Порта3 – градежништво, архитектура и екологија Порта3 – градежништво, архитектура и екологија
Филип РИСТЕСКИ, Коста КОЧКОВ – Собраниската сала за репрезентативни намени е комплетно во челична конструкција, со кружен облик во основа и се состои од подна конструкција и покривна конструкција од типот геодетска купола. Ваков тип на покривна конструкција за прв пат се гради во Република Македонија и затоа нејзиното проектирање е интересно од повеќе аспекти.
Во рамките на реконструкцијата и доградбата на зградата на Собранието на РМ е предвидена изградба на собраниска сала за репрезентативни намени. Собраниската сала е комплексна челична структура составена од V16 3/8 геодетска купола со дијаметар 32,0 метри и височина 10,0 метри, подна конструкција од радијално поставени решетки и потпорна конструкција од хоризонтална прстенеста решетка со дијаметар еднаков на дијаметарот на куполата, вертикална кружна решетка со дијаметар еднаков на дијаметарот на подната конструкција и косници. Челичната конструкција се потпира на новоизградената армирано-бетонска (АБ) конструкција и на шест АБ столбови. Во трудот се дадени најважните карактеристики на конструкцијата, математичкиот модел и детали за пресметувањето. Во рамките на реконструкцијата и доградбата на зградата (слика 1.) што е во тек, исто така, во нејзиниот централен дел е предвидена изградба на повеќе административни содржини во функција на работата на Собранието.
ОПШТИ КАРАКТЕРИСТИКИ НА КОНСТРУКЦИЈАТА
Административниот дел претставува класична армирано-бетонска конструкција од П+4 ката составена од армирано-бетонски греди со димензии b/h=35/35 cm и армирано-бетонски столбови a/b=50/50cm, со меѓукатна конструкција од армирано-бетонски плочи со дебелина од d=15cm и армирано-бетонски платна во делот за вертикална комуникација на објектот со дебелина од d=20cm. Темелењето на конструкцијата е остварено со армирано-бетонска темелна плоча со дебелина d=100cm на доброносива почва со дозволено напрегање од околу 235 MPa. Собраниската сала за репрезентативни намени е комплетно во челична конструкција, со кружен облик во основа, и се состои од подна конструкција и покривна конструкција од типот геодетска купола. Ваков тип на покривна конструкција за прв пат се гради во Република Македонија и затоа нејзиното проектирање е интересно од повеќе аспекти.
ГЕОДЕТСКА КУПОЛА
Геодетската купола датира уште од далечните години после Втората светска војна и е дело на R. Buckminster Fuller, генијалниот американски инженер, мислител, иноватор и носител на 28 USA патенти, автор на 30 книги, универзитетски професор, носител на голем број почесни докторски титули, а запаметен е и како втор претседател на Mensa International, меѓународното здружение на лица со највисок IQ (коефициент на интелигенција). Неговата геодетска купола станува широко применувана најпрво во Американската армија, која ги препознава нејзините можности за брза и лесна изградба со стандардизирани елементи и врски и практично неограничени носечки карактеристики, а подоцна, особено во 60-тите и 70-тите години од минатиот век, доживува експлозивна примена во спортски хали, изложбени и саемски објекти и други конструкции со големи распони дури и преку 200m (Fukuoka dome, Japan, 216m).
Основна геометриска структура од која се создава геодетската купола е "икосахедрон" (на грчки геометриско тело со 20 страни), едно од петте Платонови идеални геометриски тела (солиди), со страници од 20 идентични рамнокраки триаголници, 30 рабови и 12 темиња (слика 2.). Сите темиња лежат на површината на една опишана топка со радиус ru, φ е познатиот "златен однос" или "златен пресек" (Golden ratio, Sectio aurea), за кој уште од времето на Стара Грција и особено во времето на Ренесансата се сметало дека може да исполни највисоки естетски критериуми. Ако секоја од страните на икосахедронот се подели на два, три, четири, итн. еднакви делови, а сите новодобиени темиња се поврзат во триаголници, но така што новодобиените темиња лежат на истата топка со радиус ru се добива геодетска купола со "фреквенција" V2, V3, V4 итн. На пр. на слика 3. е прикажана геодетска купола со фреквенција V6. Со порастот на фреквенцијата енормно расте и бројот на рабовите (стаповите), страните (триаголниците) и темињата (јазлите). Така на пр. геодетска купола со фреквенција V2 содржи 65 стапови (две различни должини), 40 триаголници (два типа) и 26 јазли, со фреквенција V4 – 250 стапови (6 должини), 160 триаголници (5 типови) и 91 јазел, а куполата со фреквенција V8 дури 980 стапови (19 должини), 640 триаголници (15 типови) и 341 јазел. Меѓутоа, очигледно е дека бројот на идентични елементи (стапови или триаголници) мора да биде делив со 5 и дека само темињата на геодетските куполи со парна фреквенција лежат на екваторот (на топката).
