Конструктивное построение здания

Каркас, его особенности.

По характеру статистической работы все несущие конструкции подразделяются на плоскостные и пространственные. В плоскостных — все элементы работают под нагрузкой автономно, как правило в одном направлении, и не участвуют в работе конструкций, к которым они примыкают. В пространственных — все или большинство элементов работают в двух направлениях и участвуют в работе сопрягаемых с ними конструкций.

Благодаря этому повышается жесткость и несущая способность пространственных конструкций и снижается расход материалов на их изготовление.

Выбор типа и материала несущих конструкций при проектировании определяется величинами перекрываемых пролетов. При малых пролетах применяют простые плоскостные и стержневые конструкции, при больших — более сложные пространственные.

Рис. 23 Комбинированные системы.

а — с неполным каркасом; б — со связевым каркасом; в — каркасно-ствольная; г — ствольно-стеновая; д — оболочково-ствольная; е — каркасно-оболочковая.

Рис. 24 Бескаркасная система зданий.

а — с продольным расположением несущих стен; б — с поперечным расположением не-сущих стен; в — перекрестная; 1 — наружные и внутренние несущие стены; 2 — плиты междуэтажных перекрытий; 3 — наружные самонесущие стены; 4 — торцовая несущая стена; 5 — продольные и поперечные несущие стены; 6 — плиты перекрытия, опертые по контуру

Пространственные решетки.

Для совремеяного города характерна динамика и мобильность элементов его структуры, что связано с ростом города и городского населення, усиливающейся концентрацией населения в городских центрах, изменением социальной структуры и психслогии городских жителей, характера обшения и образа жизни и, наконец, общим научно-техническим прогрессом.

Естественно, в таких условиях любое здание быстро морально устаревает. Учесть же при проектировании и строительстве все возможные варианты его использования практически невозможно. Если же ориентироваться на будущее, может оказаться: то, что хорошо в перспективе, — не соответствует сегодняшним потребностям. Единственным выходом могут быть гибкие решения зданий с универсальным использованием внутренне го пространства, позволяющие реагировать на все изменения функциональной структуры сооружения.

Потребовались совершенно новые структуры общественных зданий, в поисках которых наметились такие основные тенденции:

Первая — традиционная, основана на синтезе структуры и формы, когда конструктивная структура и организуемое ею пространство совпадают. Этот подход характерен для лучших памятников архитектуры прошлого, а также для творчества большинства современных архитекторов. Но и здесь появилась новая градостроительная черта: архитектура замкнутых объемов уступает место раскрытым и сквозным архитектурным формам, связывающим здание с окружением. Гибкость решений здесь дос — тигается благодаря применению принципов планировочной вариабельности и конструктивной трансформации, которые получают все большее развитие в различных типах зда — ний: торговых, зрелищных, залах многоцелевого назначения, спортивных сооружениях.

Вторая тенденция состоит в поисках пространственных структур, позволяющих получать разнообразные композиции зданий при одной конструктивной системе.

Это направление прогрессивно, благодаря возможности сочетать требования индустриального массового строительства и разнообразные требования типологического характера; на одной конструктивной системе решать различные типы зданий, комплексы, жилищно-общественные образования.

Такие структуры меняют представление о здании, как о статически неизменном во времени и пространстве. Зняние рассматривается как система, изменяющаяся качественно и количественно, которую со временем можно усовершенствовать. Выдвигается четвертое измерение архитектуры — учет фактора времени.

В качестве примеров этого направления, широко распространенного в проектировании и строительстве западных стран, можно привести структурные решетки арх. Кондилиса (Франция), немецкую систему «трелемент» (ГДР, рис.2), системы арх. Утцона (Дания) и др.

Поиски таких новых конструктивных систем, способных к преобразованиям и допускающих вариантность объемно-планировочных решений зданий и элементов их выразительности, но состоящих из ограниченного числа стандартных индустриальных изделий, идут по разным путям.

Один путь основан на исследовании архитектурно-конструктивных качеств пространственных систем, которые образовываются из повторяющихся пространственных трехмерных элементов (системы Утцона, композиции из объемних: блоков)', другой — на известном методе модульной системы, в основе которой заложены линейные отрезки конструктивно-планировочных параметров — вертикальные опоры и горизонтальные настилы перекрытий. Однако. применявшиеся до сих пор модульные сетки ограничивали объемно-планировочную вариабельность и предопределяли лишь одно решение, а если и давали возможность его изменения, то в пределах основных конструкций. Современные же поиски направлены на создание такой модульной сетки, которая допускает изменения в горизонтальной и вертикальной плоскости и дает свободу объемно-плаиировочному решению. Так решался проект университета в Западном Берлине, выставочный центр в Нюрнберге, Дом торговли в Базеле (рис. 8, 4).

