытия этой части стадиона.
Такая схема трансформации позволяет проводить ее максимально быстро (за несколько часов) за счет крупноразмерных блоков и одновременной работы нескольких кран-балок по ширине здания. Это позволяет резко расширить возможности стадиона по проведению разных зрелищных мероприятий.
Таким образом, в приведенной конструкции стадиона реализуется единая функциональная концепция, в которой все основные элементы не только четко взаимосвязаны, но выполняют также и дополнительные функции. Здания ярусных трибун, приближая зрителей к арене, создают хорошую видимость протекающих мероприятий и комфортные условия пребывания, служат опорами стационарных частей покрытия, на которые, в свою очередь, передается вес раздвижных частей. Покрытие стадиона, выполняя свою основную функцию, снабжено подъемно-транспортными механизмами для трансформации арены. Крановые фермы, обеспечивая перемещение кран-балок, раскрепляют из плоскости основные поперечные конструкции, а те, в свою очередь, закрепляют основные продольные элементы покрытия в своей плоскости. Последние теперь составляет единую конструкцию с угловыми зданиями, что положительно сказывается на их работе на внешние воздействия. Процесс трансформации не только упрощается, но и позволяет расширить перечень проводимых мероприятий. Такая четкая взаимосвязь элементов системы и выполнение принципа совмещения функций не только улучшает работу ее в целом, но и серьезно снижает технико-экономические показатели конструкции. В этой связи можно утверждать, что предлагаемое решение соответствует критериям охраноспособности, предъявляемым к объектам изобретения.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1-10 приведены покрытие и план стадиона с продольным и поперечным разрезами, план несущих конструкций покрытия, фрагменты ярусных трибун, план и схема трансформации стадиона и сопряжение основной продольной конструкции покрытия с каркасом угловых зданий.
Крытый стадион (фиг.1, 2) имеет прямоугольную арену 1 и угловые здания 2, между которыми по периметру расположены здания 3 с обычными трибунами 4 и консольными ярусными трибунами 5, в том числе и на сторонах угловых зданий 2 внутри стадиона. В одном из торцов арены находится трансформируемая трибуна 6, за которой и примыкающим к ней зданием ярусных трибун 3 размещается склад 7 крупноразмерных блоков 8 (фиг.4, 10) для трансформации арены 1 с проемом 9 между верхом здания 3 и низом покрытия. Покрытие стадиона (фиг.3, 4, 5) состоит из основных продольных 10 и поперечных 11 несущих конструкций с верхними поясами одной плоскости, в котором стационарные части 12 покрытия опираются на примыкающие к ним продольные 10, поперечные 11 конструкции и здания 3 ярусных трибун. Раздвижные блоки 13 покрытия с опорами в виде катков с редукторами, двигателями и системой управления опираются на рельсовые пути 14 верхних поясов поперечных 11 несущих конструкций и перемещаются по ним в поперечном направлении до крайнего положения, в котором они опираются на продольные стационарные части покрытия 12, несущие конструкции 10 и здания ярусных трибун 3. Раздвижные блоки 13 выполняются решетчатыми, например, в виде стандартных стержневых систем типа «Кисловодск».
В покрытии над ареной на нижние пояса поперечных конструкций 11 установлены продольные крановые фермы 15 с путями 16 перемещения подвесных кран-балок 17. Крановые фермы 15 продолжаются над трансформируемой трибуной 6 и, опираясь стойками 18 на здание ярусных трибун 3, перекрывают склад 7 с опорой на конструкции задней части склада. Для этой части покрытия 12 крановые фермы служат несущей конструкцией.
Продольные 10, поперечные 11 несущие конструкции и крановые фермы 15 выполнены в виде спаренных решетчатых конструкций со стержнями из круглых труб, что, помимо сказанного выше, позволяет упростить подвеску кран-балок 17 и размещение рельсовых путей 14. Поперечные конструкции 11 и крановые фермы 15 принимаем по неразрезной схеме, что улучшает их статическую работу.
Здания ярусных трибун 3 и угловые здания 2 на стенах, обращенных внутрь стадиона, имеют чередующиеся по высоте основные 19 и промежуточные 20 перекрытия с консолями (фиг.6, 7), на которых устанавливаются ряды зрительских мест 21 с ограждениями 22. С основных перекрытий 19 зрители попадают на промежуточные перекрытия 20 по лестничным маршам 23.
Трансформация арены 1 заключается в установке на нее кран-балками 17 крупноразмерных блоков 8, полностью закрывающих ее (фиг.8, 10). Блоки 8 в итоге образуют либо горизонтальный пол 24, либо зрительский партер с рядами мест 25 и продольными и поперечными проходами 26, либо их комбинацию.
