Хронология возведения первых железобетонных оболочек

Первым тонкостенным железобетонным изделием была ферроцементная лодка, изготовленная французским адвокатом Л. Ламбо (J.-L. Lambot) в 1848 г. и показанная на Всемирной парижской выставке в 1855 г. Эта лодка прослужила почти 50 лет.

Как уже отмечалось в параграфе 2.2, после того как было налажено производство портландцемента, наступила эра железобетонных конструкций, сначала в виде стен, колони, плоских перекрытий, затем стали появляться железобетонные арки, позже, в 1920;х гг., — тонкостенные оболочки с меридиональными ребрами усиления и, наконец, тонкостенные оболочки только с опорными контурными ребрами.

Э. Фрейсине (E. Freyssinet), французский инженер-мостостроитель, запроектировал и построил цилиндрическую параболическую оболочку, представляющую собой практически систему параболических арок, для перекрытия 30-метрового пролета завода в Монлюсоне (Франция) в 1905 г. В 1916 г. он запроектировал серию из восьми ангаров, образованных тонкими бетонными сводами и укрепленными арочными балками, расположенными с наружной стороны сводов. Много аналогичных ангаров разнообразной формы было построено им в 1917 г. (рис. 8.10). Затем параболическую структуру Э. Фрейсине использовал при строительстве ангара в Орли близ Парижа (рис. 8.11). Первые железобетонные оболочки в форме системы параболических коноидов также были запроектированы во Франции Э. Фрейсине (рис. 8.12). Кстати, коноидальные оболочки он применял чаще, чем цилиндрические.

Винтовая лестница в форме прямого геликоида, выполненная из железобетона в 1909 г., может считаться первой железобетонной конструкцией в форме неканонической поверхности (рис. 8.13).

Решающий таг в освоении железобетонных конструкций, несущих эстетические качества, сделал выдающийся французский ар;

Рис. 8.10. Цилиндрические ангары. Франция, г. Истр, запроектированы в 1917 г., инж. Э. Фрейсине.

Рис. 8.11. Ангар в Орли близ Парижа. Франция, 1916−1924 гг., инж. Э. Фрейсине.

Рис. 8.12. Коноидальная оболочка. 1928 г., арх. Э. Фрейсине.

Рис. 8.13. Железобетонная лестница на предпоследнем этаже башни. Псковская обл., с. Старые Липы, 1909 г.

хитектор Огюст Перре (August Perret). До него эстетические возможности железобетона вообще отрицались, и железобетон тщательно декорировался под камень или дерево.

Первые железобетонные сплошные оболочки построены в 1910 г. на железнодорожной станции Ле Берси в Париже. К первым постройкам купольного типа из железобетона с радиально-кольцевой системой массивных ребер можно отнести «Зал столетия» М. Берга (Max Berg) диаметром 65 м, построенный в 1911 — 1913 гг. во Вроцлаве (рис. 8.14). По мнению многих архитекторов, этот купол выглядит еще очень тяжелым, хотя, рассматривая фотографии внутреннего пространства зала, с этим трудно согласиться. По с этого момента началось расширенное строительство качественно новых большепролетных пространственных тонкостенных конструкций -.

Рис. 8.14. " Зал столетия". Польша, г. Вроцлав, 1911−1913 гг., арх. М. Берг, инж. Г. Трауэр.

Фото: А. Бархин оболочек на базе железобетона. Купол «Зала столетия» стал первым сооружением, пролет которого превысил пролет Пантеона в Риме (43,3 м). Купол Сенакельской церки диаметром 14,5 м и толщиной 10 см, построенный Ж. Г. Вайбенгой (J. G. Wiebenga) в Ниджмегене на востоке Нидерландов в 1914 г., менее известен историкам архитектуры.