В отечественной практике проектирования общественных зданий в последнее время также заметен резкий сдвиг в сторону поисков новых конструктивных систем, обеспечивающих полносборное индустриальное строительство и позволяющих разнообразить композиционные решения зданий. Одним из первых результатов таких поисков явилось строительство комплекса пионерских лагерей Нового Артека в Крыму, которое свидетельствует о безусловном успехе творческого использования индустриальных методов возведения массовых типов общественных зданий и внедрения метода вариантности архитектурно-планировочных решений с использованием унифицированных стандартных изделий.

Конструкции плоских покрытий больших пролетов

Среди общественных зданий различного назначения можно выделить группу таких, в которых имеется большой зал, являющийся композиционным и функциональным ядром всего сооружения, имеющий свободную от промежуточных опор площадь и перекрываемый конструкцией большого пролета. Такие здания отличаются исключительным разнообразием размеров и форм, к ним относятся крытые рынки, выставочные павильоны, различного рода зрительные и спортивные залы и др.

Выбор системы покрытия больших залов является одним из важнейших вопросов проектирования общественных зданий. Современная строительная наука дает возможность перекрывать помещения любых размеров металлическими, железобетонными, деревянными конструкциями.

Несущие конструкции покрытий больших пролетов в зависимости от их конструктивной схемы и статической работы можно подразделить на три группы:

• 1) конструкции, работающие в одной плоскости;
• 2) конструкции, работающие в двух плоскостях (так называемые перекрестные);
• 3) пространственные системы, при расчете которых учитывают усилия в трех плоскостях.

К несущим конструкциям покрытий, работающим в одной плоскости, относятся балки, фермы, рамы и арки.

Рис. 25 Несущие конструкции для перекрытия залов.

1 — односкатная балка; 2 — двускатная балка; 3 — решетчатая балка; 4 — сегментная раскосная ферма; 5 — арочная безраскосная ферма

Балочные системы больших пролетов в залах общественного назначения применяют сравнительно редко, главным образом, в случаях необходимости создания покрытий небольшой строительной высоты. Сечение балок обычно применяют двутавровое. По архитектурным требованиям нежелательно оставлять в интерьере балки открытыми, поэтому чаще всего на нижнюю полку двутавров укладывают плиты, чтобы создать гладкий потолок. На рисунке (рис. 30) приведен пример конструкции балочного покрытия зала общественного здания пролетом 48 м.

В качестве несущих элементов покрытий зальных помещений часто применяют различного рода сквозные фермы (треугольные, полигональные, с параллельными поясами, сегментные или арочные.

Рис. 26 Пример конструкции балочного покрытия зала пролетом 48 м.

1 — балка длиной 48 м; 2 — утепленное покрытие; 3 — светильник; 4 — конструкция остекленного перекрытия

Рис. 27 Стропильные железобетонные фермы.

а — сегментная ферма; б — то же, безраскосная; в — то же, для пологой или плоской кровли; г — с параллельными поясами

Пролеты ферм, выполненных из сборного железобетона, в большинстве случаев не превышает 30 м, так как при больших пролетах перевозка ферм затруднительна. Поэтому, сборные железобетонные фермы больших пролетов целесообразно сваривать на месте их отдельных элементов.

Рис. 28 Железобетонная предварительно.

напряженная ферма пролетом 36 м, собираемая из отдельных элементов:

а — конструктивное решение фермы;

б — деталь крепления раскосов.

Целесообразно решение покрытий достигается также при применении длинномерных сборных настилов, укладываемых по продольным балкам, опертым на колонны, или по несущим продольным стенам. Такие настилы могут быть пустотелыми — высотой 80 — 100 см;ребристыми — шириной 1,5 — 3 м, типа ТТ, сводчатыми, вспарушенными, гиперболического очертания и т. д. (рис. 33).

Для создания крупных общественных помещений могут применяться одноэтажные рамные конструкции, в которых ригели жестко соединены с колоннами.

Железобетонные рамы больших пролетов применяют редко ввиду их массивности и высокой стоимости.

Пример уникальной железобетонной рамы покрытия подземного выставочного зала в Турине пролетом 53,27.

В большепролетных общественных зданиях применение деревянных клееных рам дает значительное уменьшение материалоемкости конструкций при простоте изготовления.

Металлические рамы сплошного сечения целесообразны только при сравнительно небольших пролетах (до 24 м), решетчатые же рамы могут применяться в пролетах до 150 м Рамные конструкции могут иметь разнообразные формы с прямыми, ломанными и криволинейными очертаниями, что в ряде случаев позволяет получить определенный архитектурный эффект. Они допускают устройство крупных нависающих консолей, например, на железнодорожных перронах, посадочных площадках аэровокзалов, над трибунами стадионов, входами в крупные общественные здания.

