из электронной библиотеки / 73348270263522.pdf

Все перечисленные выше поверхности оболочек имеют нулевую гауссову кривизну: так как в сечениях, совпадающих с прямолинейной образующей, один из радиусов кривизны равен бесконечности, сама кривизна равна нулю; следовательно, и произведение обеих кривизн будет равно нулю.

Оболочки, поверхности которых получены перемещением криволинейной образующей по другой криволинейной образующей, будут также оболочками переноса. Так, например, получена поверхность бочарного - свода, криволинейная образующая которого перемещается по криволинейной оси, лежащей в плоскости, перпендикулярной плоскости образующей. Если та же образующая получит еще и вращательное движение вокруг оси у—у, лежащей в ее плоскости, то полученная криволинейная поверхность будет представлять собой поверхность тора. Сферическая оболочка может быть получена вращением части окружности вокруг оси. Если же у сферической оболочки срезаны стороны вертикальными плоскостями, выходящими из квадрата, вписанного в круг основания, то такая оболочка носит название парусной оболочки.

Работая в двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях, оболочки должны проектироваться с учетом особенностей работы в каждой из этих плоскостей. Так цилиндрическая оболочка в продольном на-, правлении работает как балка с пролетом L, у которой! в нижнем поясе возникают растягивающие усилия, а в верхней части оболочки эти усилия сжимающие. Поэтому конструктивная высота такой оболочки должна быть не менее 1/10 пролета L. В поперечном направлении цилиндрическая оболочка работает как распорная конструкция типа тонкостенной арки с пролетом 1(1<=1/2 L). Для погашения распора в этом направлении предусматриваются диафрагмы жесткости, устанавливаемые по длине оболочки с шагом, равным (1...1,5)1.

Диафрагмы жесткости цилиндрической оболочки выполняются как сплошные стены жесткости, как фермы, вделэнные в оболочку как арки с затяжками. В то, же время распор, который действует между диафрагмами жесткости, должен быть воспринят так называемым бортовым элементом, который работает как балка в горизонтальной плоскости и переносит распорные усилия на диафрагмы жесткости.

21

Бочарные и тороидальные оболочки в отличие от цилиндрических работают как распорные конструкции и в продольном, и в поперечном направлениях. В поперечном распор, так же как и у цилиндрических оболочек, воспринимается диафрагмами жесткости. Для восприятия же распора в продольном направлении предусматриваются затяжки. Эти затяжки заделываются по концам бортовых элементов, а в пролете подвешиваются к ним для предупреждения провисация. Если покрытие состоит из рядом расположенных нескольких оболочек, бортовые элементы, развитые в ширину, предусматриваются только в крайних пролетах. У бочарных и тороидальных оболочек диафрагмы жесткости можно предусмотреть только по торцам или же торцы решать переходом в коноиды.

Распор купольных оболочек воспринимается опорным кольцом, которое можно установить на колонны как внешне безраспорную конструкцию. Распор купола может быть воспринят также наклонными стойками и перенесен имии на замкнутый кольцевой фундамент. Распор парусных, сводов воспринимается арматурой в парусах и бортовым

сооружения. Распор оболочки, имеющей форму гипара на квадратном плане, передается от покрытия на бортовые элементы, которые работают как балка или опираются, непомредственно на несущие стены.

По форме сечений оболочки можно разделить на гладкие, ребристые и сетчатые; по методу возведения — на монолитные, сборные и сборно-монолитные.Гладкие оболочки выполняются, как правило, монолитными. По расходу железобетона они наиболее, экономичные.

Сборные оболочки монтируются из тонкостенных железобетонных плит, окаймленных ребрами. Ребра служат для соединения оболочки между собой, причем между ребрами оставляются швы, куда закладывается арматура, после чего швы заполняются цементным раствором. При этом получаются ребристые оболочки.

В покрытиях, составленных из нескольких оболочек, последние не обязательно должны сопрягаться друг с другом. Они могут быть соединены и жесткими линейными

22

элементами — стержнями, металлическими фермами, которые могут быть использованы для организации верхнего света.

В тех случаях, когда оболочка опирается на отдельные фундаменты, расположенные в углах правильного многоугольника, распор может быть воспринят затяжками, соединяющими попарно эти фундаменты. В этих случаях фундаменты работают как безраспорная конструкция.

Складки в отличие от оболочек формируются из тонкостенных плоских элементов, жестко скрепленных между собой под различными углами.