Профессору В. Бауерсфельду (W. Bauersfeld), инженеру компании «Карл Цейсс», было поручено построить планетарий, для чего ему было необходимо запроектировать большую полусферу для проекции на нес звездного неба. Для проектирования железобетонной оболочки планетария в Иене на востоке Германии были привлечены архитекторы Ф. Дишингер (F. Dishinger) и У. Финстервальтер (U. Finsterwalter). Перед началом реального проектирования они провели серию экспериментов со стальными решетчатыми оболочками, позднее названными геодезическими куполами. В дальнейшем для планетария на крыше фабрики «Карл Цейсс» они решили выбрать небольшую сферу с пролетом в 16 м и толщиной всего лишь 3 см. Треугольная стальная решетчатая структура была покрыта торкретбетоном и оставлена как арматура в теле оболочки (рис. 8.15). Такой метод возведения дал возможность отказаться от возведения сплошной деревянной опалубки. Кстати, в статье известных американских ученых [10] подчеркивается, что именно эта оболочка должна считаться первой оболочкой, удовлетворяющей не только функциональным, но и основным архитектурным и эстетическим требованиям, предъявляемым к общественным сооружениям.

На следующий год после описанного выше экспериментального планетария В. Бауерсфельд построил в Йене планетарий в форме полусферы диаметром 24,84 м, который следует считать одной из самых ранних железобетонных купольных построек (Германия, инж. В. Бауерсфельд, Dyckerhoff & Widmann, 1925 г.). Толщина оболочки — 6 см, теплоизоляция — пробковые плиты, кровля — из рубероида. Сначала был смонтирован стержневой металлический ку;

Рис. 8.15. Экспериментальный планетарий на крыше фабрики «Карл Цейсс». Германия, 1924 г.

Рис. 8.16. Планетарий в Ганновере. Германия, 1927−1928 гг., в наши дни — кинотеатр.

Рис. 8.17. Планетарий в Берлине. Германия, 1920;е гг.

пол, а затем осуществлялось бетонирование оболочки методом торкретирования кольцевых поясов шириной 1,5−2 м. Главное внимание архитектора было уделено самой оболочке, а не комплексу в целом, так как это было время увлечения тонкостенными большепролетными сооружениями. Общая структура здания выполнена с позиций классицизма. При расчете купола В. Бауерсфельд учитывал не только растяжение и сжатие, возникающее при расчете по безмоментной теории оболочек, но и изгибающие моменты. В 1920;с гг. были построены также монолитные купола планетариев в Нюрнберге, Ганновере (рис. 8.16) и Берлине (рис. 8.17).

В США железобетонные оболочки стали активно изучаться в 1930;е гг. по запросу ВВС США. Первый планетарий в Западном полушарии (г. Чикаго) создан в 1930 г. М. Адлером при участии первого директора планетария американского астронома Ф. Фокса (рис. 8.18). В 1934 г. А. Тедеско запроектировал и построил полусферическую тонкую железобетонную оболочку Хайденского планетария в Нью-Йорке с отношением «пролет: толщина», равным приблизительно 330: 1. Планетарий был демонтирован в 1997 г. в связи с трудностями в эксплуатации и большими эксплуатационными расходами.

Очевидно, что в начале эры оболочек расширенное строительство планетариев сыграло прогрессивную роль, показывая, что в некоторых случаях без оболочек невозможно удовлетворить функциональному назначению сооружения.

В пашей стране длинные и короткие цилиндрические монолитные оболочки стали применяться в промышленном строительстве с 1928 г. Например, первая железобетонная цилиндрическая оболочка была возведена под руководством проф. М. А. Новогородского.

Рис. 8.18. Планетарий и музей астрономии в Чикаго. США, 1930 г., арх. М. Адлер.

Рис. 8.19. Параболический железобетонный купол Московского планетария:

а — до реконструкции (1927;1929); б — после реконструкции (2011).

над резервуаром для воды в г. Баку в 1925 г. Затем цилиндрические оболочки были применены для здания харьковского почтамта (1928), московской автобазы (1929) и ростовского завода сельхозмашин (1931).