Големиот број на елементи во геодетските куполи со повисока фреквенција денеска не претставува посебен проблем ни во изработката ни во монтажата на металните конструкции. Со компјутеризираните (CNC) машини за сечење, заварување и машинска обработка, можат да се добијат елементи со висока прецизност во поглед на должините и приклучните просторни агли, што е од пресудно значење за добивање на идеалниот облик на структурата. За монтажата пак, најбитно е точното обележување, како на елементите, така и на локацијата и ориентацијата на јазлените елементи. Од конструкторски аспект, повисоките фреквенции ги доближуваат геодетските куполи до идеалното геометриско тело – топка, оформувајќи структура со максимален волумен во однос на нејзината површина, комплетно оформени триаголни елементи. Таквиот концепт овозможува стаповите да бидат поврзани во јазлите само со една завртка (чеп, плоча) обезбедувајќи просторно крута конструкција во која сите стапови се натоварени (доминантно или) само со аксијални сили. Независно од архитектонските (естетските) и конструкторските предности на ваквите конструкции, постојат и објективни недостатоци. Тие доаѓаат до израз при решавањето на деталите за покривањето и заштитата од атмосферилии (голем број различни триаголници, проблеми со заптивањето на контактите), а во услови на користење потребата од ветреење заради појавата на кондензација.
Куполата на Собранието на Република Македонија претставува геодетска купола со фреквенција V16 5/8. Куполата всушност претставува сегмент (калота) со дијаметар (на калотата) 32,0m и височина 10,0m. со однос радиус/височина = 5/8. Радиусот на еквивалентната топка изнесува 17.80m. За овој систем, се добиени вкупно 3.355 стапови (со 391 должина) 2.560 триаголници (панели, 511 типови) и 1.322 јазли. Максималната должина на стаповите изнесува 1.30m. Од конструкторски аспект, иако непотребна, фреквенцијата на геодетската купола (а со тоа и максималната должина на стаповите) е изнудена од архитектонските барања за максимални димензии на стаклените покривни панели. Сите стапови на куполата се избрани со кружен пресек Ф88.9/4. За поврзување на стаповите во јазлите е предвиден детаљ сличен на концептот на "Mero" системот за просторни конструкции. Како проблем во конструирањето (и изработката) на овие врски можат да се наведат малите меѓусебни варијации на приклучните просторни агли (најчесто во износ од неколку степени) во одделни јазли на куполата, кои ја усложнуваат изработката и претставуваат потенцијални генератори за грешки во монтажата. Направен е обид врските да се симплифицираат и унифицираат со можност за приспособување на аголот.
Идејното решение на една ваква врска е дадено на слика 4, со напомена дека монтажата е можна само со перманентна контрола со прецизни геодетски инструменти, со цел да се сочува конфигурацијата на структурата. Во "игра" се повеќе други детали на поврзување. Конструкцијата на геодетската купола (слика 1.) во нејзиниот највисок дел е модифицирана со додавање на секундарен сегмент на калота, кој со помош на хидрауличен систем може да се подига (спушта) за да обезбеди природно вентилирање на салата и спречување на кондензација. Освен тоа, како посебен сегмент на конструкцијата, е предвиден и мал подвижен "мост" кој може да кружи по обемот на куполата со намена за чистење и одржување на покривачот од стаклени панели. Покрај сопствената тежина и постојаните натоварувања, конструкцијата е пресметана за натоварувања со снег, ветер, температурни промени и сеизмички натоварувања. Самата форма на куполата овозможува таа да има доста добри аеродинамични карактеристики при дејство на ветер, а заради релативно малите постојани натоварувања се јавуваат и релативно мали сеизмички сили и поместувања.