Арочные покрытия перекрывают пролеты 100 м и более. Высокие архитектурные качества арочных конструкций позволяют во многих случаях получить выразительные интерьеры крупных залов.

Рис. 29 Рамные конструкции больших пролетов.

а — выставочный павильон в Гамбурге (ФРГ); б — навес на автомобильной выставке.

Сиднее (Австралия); в — подземный выставочный зал в Турине (Италия); г — здание бассейна Ла-Турель; д — здание бассейна в Реймсе (Франция).

Рис. 30 Арочно-сводчатые конструкции.

а — арка; б — арка с затяжкой; в — цилиндрический свод; г — цилиндрический свод на стоечно-подкосных опорах; д — крестовый свод; е — сомкнутый (монастырский) свод; ж — зеркальный свод; RA и RB — вертикальные реакции опор; Н — распор; f — стрела подъема арки; 1 — распалубка; 2 — лоток

Рис. 31 Конструкции больших пролетов.

а-г — металлические решетчатые рамы;

сложные железобетонные рамы:

д — трибуны стадиона в Красноярске;

е — Центральный стадион имени В. И. Ленина в М оскве;

ж — спортивный зал в Эссене (ФРГ);

з — спортивный зал в Женеве (Швейцария);

арочные покрытия:

и — пространственная решетчатая арка из алюминиевого сплава;

к — арочное покрытие из стальных элементов

Арочная конструкция представляет собой брус криволинейного (циркульного, параболического и др.) очертания. Кривизна арки обеспечивает возможность ее статической работы преимущественно на осевые (сжимающие) усилия, но вызывает (в отличие от балочных конструкций) не только вертикальные, но и горизонтальные реакции опор, так называемый распор.

Арки могут быть деревянными, металлическими и железобетонными, сплошного или решетчатого сечения. При малых пролетах (до 30 м) деревянные и железобетонные арки имеют прямоугольное сечение, а металлические — двутавровое. При пролетах от 30 до 50 м независимо от материала — двутавровое, а при пролетах более 50 м — решетчатое. Подъем арок обычно составляет от ј до 1/6 пролета, а расстояние между арками 6 -12 м. По сравнению с покрытиями по балкам, фермам и ригелям рам арочные покрытия имеют меньший вес по затрате материалов они более экономичны. Однако, арочные конструкции более деформативны, чем рамные, и поэтому применять их целесообразно в таких покрытиях, где нет динамических или больших горизонтальных сил, например, в зданиях выставочных павильонов, крытых рынках, спортивных стадионах и т. п.

Примером большепролетного арочного покрытия может служить конструкция покрытия зала Дворца Спорта в Лужниках, размером 144Ч78 м.

Рис. 32 Конструкция арочного покрытия стальными арками с затяжкой Дворца спорта в Лужниках.

а — поперечный разрез здания; б — деталь полуарки; 1 — неподвижная опора; 2 -аэрационный фонарь, 3 — арка; 4 — подвижная опора; 5 — затяжка

Несущими конструкциями покрытия являются стальные решетчатые арки пролетом 78 м с затяжками, с шагом 6 м.

Арки с затяжками применяются во Дворце Спорта на Центральном стадионе имени В. И. Ленина в Москве.

Рис. 33 Дворец спорта «Сант Джорджи» в Барселоне, Испания, архит. А. Исодзаки, 1992.

Рис. 34 Спортивный зал в Огуни, Япония, арх. Ш. Йо, 1988.

Пространственные конструкции покрытий больших пролетов

Для перекрытия больших пролетов наиболее целесообразны пространственные конструкции, которые в эстетическом отношении превосходят плоские линейные конструкциибалки, фермы, рамы и арки. Пространственные конструкции выполняют в металле, железобетоне, дереве. Наиболее простые из них — это складки, т. е. пространственные балки, составленные из отдельных плоских элементов.

Рис. 35 Железобетонные складчатые покрытия:

а — трапециевидная складка; б — треугольная складка; в — усложненная треугольная складка;

Геометрические формы складчатых конструкций различны: отдельные складки могут иметь треугольное и трапециевидное сечение и иметь друг с другом параллельные, веерные или встречные сочетания. Складки получают применение в покрытиях пролетом до 40 м и в высоких стенах при необходимости повышения их жесткости. Получило распространение сочетание складчатых стен и покрытий с жесткими сопряжениями между ними в виде пространственной рамной конструкции. Складки используют в арочных и шатровых покрытиях для помещений с прямоугольным, трапециевидным, многоугольным или криволинейным планом.

Металлические складчатые покрытия, особенно, перекрестно-стержневые позволяют получить значительный архитектурный и экономический эффект при пролетах до 50 м. Такие решетчатые (перекрестно-стержневые) складки, составленные из трехметровых трубчатых стержней, при высоте 2,12 м позволяют перекрывать пролет до 30 м, а при устройстве двух и трехрешетчатой системы с увеличением высоты конструкций — до 54 м.