К первым купольным железобетонным оболочкам гражданского назначения, возведенным в СССР, относится купол в форме параболоида вращения Московского планетария диаметром 27 м и толщиной оболочки около 7 см (архитекторы М. О. Бари, М. И. Синявский, рис. 8.19). Позже купола были построены над зрительным залом Дома науки и культуры (1934, рис. 8.20), сейчас — Новосибирский оперный театр, и Московским театром сатиры (1939, рис. 8.21). В 1939 г. было перекрыто пологой эллипсоидной оболочкой толщиной 11 см и пролетом 37 м здание Смоленского областного театра (арх. С. А. Ильинская, инж. Б. В. Шепетов). Кстати, гладкий купол диаметром 55,5 м над Новосибирским оперным театром на момент возведения был самым большим в мире (инж. Б. Ф. Матери по идее П. Л. Пастернака). И в наше время это сооружение можно назвать выдающимся сооружением, так как отноше;

Рис. 8.20. Дом науки и культуры. Новосибирск, 1934 г.

Рис. 8.21. Купол над зрительным залом Московского театра сатиры, 1939 г.

ние толщины оболочки (8 см) к его диаметру составляет 1/700, в то время как у яичной скорлупы — 1/250. Ни до ни после человечество не создало такой уникальной монолитной железобетонной оболочки. В 1937 г. вышла в свет первая в мире Инструкция по расчету и проектированию тонкостенных покрытий и перекрытий, составленная на основе теоретических и экспериментальных работ, проведенных под руководством А. А. Гвоздева.

Во второй половине 1920;х гг. стали появляться новые приемы построения объемной структуры купольных сооружений. В начале 1930;х гг. инженер-архитектор Э. Торроха построил безреберный купол диаметром 47,6 м и толщиной 9 см в Альхесирасе (Испания) для крытого рынка. Это был первый безреберный купол, превосходящий пролетом купол Пантеона. Затем, подчеркивая пластические возможности железобетона, строят серию восьмигранных куполов. Одними из первых в этой серии были два железобетонных купола Лейпцигской ярмарки (рис. 8.22), возведенные в 1928 г. по проекту Ф. Дишингера и А. Риттера. Купола имели диаметр 65,8 м, высоту 29,9 м, толщину стенки 9,2 см и световое отверстие в вершине диаметром 28 м.

Рис. 8.22. Торговый центр в Лейпциге. Германия, 1927−1929 гг., арх. Ф. Дишингер.

Источник: cn.strueturac.de.

Позднее, в 1929 г., такой же восьмигранный купол был сооружен для крытого рынка в Базеле (рис. 8.23). Пролет купола — 60 м, толщина его стенки — 8.5 см. Углами восьмиугольника купол опирается на угловые колонны. Как отмечают некоторые архитекторы, купола в Лейпциге и Базеле вызывают ощущение простора.

Вначале строились железобетонные оболочки в форме куполов на круглом плане, позднее стали возводить цилиндрические своды, а затем стали появляться составные оболочки с многоугольным планом, названные Ф. Дишингером многоугольными куполами, срединные поверхности которых получались посредством пересечения нескольких цилиндрических поверхностей (см. рис. 8.22). Затем стали использовать более сложные формы коноида, эллипсоида и однополосного гиперболоида вращения. С начала 1950;х гг. произошел взрыв интереса к сооружениям, выполненным в форме гипара или составленным из фрагментов гиперболического пара;

Рис. 8.23. Рынок в Базеле. Швейцария, 1929 г., арх. Г.-Э. Рыхинер (Н.-Е. Ryhiner), инж. А. А. Гоннер (A A Goenner):

а — вид изнутри; б — вид снаружи.

Фото: Б. Фритц болоида (рис. 8.24). Именно модели сооружений, содержащие в себе несколько фрагментов гипара, вызвали наибольший интерес и стали популярны у архитекторов. Инженер Л. А. Макарова [6] первой изложила идею покрытия в виде гипара на прямоугольном плане. По неоценимый вклад в формообразование оболочек на основе отсеков гиперболического параболоида и расширенное их строительство внес мексиканский архитектор Ф. Кандела (1910−1997). Классики начального этапа архитектуры, проектирования и строительства тонкостенных железобетонных оболочек придали мощный импульс развитию эры строительства инновационных оболочек, продолжавшейся до середины 1970;х гг.

