Заключение о целесообразности использования при проектировании и строительстве зданий и сооружений с купольным покрытием, возводимых по технологии компании Monolithic Technology (США)  - государственный архитектурно-строительный университет


1.    Общие положения.
Наиболее часто применяемые конструктивные схемы куполов: шаровые, эллиптические, стрельчатые, зонтичные.
Выбор очертания и материалов купольного покрытия.
Очертание гладких куполов обычно получается вращением вокруг вертикальной оси меридиональной образующей кривой дуги круга, эллипса, параболы, цилиндра или комбинации из них. Проектировались и строились также конусные и зенитные купола в виде сопрягающихся оболочек с поверхностью конуса.
Для выбора очертания и материалов необходимо учитывать следующие основные требования:
1)    технологические - с целью наилучшего использования его объема;
2)    соответствие очертания и конструкции купола характеру действующих нагрузок;
3)    минимальный расход  материалов и максимальная типизация покрытия;
4)    простота и удобство монтажа и изготовления куполов, включая устройство кровли и утеплителя, а также долговечность и удобство ухода за конструкциями,  архитектурные, технико-экономические и т.д.
В качестве материала можно использовать: бетон, железобетон, кирпич, дерево, металл, пластмассы.
При устройстве куполов из монолитного железобетона может быть использована пневматическая опалубка, представляющая собой мембрану, на которую укладывается арматура и бетонная смесь. При этом с помощью мембраны можно создавать требуемую форму купола. Мембрана крепится к фундаменту, обеспечивая в этом случае механическое закрепление и герметичность  опалубки. Использование пневмоопалубки позволяет снизить стоимость и сроки возведения куполов.
Различают пологие купола со стрелой подъема 1/6 – 1/8 диаметра, достоинством которых является возможность устройства кровли и утеплителя из обычных материалов и высокие купола при стреле подъема 1/3 – 1/2 диаметра. Последние исключает образование снеговых мешков, но возникают трудности при устройстве утеплителя и кровли.
Купола с опорными кольцами могут располагаться непосредственно на фундаментах, а могут быть смонтированы (опорные кольца) на колонны или стены, устроенные на фундаментах. В купольных покрытиях, кроме опорных колец, устраивают кольцо в верхней части купола.
Разработаны методы расчета куполов с вращательной симметрией по безмоментной теории, впервые предложенной проф. В.З. Власовым. При этом рассмотрены различные схемы загружения при определении усилий в куполе.
Существующие программные комплексы ЭВМ позволяют рассматривать различные схемы куполов и виды их загружения как на симметричную, так и несимметричную нагрузку. Последнее нагружение особенно важно учитывать при расчете пологих куполов на несимметричную снеговую и сосредоточенную нагрузку от технологического оборудования.
Кроме того, необходимо обеспечить несущую способность куполов при действии ветровых нагрузок с учетом пульсационной составляющей и при строительстве куполов в районах, подверженных землетрясению.
При конструировании куполов учитываются все факторы, перечисленные выше.
Опыт проектирования куполов в России и странах СНГ свидетельствует об их надежности при эксплуатации и долговечности. В качестве примеров можно привести купол в г. Москве для планетария диаметром 28 м, построенный в 1929 г., и купол над зрительным залом в г. Новосибирске диаметром 55,5 м, построенный в 1934 г. под руководством проф. П.Л. Пастернака.


2.    Возведение купольных покрытий по технологии компании Monolithic Technology (США).
Несмотря на то, что еще в СССР в середине XX века были начаты разработки возведения купольных покрытий  с использованием пневматической опалубки, до внедрения дело так и не дошло. Американские коллеги спустя четверть века, смогли применить подобную систему на практике, значительно расширив ее прикладное значение и количество инженерных систем сопутствующих данной технологии.
Основной заслугой компании Monolithic Technology (США) является то, что она вобрала в строительный процесс и саму систему пространственных сооружений все самые современные достижения науки и техники.
Основными преимуществами рассматриваемой технологии является следующее:
1.    Система пневматической несъемной опалубки, значительно сокращает сроки строительства и обеспечивает высокую точность строительных форм, что трудно достижимо любыми другими опалубками.
2.    Высокая несущая способность, обеспечивающая безопасность и долговечность эксплуатации купольных сооружений, и гибкие конструктивные решения, позволяющие крепить непосредственно к купольному покрытию подвесное инженерное и технологическое  оборудование.
3.    Значительно меньшие эксплуатационные расходы, в сравнении с распространенными на российском рынке аналогичными по назначению зданиями и сооружениями, запроектированными и построенными с металлическим каркасом и с ограждающими конструкциями в виде сэндвич-панелей. Существует общепринятое заблуждение о надежности  металлических конструкций, покрытых антикоррозийными составами. Большинство антикоррозийных средств основываются на полимерах, структура которых «сетчатая». В результате молекулы пара, находящиеся под давлением, связанным с величиной точки росы, проникают между слоями металла и пароизоляции, что неминуемо приводит к окислительной реакции. Предотвратить или нейтрализовать данный процесс и его негативные последствия возможно с использованием дорогостоящих мероприятий, и это при условии своевременного их проведения. В противном случае практически невозможно избежать коррозии несущих конструкций со всеми вытекающими негативными последствиями, вплоть до аварии. Конструкции компании Monolithic Technology (США) лишены такого недостатка.