Рис. 36 Складчатые покрытия.

а — формы и габариты сечения монолитных и сборных складок; б — схемы размещения устройств верхнего света.

Формы покрытий: в — параллельными складками; г — то же, веерными; д — встречными; е — складчатые рамы; примеры фрагментов покрытий; ж — встречными складками; з — сочетанием веерных и встречных складок

Перекрестно-стержневая конструкция при плане помещения, приближающейся к квадрату, превращается в пространственную сетку, состоящую из перекрещивающихся поясных стержней и пространственной решетки, поставленной по диагонали квадратных ячеек.

Возможности такой конструкции (структуры) очень широки, т. к. ее можно опирать на колонны в любой точке. М одульная сетка пространственных перекрестно-стержневых конструкций строится по ортогональной (преимущественно 3Ч3 м) треугольной или шестиугольной системам. Такие конструкции применяют для самых разнородных покрытий с опиранием по контуру на внутриконтурные колонны.

Рис. 37 Перекрестно — стержневые конструкции.

Типы перекрестно-стержневых конструкций: а — покрытия большого пролета; б — пространственная конструкция покрытия 36Ч36 м. Типы сеток и опирание: в-e — павильонные покрытия; ж — неразрезная конструкция покрытия; з, и, к — с треугольной сеткой. Применение перекрестно-стержневых конструкций: л — пространственная конструкция теплицы;

м — пространственная конструкция выставочного павильона; н — рамная конструкция спортивного зала

Для разгрузки основного пролета целесообразно устройство консольных свесов структурной плиты с вылетом консолей в 0,2 — 0,25 основного пролета. Структурные конструкции выполняют с пролетами от 18 до 200 м и применяют для перекрытий общественных зданий. Возможно применение перекрестно — стержневых конструкций в качестве несущей части стен большой высоты.

Рис. 38 Конструкция перекрестного покрытия над залом Дома мебели в Москве.

а — план расположения перекрестных ферм; б — деталь узла А; 1 — башенный кран Т- 266 грузоподъемностью 3 т; 2 — контур перекрытия подвала; 3 — временные монтажные стойки

Другим примером перекрестной конструкции может служить перекрытие над зрительным залом Дворца съездов в Кремле (рис.42).

Перекрытие состоит из стальных поперечных балок, с шагом 6,4 м, и двух продольных стальных балок, отстоящих от опор 12,8 м. Поперечные балки сплошные двутавровой формы, продольные — решетчатые; высота балок 3,5 м.

Расстояние между осями поперечник диафрагм называемой пролетом оболочки, а между осями бортовых элементов — длиной волны.

Цилиндрический свод-оболочка — безраспорная конструкция, работающая на поперечный изгиб как балка пространственной формы, свод — распорная конструкция, работающая преимущественно на осевые усилия. Для обеспечения последнего условия кривая свода принимается пологой, в то время как для повышения жесткости свода — оболочки целесообразна большая кривизна формы, наконец, продольная ось длинного цилиндрического свода оболочки размещается параллельно перекрываемому пролету, а продольная ось свода — перпендикулярно ему. Стабильность формы цилиндрической оболочки обеспечивается торцовыми диафрагмами жесткости. Статическая работа, геометрическая форма и размещение в пространстве цилиндрического свода-оболочки существенно отличаются от работы свода. Цилиндрические и коноидальные своды-оболочки используются по большей части в многоволновых однои многопролетных сочетаниях; применяют консольные и бесконсольные, параллельные и веерные оболочки, разнообразные формы жесткости элементов.

Цилиндрические оболочки могут применяться при пролетах до 24 м при ширине оболочки 6−12 м, высоте 2−3 м и толщине 3 см.

Иногда цилиндрическим оболочкам придают несимметрическое сечение, например, при устройстве шедовых (пилообразных) покрытий больших пролетов (рис. 44, а-в).

Сетчатые цилиндрические оболочки обладают большой архитектурной выразительностью.

В большепролетных покрытиях общественных зданий применяют оболочки одинарной кривизны, имеющие цилиндрическую форму.

Рис. 39 Схема расположения в плане конструкции перекрытия зала Дворца съездов в Кремле.

1 — распорки; 2 — главные продольные балки; 3 — пор тал сцены; 4 — глав ные попер ечные балки; 5 — прогоны; 6 — зал приемов; 7 — зрительный зал

Рис. 40 Многоволновые оболочки.

а — консолированные; б — веерные; в — с серповидными диафрагмами жесткости; гна отдельных опорах

Рис. 41 Своды-оболочки.