Формы сооружений, созданные Е. Торрохой (1899−1961), заявившим о себе как о перспективном инженере после строительства Торгового центра в г. Ал;

Рис. 8.23. Павильон фирмы «Филипс» на Всемирной выставке в Брюсселе «Эксно-58», арх. Я. Ксенакис.

Рис. 8.25. Торговый центр. Испания, г. Алгесирас, 1933 г., инж. Е. Торроха.

Рис. 8.26. Бетонное хранилище воды. Марокко, 1957 г., инж. Е. Торроха.

Рис. 8.27. Малый дворец спорта (Palazetto Dello Sport). Италия, г. Рим, 1956−1957 гг., арх. А. Вителлоцци, инж. П. Л. Нерви.

Источник: darriuss.livejournal.com.

Рис. 8.28. Ферроцементная оболочка в форме гипара толщиной 16 мм для Павильона космических лучей. Мехико, 1953−1954 гг., арх. Ф. Кандела Источник: WikiArquitectura. Buildings of the World.

гесирас (Algeciras Market Hall), Испания (рис. 8.25, 8.26) [9]; итальянским архитектором П. Л. Нерви (1891 — 1979), начавшим работать в области гражданского строительства после 1923 г. и в 1950;х гг., создавшим идеальную эстетику железобетонных пространственных сооружений (рис. 8.27); Ф. Канделой, принимавшим участие в 900 проектах (рис. 8.28) и создавшим зонтичные поверхности-оболочки; О. Немейри (1907−2012) — основателем современной бразильской архитектуры (рис. 8.29); А Тедеско (1903−1994) — основателем американской идеи железобетонных тонкостенных структур (рис. 8.30), до сих пор используются и тиражируются современными архитекторами всего мира и изучаются во многих архитектурно-строительных вузах. Кстати, А. Тедеско считал, что стоимость оболочки — главный критерий, который должен предъявляться к оболочкам в США, поэтому «американ;

Рис. 8.29. Католический собор. Бразилия, г. Бразилиа, 1962 г., арх. О. Нимейер.

Рис. 8.30. Завод для фильтрации воды. США, г. Хиббинг, 1939 г., арх. А Тедеско.

ские оболочки будут отличаться от оболочек, построенных в других странах" [12J.

В 1950—1960;е гг. начали проектировать и строить общественные здания-оболочки, очерченные по аналитическим поверхностям неканонической формы с произвольной формой плана. Стали появляться оболочки со срединными поверхностями, которые не описываются аналитическими выражениями.

Впервые в России шедовые покрытия из оболочек двойной кривизны применены для покрытия заводского цеха (разработка проектного института «Текстильпроект») в 1950 г. Покрытие осуществлено в виде оболочек в форме трехосного эллипсоида над ячейками с пролетами 12−21 м. Первое натурное испытание конструкции шедового покрытия было произведено также в 1950 г. Конструкции покрытия оболочки при испытании были доведены до разрушения. Затем в течение 1950−1956 гг. на предприятиях легкой промышленности было построено еще несколько промышленных корпусов с применением шедовой конструкции с сеткой колонн 12?21 м из монолитного железобетона с эллипсоидальными оболочками толщиной 6 см. Применение поточного высокоскоростного индустриального метода возведения железобетонных оболочек позволяло выполнять все работы на одной ячейке в течение 4−6 дней. На рис. 8.31 показан макет опалубки для железобетонного покрытия заводского цеха, разработанной «Текстильпроектом». Расчет оболочки был произведен с учетом изгибающих и крутящих моментов и совместной ее работы с краевыми элементами, что было значительным достижением в тс времена.

Первые сборные купольные покрытия в СССР начали возводиться в Тбилиси в 1960 г. для покрытия Дворца спорта диаметром 76 м (рис. 8.32) и спортивного зала. Оболочка собиралась без подмостей и лесов и имела 11 типоразмеров. Аналогичный купол построен также над ванным зданием в Цхалтубо. Эти сооружения возводились из сборных трапециевидных панелей.