3. Энергоэффективность купольных сооружений.


Согласно Федеральному закону № 261 «Об энергосбережении» нормируемые параметры микроклимата в зданиях должны обеспечиваться с минимальными затратами энергоресурсов. Удельное энергопотребление зданиями (10 и более этажей) согласно существующим нормам не должно превышать 95 кВтчас/кв.м. Начиная с 2011 г. предполагается осуществлять поэтапное снижение удельного энергопотребления зданиями до 70 кВтчас/кв.м.
Основной фактор, влияющий на энергоэффективность конструкции – это форма. Сфера имеет наименьшее отношение площади наружных стен к внутреннему объему здания среди всех фигур одинакового объема.
Минимальное соотношение площади к объему дает наилучшую термальную характеристику куполам. Площадь поверхности подверженной влиянию окружающей среды имеет намного больше влияния на энергетическую эффективность здания, чем качество замазки в швах, и толщина его стен.
Теплопотери здания находятся в прямой пропорции к его аэродинамическому сопротивлению. Ветер плавно скользит поверх и вокруг купола, создавая недостаточные завихрения и воронки, чтобы нарушить пограничный слой воздуха, который крепится к поверхности любого объекта интермолекулярной микрогравитаицей. Благодаря аэродинамическому эффекту конструкции ветер огибает купол с меньшим сопротивлением.
Отсутствуют так же традиционные для остроугольных зданий срывы потока и образование турбулентных зон, которые увеличивают теплопотери через наружные ограждающие конструкции.
Теплопотери через ограждающие конструкции определяются  как  отношение  общей  площади наружных ограждающих        
конструкций     к отапливаемому объему   :

Согласно нормативам по тепловой защите показатель компактности зданий остроугольной формы варьируется в зависимости от их этажности в диапазоне 0.25-0.61. Нижний предел диапазона соответствует 16 этажным зданиям. Для 2-х этажных зданий значение показателя компактности 0.54.
Наименьшие значения показатель компактности имеет для зданий купольной формы. Показатель компактности К обратно пропорционален радиусу сооружения и при изменении радиуса от 20 до 50 м изменяется в диапазоне 0.15-0.06.
Здания купольной формы наиболее типичны для спортивных сооружений (этажность 1-3), показатель компактности которых, а, следовательно, и теплопотери в 3 и более раз ниже, чем для остроугольных зданий. Следовательно, здания купольной формы наиболее экономичны.
Технология возведения купольных покрытий компании Monolithic Technology (США) наиболее отвечает требованиям по энергосбережению, декларируемым на территории России.
Также необходимо учесть важное преимущество используемых материалов и конструкций при возведении зданий и сооружений по американской технологии перед   преобладающими на российском рынке, а именно металлический каркас с ограждающими конструкциями в виде сэндвич-панелей. Применяемая в них в качестве утеплителя минеральная вата не обладает  устойчивостью к воде во всех ее состояниях, и при ее проникновении теплоизоляционные свойства минеральной ваты снижаются практически до нуля. Данная проблема в технологии компании Monolithic Technology (США) отсутствует.

Выводы.
1.    Строительная технология компании Monolithic Technology (США) отвечает требованиям по внедрению энергоэффективных систем при проектировании и возведении объектов и сооружений практически без ограничения производственного и непроизводственного назначения и позволяет реализовать самые амбициозные проекты, получив наиболее качественный продукт, при минимальном вложении энергетических ресурсов, как при строительстве, так и при дальнейшей эксплуатации.
2.    Строительная технология компании Monolithic Technology (США) может быть рекомендована для применения на территории России при разработке проектов и их реализации при строительстве объектов и сооружений практически без ограничения производственного и непроизводственного назначения.