а-в — цилиндрические оболочки; г — свод главного павильона выставочного центра в Турине, продольный поперечный разрезы, деталь; д — свод покрытия дворца международных выставок в Ницце (Франция); е — свод автобусной стоянки в Ленинграде

Оболочки представляют собой тонкостенные жесткие конструкции с криволинейнойповерхностью. Толщина оболочек весьма мала по сравнению с другими ее размерами. Тонкостенность конструкции исключает возможность работы оболочки на поперечный изгиб и обеспечивает ее работу на осевые усилия. Геометрические и статические свойства оболочек зависят от их кривизны и ее непрерывности. Знак кривизны зависит от расположения центров радиусов кривизны по отношению к поверхности. При расположении центров по одну ее сторону К имеет положительное значение, по обе стороны — отрицательное.

Рис. 42 Поверхности двоякой положительной (а) и отрицательной (б) кривизны.

К оболочкам положительной гауссовой кривизны относятся все купольные оболочки (сферодид или эллипсоид вращения и т. п.), оболочки переноса (бочарные своды) и т. п. Характерным примером поверхности отрицательной кривизны является гиперболический параболоид, формируемый перемещением параболы с ветвями вверх по параболе с ветвями вниз.

Если поверхность оболочки в одном из направлений имеет конечную величину кривизны, а в перпендикулярном ему — нулевую, то ее называют оболочкой одинарной кривизны (цилиндрическая и коническая оболочка — коноид).

Оболочки являются пространственными конструкциями как по форме, так и по существу статической работы. Их большая по сравнению с плоскостными конструкциями несущая способность определяется не дополнительным расходом материалов, а только изменением формы конструкции, способствующей повышению ее жесткости.

Рис. 43 Гиперболический параболоид.

1 — парабола с вершиной вверх; 2 — парабола с вершиной вниз; 3 — прямолинейные образующие; 4 — пространственный четырехугольник — гипар

Это становится очевидным при сопоставлении конструкций плоской плиты с пространственной конструкцией (длинного цилиндрического свода — оболочки одинарной кривизны), примененных в условиях равенства пролетов и нагрузок.

Рис. 44 Схемы конструкций.

а — плоской плиты; б — цилиндрического свода-оболочки; в — цилиндрического свода; 1 — оболочка; 2 — бортовой элемент оболочки; 3 — диафрагма жесткости

Большой интерес представляют сборные железобетонные оболочки двоякой кривизны, которые по расходу материалов выгоднее, чем оболочные одинарной кривизны. Распространенным типом покрытия подобного рода является пологая двояковыпуклая оболочка.

Контурными диафрагмами оболочки служат железобетонные арки, свод имеет форму многогранника. Каждая грань представляет собой ромбовидную плоскую плиту с контурным и диагональными ребрами. Свод оболочки опирается на четыре колонны, расположенные по углам, благодаря чему, площадь 1600 мІ, не имеет промежуточных опор.

Рис. 45 Схема пологой оболочки двойной кривизны размером 40Ч40 м.

К оболочкам двоякой кривизны относятся также оболочки типа гиперболических параболоидов (гипары). Это очень эффективные конструкции для покрытий больших пролетов: они дают возможность создать довольно тонкую оболочку и получить экономию в материалепо сравнению с другими оболочками того же пролета.

Форма гипаров в плане может быть квадратной, прямоугольной, овальной и т. д.

Рис. 46 Сетчатые конструкции.

Рис. 47 Тонкостенные оболочки двоякой кривизны.

а — волнистый купол; б, в — оболочки переноса на прямоугольном и квадратном плане; г — сферическая парусная оболочка на треугольном плане; 1 и 2 — образующая и направляющая оболочки переноса; 3 — диафрагма жесткости

Волнистые своды и купола представляют собой варианты оболочек, гладкая поверхность которых заменена волнистой. Применение волнистой поверхности может быть вызвано статическими (устройство светопрозрачных включений по боковой поверхности волн или в их торцах) или композиционными требованиями. Наибольший пролет (206 м) перекрытий такими конструкциями в здании Дворца выставок в Париже. Перекрытие опирается только на три точки и состоит из трех взаимно пересекающихся волнистых парусных фрагментов, образующих сомкнутый свод. Для повышения жесткости и устойчивости конструкции железобетонная оболочка свода выполнена двухслойной с вертикальными связями-диафрагмами и общий вид.

Рис. 48 Париж. Дворец выставок. Конструкция сомкнутого трехлоткового свода из многоволновых двухрядных оболочек.

Рис. 49 Общий вид Главного павильона Национального центра промышленности и техники в Париже. Расстояние между опорами — 205,5 м, высота оболочки в ее верхней точке — 46,3 м. Покрытие представляет собой треугольный купол, выполненный по принципу крестового свода.

