Покрити стадиони

многообразие от покривни конструкции

Изключително голямо е разнообразието от стадиони по целия свят. Различават се по своето предназначение, в зависимост от провежданите спортни мероприятия, по капацитета, по конструктивните особености. Някои са открити, други частично или напълно покрити.
Покривната конструкция на един стадион завършва неговия външен облик и често се превръща в опознавателен знак за съоръжението. Това е най-атрактивната част от един стадион, предизвикателство за инженери и архитекти.
Настоящата статия предлага общ поглед върху някои решения за покривни конструкции на стадиони.

Строителството на стадиони датира от дълбока древност. Макар и не в познатия в съвременния им вид, подобни съоръжения са изграждани векове преди Христа. Първите стадиони възникват в Древна Гърция с появата на Олимпийските игри. Самата дума „стадион” е с гръцки произход и е мярка за дължина, приблизително 200 метра. Един от първите стадиони е построен на п-в Пелопенос, където през 776 г. пр. Хр. се провеждат Олимпийските игри. Спортът придобива популярност и подобни стадиони започват да се появяват и в други древногръцки полиси – Атина, Делфи, Ефес. През 331 г. пр. Хр. в Атина е построен друг емблематичен стадион – Панатинайкос (Panathenaic Stadium), възстановен през 1869 г. за провеждането на Олимпийските игри и отново претърпял ремонт за Олимпиадата в Атина през 2004 г.

Първоначалната им форма била U-образна в план, разположени в подножието на хълмове, така че да се осигури естествен наклон за седалките. Постепенно тези стадиони се превръщат във важна част от живота на древните гърци, защото освен провеждането на спортни събития, те са представляли сцена на театрални представления и редица други културни мероприятия. Така се превръщат в отправен център за развитие на културата.

По-късно римляните се възползват от идеята за такива обществени трибуни и ги развили съобразно своите нужди. Така се появяват колизеумите.

От древни времена, та чак до наши дни, обликът на стадионите се е променял значително. От функциите, които са изпълнявали, формата и размерите, през материалите и технологиите. И въпреки вековната история на това съоръжение, обликът на съвременния стадион се оформя едва в края на 19 век. Тогава, през 1908 г., в Англия е построен първият стадион със стоманена носеща конструкция, а популярността, която добива футболът като спорт, е една от водещите сили за бурното развитие на такива съоръжения. Както и в останалите сфери на строителството, така и строителството на стадиони бележи своя разцвет с навлизането на стоманата и стоманобетона като основни строителни материали за изграждане на носещи конструкции.

В наши дни това са едни от най-иновативните и атрактивни инженерни съоръжения.

Съвременни стадиони
Стадионите на 21 век коренно се различават от своите предшественици. Непрекъснато се разширяват границите на дизайна, а конструкциите впечатляват със сложни инженерни решения и технологични постижения.

Съвременните стадиони са проектирани с мисъл да обединяват в себе си разнообразни функции, така че да привличат разнородна публика. Тези съоръжения в наши дни предоставят широк спектър от приложения, за които да се използват. Големите стадиони се строят с цел да удовлетворяват няколко изисквания – да събират многохилядна публика, да са функционални, да служат за провеждане на различни мероприятия – спортни и обществени. За събития като Световни първенства и Олимпийски игри, тенденциите са към изграждането на все по-технологични структури. Все повече футболни клубове се надпреварват в строителството на големи и атрактивни стадиони, така че да привличат както фенове, така и не чак толкова запалените по футбола. Съвременните стадиони са не само арена на спортни събития. Те далеч са надхвърлили основното си предназначение и днес впечатляват с визия, модерен дизайн и сложни инженерни конструкции.

Отличителна черта на всеки стадион е неговата покривна конструкция.

Покривни конструкции
Макар и съществено различни от предшестващите ги преди 2000 години, поглед върху днешните съоръжения показва общото им с древните стадиони – елипсовидната форма в план. Тя се оказва най-подходящото очертание, за да се осигури добра видимост от всички части на трибуните към правоъгълното игрище. Като оставим настрана промените, които са настъпили с използваните материали и технологии, ще концентрираме вниманието си върху особеностите на покривните конструкции, претърпели съществени различия с годините.