Рис. 8.31. Макет опалубки для железобетонного покрытия цеха, разработанной проектным институтом «Текстильпроект» .

Рис. 8.32. Дворец спорта. Грузия, г. Тбилиси, 1960 г.

Фото 2013 г.

Первые сборные оболочки отрицательной гауссовой кривизны в форме четырех гипаров с размерами в плане 18×6 м возведены в 1961 г. в г. Черногорске Красноярского края по проекту ленинградского института «Промстройпроект» для покрытия цеха железобетонных изделий.

За рубежом тонкостенные большепролетные оболочки возводили и возводят главным образом в монолитном варианте. В СССР тонкие оболочки строили чаще сборными, что отвечало принципу индустриализации строительства. Но в отличие от всего мира в России строительство из монолитного железобетона стоит дороже, чем из сборного.

Расширенное применение в 1950—1960;х гг. железобетонных оболочек требовало не только новых форм их срединных поверхностей, но и разработки новых методов их возведения. С этой точки зрения интересен метод возведения железобетонной монолитной оболочки на земляной опалубке, примененный при строительстве сферического покрытия универсального зала в Альбукерке (рис. 8.33) пролетом 66 м, толщиной 12,5−31 см.

При появлении метода надувной опалубки он был сразу востребован многими инженерами. Воздухонадувные формы были запатентованы В. Неффом (W. Neff) в 1942 г., который предложил способ выдувания требуемой формы мягкой безмоментной оболочки. Затем на нее укладывается стальная арматура, а потом с внешней стороны укладывают бетон. Позже эта методика была усовершенствована Д. Вини (D. Bini) и получила название «метод Вини» .

Б. В. Горенштейн [1] считает, что при больших нагрузках несущая способность сжатой железобетонной оболочки используется полнее, а при малых нагрузках толщина оболочки принимается чаще по конструктивным соображениям, а не по несущей способности. При значительных внешних нагрузках железобетонные оболочки будут не только капитальными и огнестойкими, но и более экономичными по сравнению с легкими стальными покрытиями со стальным профилированным настилом.

В 1960;х гг. уникальные железобетонные оболочки строились уже десятками в год. Перечислить их все, по-видимому, уже никто не сможет. Некоторые из построенных оболочек вошли во многие справочники и учебники, другие остались практически неизвестными, но до настоящего времени выполняют свое функциональное предназначение.

Укажем хотя бы на некоторые всемирно известные железобетонные сооружения 1960;х гг.

Рис. 8.33. Универсальный зал в Альбукерке. США, 1955 г. (вывоз грунта из-под готового купола).

Рис. 8.34. Национальный центр промышленности и техники. Франция, г. Париж, 1958 г., арх. Б. Зерфюсс, Р. Намело, Ж. де Майи.

Источник: help-rus-student.ru.

Рис. 8.35. Зал собраний университета в Иллинойсе. США, 1963 г., арх. М. Абрамович, инж. Е. Кохен

Одним из величайших сооружений XX в. является выставочный павильон пролетом 218 м вдоль одной стороны и высотой 48,8 м, запроектированный и построенный в Париже в 1958 г. (рис. 8.34). Если этот треугольный купол вписать в круговой план, то его диаметр будет равен 251 м. Оболочка — двухслойная, толщина каждого слоя — 60 мм в вершине и 120 мм на линиях пересечения. Оба железобетонных слоя разделены между собой на высоту от 1,8 до 3 м продольными и поперечными ребрами. Необходимо помнить, что вычислительной техники в то время у проектировщиков еще не было (начато проектирования центра — 1957 г.). Нельзя обойти вниманием зал собраний университета в Иллинойсе (США), открытый 2 марта 1963 г. (рис. 8.35). Его диаметр — 122 м (400 футов). Самый большой купол в мире из предварительно напряженного железобетона диаметром 109 м и высотой 30,78 м построен в Белграде, Сербия, (рис. 8.36) в 1957 г.