Купольные покрытия являются наиболее эффективными с инженерной точки зрения, позволяя с незначительным расходом материалов перекрывать большие пространства.

Конструкции куполов могут быть гладкими, ребристыми, ребристо-кольцевыми, кристаллическими, звездчатыми и т. д.

При проектировании купольных покрытий необходимо обращать внимание на создание благоприятных акустических условий, так как в залах с купольным покрытием создается концентрация отраженного звука, что вынуждает принимать дополнительные меры по звукопоглощению.

Купольное покрытие состоит из оболочки купола, опорного кольца, а иногда и верхнего кольца, если вверху купола имеется центральный проем.

Рис. 50 Оболочки-купол.

На приведен пример гладкого монолитного купола диаметром 55 м над зрительным залом оперного театра (г. Новосибирск) Толщина оболочки купола 80 мм. Железо-бетонное опорное кольцо имеет сечение 500Ч800 мм.

На изображен вариант металлического ребристо — кольцевого купола, являющегося покрытием зала диаметром 76 м.

Рис. 51 Проект металлического ребристо-кольцевого купола диаметром 76 м.

а — схема купола;б — сечение ребра.

Рис. 52 Купол Новосибирского академического театра оперы и балета.

Ребра купола выполнены из алюминиевого сплава и имеет трехгранную решетчатую форму. Нижнее опорное кольцо стальное.

Висячие конструкции. Основными несущими элементами висячих конструкций являются гибкие тросы, ванты, цепи или кабели. Они работают только на растяжении и несут подвешенные к ним ограждающие горизонтальные, а иногда и вертикальные конструкции. Висячие конструкции могут быть плоскими и пространственными. В плоскостных системах помимо одиночных параллельных несущих тросов используют опорные пилоны, через которые перекинуты тросы и специальные анкерные крепления тросов к фундаментам, воспринимающим вертикальные и горизонтальные опорные реакции. В пространственных системах обязательным конструктивным элементом помимо рабочих тросов является жесткий опорный контур (железобетонный или стальной), воспринимающий распор от системы тросов, которые образуют криволинейную поверхность для укладки покрытия. Вертикальные реакции покрытия передаются на стойки, поддерживающие опорный контур, или другие вертикальные конструкции. здание дизайн строение помещение.

Рис. 53 Висячие системы.

а — схема плоскостной системы; б — пример конструкции плоскостной системы; впространственная однопоясная; гпространственная двух-поясная; д — пространственная двухпоясная с пересекающимися тросами; 1 — рабочий трос; 2 — опорный пилон; 3 — опорная балка; 4 — железобетонные плиты; 5 — тарельчатый анкер; 6 — анкерная балка; 7 — оттяжка; 8 — фундамент; 9 — опорный кольцевой контур; 10 — внутреннее опорное кольцо; 11- стабилизирующий трос; 12 — распорка; 13 — легкое покрытие; 14 — внутренний водоотвод с покрытия; 15 — световой фонарь

Примером одного из наиболее простых висячих покрытий является покрытие гаранта в г. Красноярске, в котором тросы подвешены к торцевым рамам, а на них уложены тонкостенные железобетонные плиты. Для обеспечения наименьшего положения несущих тросов они натянуты на разной высоте, образуя поперечный свод. Стабилизирующие тросы притягивают основную систему к бортовым элементам продольных стен. Напряжение тросов вызывает в стойках рам большее горизонтальные усилия, для восприятия которых к верхней части стен присоединены мощные заокеанские наклонные балки, на которые уложены стеновые панели.

Рис. 54 Сетчатые конструкции.

В некоторых случаях стабилизация покрытия осуществляется при помощи легких ферм, подвешенных к несущим тросам.

При помощи параболических тяг в плоскости покрытия можно передать усилия от несущих тросов на углу покрытия, к которым примыкают продольные стены, воспринимающие обратный распор от тросов покрытия.

Еще проще воспринимается этот распор при круглом или овальном плане помещения: он сразу передается на сжатое опорное кольцо, опертое на колонны по контуру покрытия, образуя так называемое «велосипедное кольцо» и его разновидность.

На представлено покрытие Дворца спорта «Юбилейный» (г. Санкт-Петербург) пролетом 93 м, в котором несущие и стабилизирующие тросы перекрываются у опор. В этом покрытии вместо железобетонных плиток применен плоский настил из листовой стали толщиной 2 мм.

На представлено покрытие Универсального спортивного зала в Парке Победы (г. С.-Петербург), где круглое в плане здание диаметром 160 м перекрыто чашеобразным сплошным стальным листом толщиной всего 6 мм. Стабилизация покрытия осуществлена при помощи натянутых радиальных тросовых ферм, расположенных по периметру, и таких же ферм в средней части покрытия, натянутых на подвешенный к покрытию обруч. С архитектурной точки зрения представляет интерес висячее покрытие, в котором несущие тросы подвешены одним концом к пространственной арке, а другим — к опорному кольцу по периметру покрытия, что особенно удобно для покрытия больших спортивных арен.