Покривната конструкция е ключов елемент за всеки един стадион и често му придава индивидуален и запомнящ се вид. А самите покривни конструкции могат да бъдат много разнообразни. Най-общо се делят на подвижни и неподвижни и на такива, които покриват част или целия стадион. По отношение на материалите, най-често изгражданите покривни конструкции са със стоманени носещи елементи, а покритието – текстилна мембрана, фибростъкло и поликарбонатни плоскости. Често срещани са и висящите покривни системи, с използването на стоманени въжета, на които е окачена покривната конструкция. По-рядко срещани, основно заради голямото тегло, са покривните конструкции от стоманобетон. Интересен пример за такава конструкция е покривът на Seattle Kingdom в Сиатъл, който представлява стоманобетонен купол. Завършен е през 1976 г., но е разрушен през 2000 г. поради няколко аварии, свързани с конструкцията. Друга технология, при която се покриват големи отвори, е използването на предварително напрегнати леки панели, окачени на стоманени въжета. Последните години популярни са и т. нар. пневматични конструкции.

Някои от изброените покривни конструкции ще разгледаме по-подробно.

Пневматични конструкции и покривни покрития с текстилни мембрани
Идеята за такива конструкции се заражда през 70 – те години на миналия век, когато инженерите, водени от идеята за намаляване на теглото на конструкциите, започват да използват въздуха като основно конструктивно средство.

Пневматичното покритие - купол (покривът на съоръжението) се състои от три или четири подредени и несвързани помежду си слоя. Вътрешният слой (основен слой) се състои от PVC фолио, чиято основа е на полиестерни влакна. Среден изолационен слой и външен защитен слой. Слоевете могат да бъдат в различни варианти, в зависимост от изискванията за светлина, изискванията за якост, опън и топлоизолация. Във вътрешността куполът се надува с въздух, което създава повишено налягане и това служи за опора на балона.

От външната страна на балона е конструирарана решетка от стоманени въжета. Надутият и притиснат под нея балон създава усещане за „ватирана” конструкция.

По този начин куполът е разделен на отделни сегменти и така се намалява натисковата сила. Мрежата е от поцинкована стомана.

Най-известният пример за такава конструкция е построеният през 1975 година Silverdome в Мичиган. Покритието на стадиона е от „панели” фибростъкло с тефлоново покритие, които макар и бели на цвят, при отразяване на слънчевите лъчи, изглеждат сиви. От там е получил и името си – „Сивият купол”.

Интересна покривна конструкция с текстилен материал има La Plata Stadium в Аржентина. Конструкцията на покрива, осигуряващ покритие на 312 544m2 площ, представлява мрежа напрегнати стоманени кабели, окачени между три опрни контура, които са разположени на три нива и укрепвани от стоманени колони. Върху системата от въжета е разположено покривното покритие - мембрана с фибростъклени нишки и тефлоново покритие. Материалът е водо- и огнеустойчив.

Висящи покривни конструкции
Основната носеща част е системата от кабели (стоманени въжета). Налагат се като покривна система за стадиони през 80-те години, в резултат усъвършенстване на пневматичните покрития. Носещата система се състои от стоманени въжета, окачени на мачти/пилони и поемащи натоварването от покривната конструкция. Предпочитани са от архитектите, тъй като дават възможност за разнообразни конструктивни решения и атрактивни форми. От технологична гледна точка имат предимството, че цялата покривна конструкция се изгражда на терена и впоследствие се издига и окачва на въжетата. Характерен пример за подобна конструкция е покривът на известния стадион Стад дьо Франс (Stade de France) в Париж. Плоският покрив на стадиона, наподобяващ диск, е окачен на 18 пилона, разположени по целия контур на стадиона. Вантовата конструкция осигурява подслон на всичките 80 000 места.