Продольные несущие конструкции покрытия 10 сопрягаются с каркасом угловых зданий 2 (фиг.9), имеющим вертикальные колонны 27, перекрытия 28 и диагональные связи 29. Получается единая пространственная конструкция, в которой угловые здания 2 связаны не только зданиями ярусных трибун 3, но и в продольном направлении условными рамами, стойками которых являются части каркасов этих зданий, а ригелями - продольные конструкции покрытия 10.
В поперечном направлении стадиона угловые здания связаны также в плоскости покрытия несущими поперечными конструкциями 11. Для улучшения работы такой рамы в местах сопряжения ригеля и стойки вводятся подкосы 30.
Крытый стадион функционирует следующим образом. В холодное время года и непогоду (дождь и т.п.) светопрозрачное покрытие закрыто и защищает участников проводимых мероприятий и зрителей. Необходимый температурно-влажностный режим внутри стадиона обеспечивается современными инженерными системами (отопление, вентиляция, кондиционирование и т.п.). При благоприятной погоде блоки 13 покрытия раздвигаются для инсоляции внутреннего объема и арены.
Зрители заполняют обычные трибуны 4 стадиона по стандартной схеме через загрузочные люки. На ярусные трибуны 5 угловых зданий 2 и зданий 3 зрители попадают следующим образом: до ближайшего основного этажа (перекрытия 19) подъем осуществляется по общим вертикальным коммуникациям зданий - лестницам, лифтам, эскалаторам (на чертежах условно не показаны) и далее проходят к своему месту на основном перекрытии 19 или промежуточном 20 через лестницу 23. Эвакуация зрителей происходит в обратном порядке.
Трансформация стадиона зависит от проводимого мероприятия. Например, после футбольного матча на стадионе будет проводиться концерт. В этом случае необходимо оборудовать сцену и зрительские места на арене. Установку блоков с зрительскими местами 25 осуществляют операторы кран-балок 17 и закрывают каждый зону арены шириной в ее четверть при четырех кранах как в примере на чертежах. Установка блоков 25 начинается с самого дальнего от склада 7 и далее последовательно «на себя» монтируются все остальные. Перед установкой блока на травяную арену рабочий предварительно вынимает из нее поддоны с травой в местах расположения опор блоков.
Определим время установки блоков на арену при ее размерах 125*80 м (поле 105*68 м плюс зоны до трибун), размерах блока 8 в плане 12*10 м, скорости подъема и перемещения груза 20 м/мин, опускания 5 м/мин. При этих размерах кран поднимает блок со склада на высоту 40 м (считаем, что блоки кран берет с нижней точки склада), перемещает на 185 м и опускает на 60 м. Совмещая перемещение и опускание груза, получим время установки самого дальнего блока:
Т=(40/20)+(60/5)=2+12=14 мин.
По длине и ширине арены устанавливаются соответственно,
дл
ш
П=(125-6)/12=10 шт., П=80/10=8 шт.,
следовательно, каждый кран должен установить 10*2=20 шт. и тогда время установки всех 80 шт. блоков четырьмя кран-балками 20*14=280 мин. или 280/60=4,7 часа. Добавляя 1.3 часа на строповку, возврат кранов и т.д., получим время трансформации арены - 6 часов.
После монтажа блоков выполняется переворот трибуны 6 и образование сцены, подвеска декораций, занавесов и т.д. Трансформируемая трибуна-сцена 6 может быть цельной или состоять из блоков в зависимости от параметров сцены. Прилегающие к сцене 6 помещения здания 3 ярусных трибун используются как гардеробные, артистические и т.д. Ретрансформация арены проводится в обратном порядке.
Основным достоинством предлагаемого решения крытого стадиона является реализация единой функциональной концепции, в которой обеспечивается не только четкое разделение функций основных элементов, но и тесная их взаимосвязь и совмещение выполняемых функций. Такой подход и его конструктивная реализация позволяют:
1) за счет ярусных трибун улучшить условия видимости и пребывания на них зрителей;
2) обеспечить не только быструю трансформацию стадиона под любые зрелищные мероприятия, но и расширить возможности сооружения в этом плане благодаря подвесному подъемно-транспортному оборудованию;
3) получить логически простую и четкую конструкцию, отвечающую основным принципам проектирования надежных и экономичных систем.
Все это приводит к улучшению технико-экономических показателей системы и позволяет снизить площадь застройки (примерно на 8-10%), уменьшить удельный расход материалов (15-20%), стоимость строительства (20-25%) и, особенно, эксплуатации сооружения.