В покрытии Большого спортивного бассейна в Токио (архитектор Кензо Танге) вме-сто мощных арок применены тросы, подвешенные к пилонам, стоящим за пределами трибун. Оттяжки скрыты в торцевых пристройках.

Рис. 55 Висячее покрытие над стадионом Ралей-арена (США).

а — общий вид здания; б — схема покрытия; в — план; г — часть разреза; 1 — арка; 2- кровля; 3 — ветровые оттяжки

Перпендикулярно к ним натянуты напрягающие тросы, образующие выпуклость к верху. В результате получается седлообразная относительно жесткая поверхность. Кровля выполнена из волнистой листовой стали.

Другим примером висячей системы покрытия может служить конструкция покрытия здания павильона СССР на Всемирной выставке в Брюсселе (1958 г.) — (см. рис. 59).Ванты с одной стороны прикреплены к консоли несущей конструкции покрытия и через стойки наружного каркаса к фундаментам, а с другой стороны нагружены весом средней части покрытия Рациональным типом составных покрытий является купольно-складчатые оболочки. Это конструкции, в верхней части которых располагаются элементы жесткости в виде центральной оболочки положительной кривизны или кольца, образующего световой проем, а в нижней — боковые складчатые оболочки, опертые по периметру (многоугольник, окружность, овал) на фундаменты или контр форсы. Такие покрытия можно использовать при пролетах до 150 м. В сборном варианте предпочтительней конструктивные схемы, в которых применяются железобетонные цилиндрические плиты 3×6 м.

Исходя из архитектуры фасада, контурными элементами могут служить арки с опиранием на фундаменты, воспринимающие распор, или арки с затяжками. В составных оболочках, опертых на колонны, чаще всего применяют контур в виде криволинейного ригеля. Особый вид представляют составные висячие покрытия. Они образуются сочетанием оболочек с различной геометрией поверхности и достаточно сложной формой плана с включением в работу ребер жесткости, контурных элементов, затяжек и др. Конструктивные схемы висячих покрытий получаются из схем полигональных оболочек (см. рис.60). Их работа приближается к традиционным висячим конструкциям.

С целью увеличения несущей способности и пространственной жесткости создают покрытия, представляющие собой комбинации оболочек и составных складок (см. рис.61).Комбинированные складчатые покрытия могут быть вспарушенного или висячего типа. В первом случае покрытие образуют складкой и центральной оболочкой, которая подкрепляет складку, увеличивая при этом жесткость конструкции.

Во втором случае многоволновое покрытие, включающее центральную оболочку и боковые элементы, снабжено вантами, закрепленными на опорах. Пролеты таких конструкций могут составлять 80 — 100 м.

Комбинированное покрытие в виде складки с криволинейными гранями — боковыми и торцевыми оболочками — может использоваться при пролетах 120 — 150 м.

Составное покрытие комбинированного типа с циклическим планом может быть выполнено из двух концентрически расположенных на наружной и внутренней частей, представляющих собой сопряженные трапециевидные или треугольные оболочки.

Другим вариантом является купольно-складчатое покрытие в виде сопряженных складок висячего типа, снабженное радиальной системой чередующихся вант и арочных ребер. Такую систему можно скомпоновать из цилиндрических элементов или складок с поверхностью гипара. Эта конструктивная схема позволяет перекрывать пролеты 120 — 150 м.

Р ис. 56 Консоль но-в антов оепокрытие пав иль она СССР на выставке в Брюсселе.

а — разрез по основной конструкции;

б — разрез по промежуточной конструкции;

в — продольный разрез.

Рис. 57 Схемы составных висячих покрытий.

а — оболочка с квадратным планом (1 — колонны; 2 — боковые оболочки отрицательной кривизны; 3 — ванты; 4 -центральные криволинейные ребра; 5 — центральная оболочка положительной кривизны; 6 — наружный контур покрытия; 7 — дополнительные тросы; 8 — распорки; 9 — плиты); боболочка центрической композиции (1 — радиальные несущие элементы — вантовые фермы; 2 центральное кольцо; 3 — наружное полигональное кольцо; 4 — составляющая оболочка положительной кривизны); в, г, д, е — складчатые оболочки с радиальными вантами (1 — складчатая оболочка; 2 — опора; 3,4 — верхний и нижний пояса радиальных двухпоясных вант; 5,6— внутренние и наружные кольцевые элементы; 7 — оболочки положительной кривизны)

Рис. 58 Схемы комбинированных покрытий из оболочек и складок.

