Опыт создания стеклопластиковых куполов при строительстве мечети в городе Шали

Проект мечети в городе Шали с окружающими её зданиями

Объем предстоящих работ включал в себя проектирование куполов, полукуполов и подбарабанной сферы для главного здания, четырех зданий тахарат, четырех зданий входных арок, четырех минаретов — всего 11 наименований купольных конструкций.

Общая площадь куполов, наверший и декоративных облицовок составила 7 940 м².

Рассмотрев все возможные варианты создания подобных кровельных конструкций, мы пришли к выводу, что наиболее эффективным вариантом строительства подобной кровли в минимальные сроки (2 года) является изготовление таких деталей из огнестойкого стеклопластика с декоративным гелькоутным покрытием белого цвета.

Стеклопластиковая конструкция куполов позволяет создать практически любые элементы купола различной геометрической формы и различных размеров, соблюсти повторяемость и геометрическую точность размеров, воспроизвести одинаковый цвет поверхности для каждой детали, а также выполнить требования заказчика:

• отсутствие видимых швов и стыков ламелей куполов;
  
• цвет поверхности — белый полуматовый, имитирующий фарфоровую поверхность;
  
• высокая огнестойкость конструкций (Г1, В2, Д2);
  
• возможность нанесения позолоты как на отдельные детали, так и на локальные участки поверхности куполов, наверший и декоративных панелей;
  
• стабильность цвета в условиях воздействия УФ-излучения и широкий диапазон рабочих температур;
  
• конструкция куполов должна обеспечивать соответствие не только по параметру минимума теплопотерь в зимний период, но и по параметру увеличенного теплового сопротивления для снижения нагрева зданий в летний период (с целью экономии расходов на монтаж и обслуживание системы кондиционирования зданий);
  
• возможность простой установки на кровле дополнительных элементов — светильников, инженерных систем, систем технологического обслуживания;
  
• длительный срок безремонтной эксплуатации кровли, простота обслуживания весь срок эксплуатации здания;
  
• способность видимых поверхностей кровли к самоочистке под воздействием атмосферных осадков.
  

3D-модель главного купола (слева)и стеклопластиковая модель главного купола в масштабе М 1:20 (справа)

В ходе реализации проекта разработаны и изготовлены 73 купола из огнестойкого стеклопластика. Диаметр самого маленького купола составил 1,7 м, диаметр самого большого купола — 24 м.

На этапе выбора и обоснования применяемого материала была разработана и изготовлена стеклопластиковая модель главного купола мечети в масштабе М 1:20, внешний вид и прочность которой полностью удовлетворили заказчика.

Неожиданной проблемой при создании куполов над зданиями тахарат стали значительные допуски изготовления монолитных бетонных сводов, поверхность которых была выполнена по деревянной дощатой опалубке.

Результаты сканирования железобетонных куполов одного из зданий тахарат (черным цветом показаны недопустимые отклонения в их геометрии от теоретического профиля)

Лазерное сканирование бетонных оснований куполов показало большое отклонение от теоретической поверхности. Это потребовало полного перепроектирования куполов этих зданий с целью их унификации, что сократило количество требуемой технологической оснастки.

В связи с этим изменился порядок построения трехмерных моделей для производства унифицированных куполов тахарат:

• было произведено формирование таблиц измерений и отклонений габаритов по каждому куполу на основе результатов лазерного сканирования;
  
• была произведена унификация размеров для каждой группы куполов с учетом усредненного отклонения основания купола от проектных размеров;
  
• были построены трехмерные модели куполов, покрывающие все отклонения оснований куполов с учетом архитектурных и технических требований здания;
  
• были сконструированы системы крепления стеклопластиковых ламелей к утепленному железобетонному основанию купола тахараты.
  

На основании разработанных трехмерных моделей на каждый купол были спроектированы мастер-модели для каждой ламели. Мастер-модели были отфрезерованы на крупногабаритном станке с ЧПУ из отечественных модельных плит пенополиуретана плотностью 380 кг/м³.

Одна из матриц ламели малого купола здания тахарат

Стеклопластиковая деталь ламели купола на формообразующей матрице

Фрезерование одного из элементов мастер-модели ламели купола

Комплектование наверший куполов деталями, изготовленными как формовкой, так и литьем из полиэфирной смолы

Матрицы изготавливались по типовой технологии. Использовались антиадгезивы: воск — для мастер-моделей и полупостоянный — для матриц.

Изготовление серийных деталей ламелей куполов производилось методом ручного контактного формования из огнестойкой смолы.

Декоративные элементы наверший куполов (алимов) изготавливались как формовкой, так и литьем из искусственного камня.

Крупногабаритные ламели куполов длиной более 14,5 м усиливались сотовыми панелями для облегчения монтажа на строительном объекте.

Все высотные работы по монтажу и сборке куполов на зданиях осуществлялись специалистами ООО «ПСК «Алтес».

Наиболее сложной конструкцией стал главный купол мечети диаметром 24 м и высотой 10 м, состоящий из 744 композитных деталей. Длина каждой из 60-ти двухсоткилограммовых ламелей составила 14,5 м. Общая площадь главного купола — 1408 м². Купол из стеклопластиковых деталей сконструирован таким образом, что может компенсировать линейное термическое расширение его металлического основания как вдоль образующей ламели, так и по диаметру купола.

Монтаж ламелей и декоративных элементов главного купола

Сверху купола установлено стеклопластиковое навершие, покрытое сусальным золотом. Высота навершия — 5,7 м, диаметр — 7,2 м. Оно состоит из 33 деталей.

На главном здании мечети также установлены 4 малых купола диаметром 7,6 м и высотой 4 м площадью 110 м². Каждый купол имеет позолоченное навершие высотой 1,5 м и диаметром 1,1 м.

По бокам малых куполов установлены стеклопластиковые купола 8-ми гулдаст, выполненных в одну деталь каждая. Каждая гулдаста также имеет навершие из двух деталей.

Наиболее высокие купола установлены на минаретах мечети. Эти купола высотой 3,3 м и диаметром 2,1 м собирались предварительно на строительной площадке и затем поднимались краном на место их установки.

Наиболее трудоёмкими и многочисленными являлись купола зданий тахарат. Всего на этих зданиях было установлено 36 куполов — 32 малых (диаметром 5 м) и 4 больших купола (диаметром 7,3 м).

Вид смонтированных куполов на одном из зданий тахарат

Еще четыре здания входных арок имели по 3 купола на каждой.

Вся работа от начала проектирования до сдачи объекта заняла 2,5 года и была выполнена тремя организациями:

• ООО «ПСК «АЛТЕС» (Санкт-Петербург) — разработка и проектирование всех кровель мечети, строительно-монтажные работы;
  
• ООО «Композит Групп» (Московская область, г. Балашиха) — изготовление оснастки и деталей куполов из стеклокомпозита;
  
• ООО «Композитные технологии и оснастка» (Московская область, г. Балашиха) — разработка мастер-моделей и управляющих программ для фрезерных станков с ЧПУ.
  

Открытие этой белой мечети (одной из десяти крупнейших в мире и самой крупной в Европе) состоялось 23 июля 2019 года в присутствии глав более чем 40 государств Ближнего Востока, Средней Азии и Африки.

Вид с одного из минаретов мечети на главный купол и здания входных арок и тахарат

Общий вид на комплекс зданий мечети в городе Шали

Полученный нашими специалистами опыт позволяет нам надеяться, что и более сложные купола уникальных зданий и сооружений могут быть с успехом выполнены из новых композиционных материалов в кратчайшие сроки и с высочайшим качеством.

Статья была опубликована в номере 6 (87) 2019