Купольная оболочка цирка в Киеве (Украина) пролетом 41,8 м выполнена в виде сборной железобетонной многогранной оболочки, вписывающейся в сферическую поверхность (рис. 8.37). Обо;

Рис. 8.36. Торговый центр — выставка. Сербия, г. Белград, 1957 г., арх. Б. Жежель (Branko Zczelj) и М. Пантович (Milord Pantovic).

Источник: en.wikipendia.org.

Рис. 8.37. Цирк в Киеве. Украина, 1959 г., арх. В. Жуков, Г. Ратушннский

.почка собрана из 160 плоских ребристых панелей трапециевидной формы и состоит из пяти горизонтальных колец, следовательно, количество типоразмеров сборных панелей равно пяти.

Вызывает интерес пологое железобетонное покрытие Некрасовского (Мальцевского) рынка в Санкт-Петербурге, срединная поверхность которого представляет собой редко применяемую велароидальную поверхность — поверхность переноса кривой с изменяющейся кривизной на плоском квадратном плане 54 X 54 м (рис. 8.38). Открытие рынка — осень 1960 г. В основе проекта лежит форма древнегрузинского купола на прямоугольном плоском плане, который возводился из кирпича или плоских камней. К сожалению, этот купол не просматривается снаружи здания.

По проекту, выполненному в ГПИ № 1, в Челябинске возведено здание торгового центра, перекрытого сборной оболочкой кругового переноса 102 X 102 м со стрелой подъема 20,4 м (рис. 8.39). Плиты укладывались на решетку из железобетонных балок, после замоноличивания швов временные опоры опускались. Методика считалась уникальной. Утеплитель — жесткая минеральная вата. Аналогичные конструкции оболочек запроектированы для покрытия зданий в Ленинградском торговом порту (120? 120 м), для покрытия гаража в Новосибирске (150? 150 м) и др.

Применение железобетонных оболочек в строительстве в начале XX в. сдерживалось отсутствием надежных методов их расчета и сложностью воплощения замыслов архитекторов в натуре. Изобретательность и инженерная смелость позволили создать простые способы возведения монолитных оболочек и дали толчок к внедрению сборных и сборно-монолитных вариантов оболочек. Тем не менее даже при отсутствии в начале XX в. надежных методов расчета сравнительный анализ построенных оболочек в Средние века и в начале XX в. впечатляет. Параметры наиболее известных купо;

Рис. 8.38. Пологое железобетонное покрытие Некрасовского (Мальцевского) рынка. Санкт-Петербург, 1955−1960 г., арх. С. И. Евдокимов, О. Б. Голынкин, Г. М. Вланин; инж. В. А. Ильина.

Рис. 8.39. Покрытие Челябинского рынка, проект 1962 г., авторы А. В. Шапиро, Г. Н. Кубарев, Н. Я. Лурье, арх. Ф. Селецкий и др. (введен в зксплуатацию 22.12.1975).

лов: диаметр купола Пантеона — 43 м, купола Флорентийского собора — около 41 м, собора Св. Петра в Риме — около 42 м, купол павильона Лейпцигской ярмарки — 75,6 м. Но масса купола павильона Лейпцигской ярмарки составляет половину массы купола собора Св. Петра в Риме при пролете, большем в 1,8 раза.

Широкая индустриализация железобетонного строительства, развитие теории расчета и методов осуществления предварительного напряжения конструкций, внедрение высокопрочных материалов и разработка новых методов расчета железобетонных конструкций позволили начать новый этап в развитии строительства железобетонных тонкостенных оболочек. Выдающимся примером. этого этапа можно считать строительство Останкинской башни общей высотой 522 м. Нижняя ее часть до высоты 385 м выполнена из монолитного предварительно напряженного железобетона.

После 1965 г. бум строительства большепролетных железобетонных оболочек начинает затихать. Строятся только функционально необходимые оболочки, например градирни (см. параграф 11.1), или оболочки, являющиеся дополнением к основному сооружению.