Если сечение складки от опоры до опоры постоянно и не меняется в пролете, то такую складку называют призматической. Призматические складки в основном применяются углового и трапециевидного сечения.

Длинномерные, опертые по двум сторонам, призматические складки работают в продольном направлении как балка, а в поперечном — как рама, распор которой

Складчатые покрытия могут образовывать своды с пролетами до 60 м и выше. В этом случае верхние и нижние опоры, собранные из плоских элементов, соединяются затяжками, а в торцах предусматриваются треугольные опорные рамы. Сборные плиты таких сводов ребристые, прямоугольные.

Складки могут быть выполнены также и в комбинации с оболочкой, как это было осуществлено на олимпийском объекте «Дружба» в Москве.

23

Материалом для складок служит в основном железобетон, однако складки могут быть выполнены и из клееной древесины, и из металла. Металлические складки обычно из стального листа, усиленного по краям уголком.

Прежде чем начать знакомство с современной мировой практикой применения сетчатых конструкций, совершим краткий экскурс в историю этого класса покрытий, Попытки создания криволинейных покрытий предпринимались еще в Древнем Риме. По существу, активно применявшиеся древними римлянами купола и своды — ничто иное, как первые оболочки, ювелирно собранные из кирпичей специальной формы. Эта купольно-сводчатая «номенклатура» первых оболочек просуществовала без особенных дополнений вплоть до XIX века. Изменялись пропорции, варьировалась форма линии, образующей поверхность, а по сути купола оставались куполами, своды — сводами, арки — арками. Мастера различных эпох и архитектурных школ научились достаточно эффективно использовать все возможности этих конструкций. Казалось, что после пышного конструктивного разнообразия готики и барокко, ничего принципиально нового к инструментарию, отработанному в эти эпохи, добавить уже нельзя. Расширению номенклатуры новых форм покрытий мешала «кирпичная» технология их строительства. Например, при простом увеличении размеров купола (не говоря уже об усложнении его формы) собственный вес кирпичного покрытия становится настолько большим, что требует значительного увеличения толщины несущей конструкции, а это, в свою очередь, опять увеличивает вес — и так до бесконечности.

В середине XIX века ситуацию облегчила появившаяся возможность в большом количестве использовать в строительстве сталь и чугун. Именно тогда стали активно применяться огромные купола и своды на основе металлического каркаса. Применение металла позволило не только снизить массу покрытия, но и дало возможность делать эти конструкции светопрозрачными — так как заполнение каркасов можно было делать стеклянным. Успешное и активное развитие этих конструкций, одновременно с повышением качества и объемов производства металла в конце XIX века и создало необходимый «базис» для возникновения целого спектра новых металлических конструкций. Из металла становилось строить не только выгодно, но и модно. Пассажи, оранжереи и выставочные павильоны, сверкающие на солнце тоннами стекла и металла, поражали воображение жителей XIX столетия.

Как раз в этот момент, в период самого разгара «первой металлической революции» и возникли первые сетчатые оболочки а также несущие конструкции на их основе. С достаточной долей достоверности можно утверждать, что изобретателем этого вида конструкций стал знаменитый русский инженер В. Г. Шухов. Именно ему первому пришла в голову идея использования совместной статической работы системы из металлических стержней, перекрещивающихся в двух направлениях. При такой конструкции покрытие работает как одно целое, причем все стержни несут приблизительно одинаковую нагрузку, что позволяет изготавливать их одного сечения. Говорят, идея использования сетчатых конструкций у Шухова родилась благодаря казусу, аналогичному тому, который позволил Ньютону открыть закон всемирного тяготения. В роли яблока послужило обычное цветочное кашпо, сплетенное из прутьев. Его прочность оказалась достаточной, чтобы выдержать вес взрослого человека, вставшего на него одной ногой. Это и стало причиной экспериментов с конструкциями, аналогичными по своему устройству тому самому «плетеному горшку».

На протяжении всей первой половины XX века сетчатые оболочки чаще всего применялись в

24

промышленном строительстве. С их помощью перекрывали производственные цеха и выставочные павильоны, где требовалось с минимальными затратами металла перекрыть пролеты более 30-40 м.

