Зонтичные поверхности. 
Архитектурно-строительные конструкции

Считается, что создателем зонтичных куполов является Ф. Кандела, хотя их прототипы появились уже в Античности (вилла в Тиволи, Италия, 134 г.) и Средние века (см. рис. 7.5,7.6). Зонтичным куполом (куполом с распалубкой) называется циклически-симметричная пространственная конструкция, образованная из нескольких тождественных элементов, в результате пересечения срединных поверхностей которых получаются кривые, являющиеся образующими некоторой куполообразной поверхности вращения. В современной практике зонтичные оболочки выполняются из железобетона, в основном из монолитного, например как купол рынка в Руайяне (Франция), или сборно-монолитного, как купол государственного цирка в Бухаресте (Румыния, I960) диаметром 71,5 м и высотой 20,3 м, опирающийся на радиальные рамы. А в качестве иллюстрации зонтичных поверхностей представим одно из зданий комплекса «Океанография» (рис. В. ЗЗ), архитектор Ф. Кандела. Хорошо известен волнистый стеклопластиковый купол диаметром 18 м над зданием рынка в г. Сент-Уан (Франция).

Может представлять интерес зонтичная поверхность, разработанная на кафедре прочности материалов и конструкций РУДН (рис. 9.20). Эта поверхность образовывается тождественными сегментами, которые формируются подвижной образующей окружностью постоянного радиуса, скользящей по контурным кривым, лежащим па контурной поверхности вращения. В верхней части зонтичной поверхности фрагменты образующих окружностей каждой секции составляют полную окружность с диаметром образующих окружностей. Контурной поверхностью называют куполообразную поверхность вращения, на которую «укладываются» контурные кривые элементов купола. Контурные кривые элемента — кривые, ограничивающие контур срединной поверхности элемента купола.

Зонтичная форма настолько характерна, что ее частое применение может привести к стереотипным решениям, и уже есть такие примеры.

Минимальные поверхности

Минимальная поверхность — это поверхность, у которой средняя кривизна равна нулю во всех точках, следовательно, минимальная поверхность является поверхностью отрицательной гауссовой кривизны. В своих опытах Ж. Плато (1849) физически реализовал минимальные поверхности в виде мыльных пленок, натянутых на проволочные каркасы различной формы. Для практических целей в строительстве и машиностроении требуются тонкостенные оболочки в форме минимальных поверхностей прямоугольного, ромбовидного, трапециевидного, треугольного, круглого и эллиптического очертаний в плане. Геометрия большинства из них в общем случае не поддается аналитическому описанию, поэтому наиболее часто используются вариационные, графические, конечно-разностные, конечно-элементные методы ее описания.

Самыми известными минимальными поверхностями стали прямой геликоид и катеноид. Форму катеноида принимает мыльная.

Рис. 9.20. Железобетонная зонтичная оболочка опирается на волнистый цилиндр (фрагмент проекта).

Рис. 9.21. Катеноид — поверхность вращения ценной линии.

пленка, «натянутая» на два проволочных круга, плоскости которых перпендикулярны оси вращения (линии, соединяющей их центры), рис. 9.21.

Циклические поверхности. Раздел «циклические поверхности» включен во все учебники и учебные пособия по начертательной геометрии и инженерной графике для строительных и машиностроительных вузов, что подтверждает возможность их широкого практического применения. Из циклических поверхностей наиболее известны и широко используются поверхности вращения, круговые винтовые поверхности и трубчатые поверхности с произвольной плоской линией центров. Трубчатые спиралевидные и винтообразные поверхности широко используются при проектировании спусков в водных аттракционах (рис. В.34).

Спиральная камера гидротурбины (рис. 9.22) представляет собой циклическую поверхность, сечения которой являются окружностями переменного радиуса, а сама камера обертывает цилиндрическую часть ротора гидротурбины и служит для пропуска воды.

Рис. 9.22. Процесс сборки спиральной камеры.

Рис. 9.23. Гипсовая модель циклической поверхности на стадии изготовления.

Несмотря на обилие уже предложенных геометрами для внедрения циклических поверхностей (см. рис. 9.5), архитекторы и проектировщики освоили только несколько их форм. Таким образом, проблемы расширения возможностей применения циклических поверхностей в качестве форм сооружений различного назначения придется решать молодым архитекторам в будущем (рис. 9.23).