Впечатляваща и интересна в конструктивно отношение е покривната конструкция на стадиона Уембли в Англия. Стадионът отваря врати през 2007 година и е построен на мястото на предишния стадион Уембли 1923 г. – един от най-известните в света до разрушаването му през 2003 година. Проектът на известния Норман Фостър включва частично прибиращ се покрив. Една от отличителните и много атрактивни черти на този стадион е стоманената арка, издигаща се на 134 метра над терена и преодоляваща отвор 317 метра, което я прави най-дългата едноотворна покривна конструкция, уникална за стадион.

Подвижният покрив се състои от панели, специално проектирани за нуждите на стадиони и необходимоста да се запази качеството на настилката. Самата арка няма само декоративна функция. Тя е наклонен спрямо вертикалната й равнина. На нея са окачени кабели, които поемат част от товара на покривната конструкция с тегло 5000 тона.

Подвижни покриви
В исторически план първият стадион с подвижен покрив е Колизеумът в Рим. Покривът му е служел единствено за сянка при слънчево време. Конструкцията на сенника, т. нар. велариум, представлявала система от въжета, поддържащи покритието от текстил (платна) и наподобява мембранните покрития на съвременните покриви. Подвижният покрив на стадиона Toronto Skydome е първият успешен в технологично и функционално отношение пример за такава конструкция, която в най-широката си част покрива отвор с размер 20,4m. Конструкцията на подвижните покриви се състои от система 4 стоманени куполообразни повърхнини, една от които е неподвижна (в единия край на стадиона), а останалите се транслират и ротират при откриване/покриване на целия стадион. Носещите конструкции на всяка една от повърхнините са стоманени дъгообразни ферми.

Издигащият се на 85 метра височина подвижен покрив се отваря/затваря в рамките на 20 минути.

Няколко са проблемите, които трябва да бъдат разрешени при проектирането на такава конструкция, някои от които са свързани с голямото тегло и устойчивостта на покривните панели. Ускорението на движещите се покривни части е от значение за цялостното динамично поведение на съоръжението. Поради сложността на системата и динамичните особености, при този вид стадиони се налага изследването на много повече товарни комбинации, в сравнение с неподвижните покривни конструкции.

Интересен от конструктивна и дизайнерска гледна точка е покривнат аконструкция на Toyota Stadium. Първоначалният капацитет на стадиона е 60 000 места, по-късно редуцирани до 45 000. Покривната конструкция се състои от две части (козирки), разположени по дългите му страни, всяка от коиот е окачена на два пилона - вантова покривна конструкция. Мачтите се издигат на височина 93 метра над земята. Между тези две конструкции е разположена друга сгъваема конструкция. Тя е текстилна и е окачена на специални стоманени ферми, които при движение, разгъват текстилното покритие.

Още един пример за атрактивна подвижна покривна конструкция е покривът на стадиона Чий Йонг - Qi Zhong Stadium в Шанхай. По периферията на стадиона са разположени осем плъзгащи се панела, които наподобяват венчелистчета на магнолия. При задвижване на панелите, те се насочват с по-тясната си част към центъра на стадиона („венчелистчетата” се затварят) и така се осигурява покритие на цялата открита площ.

Стадионът Голямото око (Oita Stadium) в Япония е друг технологичен пример за подвижен покрив. Самият стадион е проектиран като голямо око, гледащо нагоре, а движещите се части на покрива, наподобяват клепачи. Тези части са с форма на полусфера и се движат спрямо надлъжната ос на съоръжението – движение нагоре, до срещата им на върха, когато напълно покриват седалките и терена. Под тях е конструирана носеща система от пространствени дъги – една в надлъжно направление и няколко напречни. Покривното покритие е тефлонова мембрана

Интересната сферична повърхнина, която се издига над терена, се вписва много добре в заобикалящата среда от заоблени хълмове около стадиона.

Последните години тенденцията в строителството на мостове, а както и при други сгради и съоръжения, е в проектирането на енергоефективни и „зелени” стадиони. Такъв е проектът за соларно захранван стадион в Тайван. Характерно за този стадион, е че покривната конструкция е покрита с 8844 слънчеви панела. Панелите покриват площ от 14 155m2 и генерират 1,14 GWh енергия, достатъчна да захранва 80% от сградите около стадиона.