При строительстве жилых и административных зданий сетчатые оболочки до недавнего времени применялись крайне редко. Жесткие рамки безраздельно властвующего в 20-50-х годах XX века воинствующего Корбюзианско-Райтовского функционализма сводили к минимуму возможность использования обтекаемых сетчатых «выпуклостей» в светских постройках. Вторую жизнь этим, к тому времени достаточно «затертым» промышленной архитектурой, конструкциям вернуло увлечение многих мировых архитекторов эстетикой филигранно спроектированных и исполненных в материале различных конструкций. Впоследствии это увлечение стало называться «стилем Hi-Tech».

Сетчатые оболочки как нельзя кстати пришлись для манифестации новых подходов в формообразовании. С одной стороны, их вид крайне «технотронен», что позволяет без ущерба для общей композиционной идеи вживлять их в самые экстремальные Hi-Tech- постройки. С другой — с помощью сетчатых оболочек можно создать максимально биоморфный объем. Это отвечает еще одному крайне модному в последние 20 лет веянию в архитектуре — стремлению создать «экологические» по формообразованию постройки. В этой области занятен опыт чешского архитектора и инженера Яна Каплицки, который создал множество проектов так называемых био-домов. Большая часть из них предполагала использование металлических сетчатых оболочек в качестве несущих конструкций для остекления. К сожалению, ни один более или менее серьезный проект неистового чеха так и не был реализован. Немецким же архитекторам Хьюго Херингу и Фрай Отто повезло больше, и в 1974-76 годах им удалось с использованием сетчатых оболочек возвести торговый павильон в Мангейме. Внушительные размеры сооружения(160 м в длину и 85 м в ширину)как нельзя лучше продемонстрировали конструктивный потенциал этого вида конструкций. Получившийся в результате объем здания стал ассоциативно напоминать гигантского моллюска или гипертрофированный микроорганизм, внезапно возникший посреди зелени городского парка.

Не обошел вниманием сетчатые оболочки и такой апологет Hi-Tech, как Норманн Фостер. Одна из его недавних построек — здание факультета права в Кембридже, как раз и стала своеобразной «галочкой» в формотворческой биографии мастера. Кстати сказать, в знаменитом проекте реконструкции Рейхстага в Берлине Фостер также использовал открытый сетчатый купол. Как известно, именно этот купол помог архитектору выиграть конкурс, и именно этот проект лег в основу реальной реконструкции.

Несмотря на внешнюю ажурность и легкость сетчатых оболочек, их изготовление до сих пор остается крайне дорогостоящим и трудоемким делом. Именно сложность технологии строительства сдерживает более широкое применение этих конструкций. Главная проблема любых сетчатых оболочек — узлы соединения перекрещивающихся стержней. В самом элементарном варианте, когда собирается оболочка небольших размеров, эти стержни попросту свариваются между собой газовой или электросваркой. Но при увеличении габаритов и, прежде всего, пролетов оболочек, сечение несущих элементов становится больше. В результате возникает необходимость разработки специальных узлов соединения.

25

Как правило, изготовление этих узлов требует заводской точности, что, естественно, значительно удорожает их производство.

В момент сборки оболочки также необходима филигранная точность монтажа, не всегда доступная (особенно в России).

Сейчас учеными ведутся работы по снижению себестоимости возведения сетчатых оболочек.

Одни из первых сетчатых оболочек в полном смысле этого слова — перекрытие Выксунского завода оболочкой двоякой кривизны, построенное в 1893 году, слева — сетчатые шатровые навесы Нижегородской выставки (1896 год). Оба эти сооружения «принадлежат перу» Шухова.

26

Торговые павильоны в г. Мангейм (Германия), построенные по проекту Хьюго Херинга и Фрая Отто. Оба павильона практически целиком изготовлены из сетчатых оболочек, перекрывающих площадь 9500 м 2 . Стеклянные заполнения ячеек «сетки» позволяют осуществить естественное освещение интерьера по всей поверхности «стен» и «кровли».

Музей фруктов в г. Яманаши (Япония) — традиционный специфический японский взгляд на сетчатые оболочки, насыщенно выраженный уроженкой Страны восходящего солнца Итсуко Хосегава. Здесь оболочки используются и как несущие конструкции для остекления, и просто как металлическая решетка, обозначающая объем сооружения.

Тема 2. Фрактальная геометрия

Фрактал – это сложная структура, пространственная форма которой изломана и нерегулярна или регулярна; хаотична или упорядочена, и повторяет саму себя в любом масштабе. Основными свойствами фрактальных структур в архитектуре и градостроительстве можно считать – самоподобие или иерархичность (многослойность), способность к развитию и непрерывному движению (генетичность), дробная размерность, непрерывность, принадлежность одновременно к хаосу и порядку.