КОНСТРУКЦИЈА НА СОБРАНИСКАТА САЛА
Правилната работа на секоја закривена рамнинска или просторна конструкција, кај која аголот на потпирање врз основата е помал од 90°, зависи во голем степен од способноста за прием на хоризонталните реакции, без значителни хоризонтални поместувања. За таа цел, во конкретниот случај е предвидена прстенеста хоризонтална решетка ("голем ринг") во ниво на долниот раб на геодетската купола (слика 1.). Вертикалните реакции од геодетската купола, преку косници се предаваат во јазлите од долниот појас на кружно закривена ободна вертикална решетка на кои, исто така се потпираат носачите на подната конструкција.
Подната конструкција е оформена со вкупно 44 радијално поставени рамнински решетки со различна должина (слика 5.), кои во врската со ободната вертикална решетка имаат височина од 1.0m. Една половина од радијалните решетки, со должина половина од радиусот, се потпира на двопојасна кружно закривена решетка, а втората половина продолжува до "малиот ринг" со дијаметар 4,0m и височина 2,40m. Сите радијални решетки меѓусебно се поврзани со секундарни подни носачи во вид на прстени. Анализите покажаа дека вака конципираната подна конструкција е силно осетлива на хоризонтални торзиони осцилации. Подната конструкција е драстично "смирена" со поставување на хоризонтални спрегови во ниво на рамнината на подот, а со тоа е намалена и периодата на осцилации. Комплексната челична конструкција (купола, решетки, подна конструкција) во еден дел се потпира на новоизградената АБ конструкција преку неподвижни лежишта (ослободени од моменти), а во преостанатиот дел на вкупно шест АБ столбови со височина 12.80m преку неопренски лежишта кои пренесуваат само вертикални реакции.
МОДЕЛИРАЊЕ И НАТОВАРУВАЊА
Изграден е комплексен математички модел кој ги опфаќа геодетската купола, подната конструкција на собраниската сала, АБ конструкцијата на административните простории и АБ столбовите. Користен е програмскиот пакет SAP2000 со FRAME елементи (челик и бетон) и SHELL елементи (меѓукатни плочи). За генерирање на просторните координати на 16V 5/8 геодетската купола е користен софтверот CADRE Geo 6.0. Како поспецифични, ќе бидат прикажани натоварувањата на геодетската купола:
– Ветер. Се нанесува како концентрирана сила во секој јазел.
– Снег. Основното натоварување со снег е земено во износ од 0.75 kN/m². За поголеми агли е извршена редукција, а за агли поголеми од 60º во однос на основата натоварувањето со снег е 0. Натоватувањето во секој јазел е производ на соодветното натоварување со снег и припадната површина.
– Температура. Анализирано е влијанието од рамномерна промена на температурата ΔT = ±20ºC.
– Кровен покривач (стакло). Според Проектот за архитектура се применува изолационо стакло тип RX WARM/SA d=10mm, со тежина 0.60 kN/m2. Натоварувањето е нанесено како концентрирана сила во секој јазел.
– Сеизмика. Анализата од сеизмички влијанија е направена со помош на спектрална крива според МКС стандарот за сеизмички активни зони со земјино забрзување PGA a=0,4g. Заради малите постојани натоварувања на куполата, се генерираат мали сеизмички сили, а со тоа и мали поместувања. Тоталните влијанија се добиени врз база на соодветните товарни комбинации за определување на најнеповолните влијанија. Извршената статичка и динамичка анализа на конструкцијата покажува дека се добиени многу добри резултати во поглед на напонско-деформационата состојба, што е од особено значење ако се имаат предвид комплексната структура и неповолните услови на самото место. Периодата на првиот тон изнесува Т = 0.38 sеc.
(Филип Ристески е градежен инженер, дизајнер, во ФАКОМ. Коста Кочков е градежен инженер, раководител на Одделението за дизајн во ФАКОМ)