Вархитектуре и градостроительстве создаются и реализовываются проекты с применением фрактальной теории: работы П. Эйзенмана, Ч. Дженкса, генеральный план города Дубай (ОАЭ).

Всвязи с всеобщей компьютеризацией фракталы стали доступны для прямых наблюдателей. Они оказались невероятно привлекательными для архитекторов и градостроителей прежде всего с эстетической точки зрения, а также – с философской, психологической.

Некоторые исследователи говорят о фрактальном принципе как о единственно возможном подтверждении правомерности гегелевского толкования сущности «понятия» с помощью визуально воспринимаемых структур. В творческой деятельности архитектора и градостроителя подобные вопросы становятся особенно актуальными, поскольку механизмы создания архитектурной композиции (концепции) представляют собой одновременно стремление к образованию определенной системы иерархических структур, концептуальному обозначению понятий. Отсылка к невидимой сущности понятий

27

посредством природных форм и цветовых сочетаний, несущих символическое значение, может явиться максимально уместной формой визуального представления понятий.

Поиск эффективных способов гармонизированного сочетания иррационального и рассудочного, соответствия художественного образа объекта концептуальной и сущности информации, делает обоснованным использование в архитектурном формообразовании не только фрактального принципа, но и самих фрактальных структур. Уникальная способность фрактала синтезировать эмоциональный посыл с рациональным началом в аспекте применения этого принципа в архитектурной и градостроительной деятельности предоставляет огромные, если не бесконечные, возможности для создания выразительных и логических структурированных пространственных образов.

Фрактал неразрывно связан с природой. Именно эта связь помогает создавать фрактальные концепции в совокупности с естественной средой.

1970-1990-е годы – время сложных и противоречивых отношений между архитектурой и теориями сложных систем. Характер этих взаимоотношений постоянно менялся, нофрактальная геометрия оставалась основной точкой пересечения. Взаимодействие архитектуры и математики происходило по закону партиципации. Многие современные архитекторы и градостроители даже сегодня, как и многие их предшественники, не слишком интересуются геометрией или математикой как таковой, но часто используют благодаря умению создавать символические, метафорические или фигуральные связи с чем-нибудь еще. Так, для многих архитекторов и градостроителей того периода фрактальная геометрия позволяет создавать проекты, напрямую связанные с природой, либо наполняет их творчество космогоническими идеями.

Понятие «фрактального масштабирования» содержит три характеристики:

1.прерывность (иначе — отсутствие непрерывности), как антитеза метафизике присутствия;

2.рекурсивностъ, т.е. способность к постоянному превращению как альтернатива понятию истока (или начала);

3.самоподобие как антитеза репрезентации (законченному образу) и эстетическому объекту.

28

В конце 20 - начале 21 веков выходят в свет более двух сотен архитектурных проектов и работ в области фрактальной теории. Среди авторов этих проектов Кооп Химмельбляу, Даниель Либерман, Морфозис, Эрик Оуэн Мосс, Жан Нувель, Бен ван Беркель и многие другие. Решаются онтологические вопросы, касающиеся изучения закономерностей поведения сложной системы образования, а это предполагает владение соответствующим исследовательским инструментом.

Фрактальное свойство самоподобия получило наибольшее распространение в работах архитекторов и градостроителей. Механизмы обратной связи и фрактальные формы, ассоциирующиеся с порядком, в хаотичных на первый взгляд системах, олицетворяют потерю стабильности в архитектуре и подрыв ортодоксального антропоморфизма, на котором основана архитектурная теория со времен Витрувия.

29

Тема 3. Лэндформы

Лэнд-арт (от англ. land art — ландшафт-искусство), направление в искусстве, возникшее в США в конце 1960-х годов, в котором создаваемое художником произведение было неразрывно связано с природнымландшафтом. Работы лэнд-арта не были по отношению к ландшафту внешними или привнесёнными, последний использовался скорее как форма и средство создания произведения. Часто работы выполнялись на открытом и удалённом от населённых мест пространстве, в котором оказывались предоставленными самим себе и действию природных сил.

Возникновение и становление лэндморфной архитектуры принадлежит к развитию ландшафтной архитектуры, формы и принципы котторой переросли в архитектурное формообразование определенного типа.

30