а — складчатое покрытие с центральным элементом купольного типа; б — покрытие висячего типа из складок и оболочек положительной и отрицательной кривизныв — то же, с линзообразными элементами; г — покрытие с криволинейными гранями в виде боковых оболочек и варианты плана; д — купольно-складчатое покрытие со складками висячего типа; е, ж —покрытия висячего типа с трапециевидными и треугольными оболочками.

Развитие новых конструкций расширило представление о морфологии архитектурного языка музеев, и сложные формы разнообразных пространственных структур занимают в архитектуре современных музеев заметное место наряду с более простыми, традиционными.

Конструктивное решение здания музея может трактоваться в двух направлениях: как следование чисто утилитарным (функциональным) потребностям и как важный элемент архитекетурно-композиционного решения обьекта. В первом случае конструктивное решение призвано обеспечить удобное функционирование комплекса, что касается в первую очередь крупногабаритных пространств (атриумов, экспозиционных и концертных залов), а также надежной и целесообразной организации фондохранилищ.

Для организации свободных перетекающих пространств в интерьере сооружения целесообразно использование каркасной схемы. Это решение, характерное для модернизма, позволяет изящию решать архитектуру минимальными средствами. предоставляя при этом полную свободу в поисках иных решений (применение всевозможных навесных панелей, использование декора). Применение ферм постепенно вытесняется использованием пространственных покрытий. Перекрытия на основе гигантских рам (на этаж) позволяют использовать междуэтажное пространство для подсобных помещений и запасников.

Использование большепролетных пространственных конструкций целесообразно для перекрытия безопорных пространств, при этом они всегда сообщают зданию дополнительную образную выразительность как в интерьере, так и во внешнем облике. В XX веке широко использовались все типы пространственных покрытий: оболочки одинарной и двоякой кривизны (в виде гипаров), все типы сводов, куполов, складчатые покрытия, пневматические и воздухонесомые оболочки, а также сложные составные структуры. Пространственные формы для перекрытия зрелищных зальных пространств в современной практике используются повсеместно.

Рис. 59.

Выставочные павильоны на всемирных выставках ЭКСПО. Разнообразие композиционно-художественных решений сооружений одной функции: 1 — павильон США на ЭКСПО-74; 2 — павильон СССР на ЭКСП070; 3 — национальный павильон Японии на ЭКСПО-70; 4 — павильон «Фуджи» на ЭКСП070.

Рис. 60 Конструктивная система «трелемент» Планировочная структура здания на основе треугольной модульной сетки Основана на модульной треугольной сетке с со стороной 9,60 м. Виставочный центр в Нюргберге (ФРГ) длиной о стороны 2,30 м.

Рис. 61 Пример свободного построения плана здания, развивеющегося во времени.

Проект университета в Западном Берлинекоторое

Современные системы остекления фасадов

Перенос тепла в светопрозрачных ограждающих конструкциях может происходить с помощью излучения, конвекции и теплопроводности. Изменить теплозащитные свойства можно путём влияния на эти составляющие теплообмена.

Существует несколько способов влияния на тепловые характеристики оконных конструкций:

• — увеличение количества слоев остекления, что не достаточно эффективно, так как снижает проникновение видимого света через оконные конструкции;
• — изменение толщины зазора между стелами стеклопакета (термическое сопротивление воздушной прослойки постепенно увеличивается до определенной толщины, а затем практически не изменяется);
• — применение заполнения межстекольного пространства различными газами или газовыми смесями (сегодня воздух заменяют на газы: аргон, криптон, ксенон или образующиеся в комбинации с воздухом газовой смеси; при замене воздуха аргоном термическое сопротивление прослойки увеличивается на 10%);
• — применение вакуумных стеклопакетов (конструкция вакуумного стеклопакета представляет собой два листа стекла, спаянные между собой с небольшим зазором. Уровень вакуума в межстекольном пространстве должен составлять 10−2 — 10−3 мм. рт. ст. для компенсации воздействия внешнего давления на стеклопакет внутри него, между стеклами, устанавливают распорные элементы, жестко соединенные с листами стекла. Такая конструкция обладает высокой прочностью);
• — применение специальных стекол с низкоэмиссионным теплоотражающим покрытием для влияния на лучистую составляющую теплообмена и совместное применение покрытия и газового заполнения (при использовании теплоотражающих покрытий происходит существенное уменьшение количества тепловой энергии, теряемой в виде инфракрасного излучения через поверхность оконного стекла, пропускающего видимые и отражающие инфракрасное излучение. За счет снижения величины лучистой составляющей теплообмена теплопотери через окна существенно снижаются, однако теплоотражающие покрытия уменьшают коэффициент пропускания света через окна. В качестве теплоотражающих покрытий широко используются покрытия на основе различных металлов: серебра, золота, меди с системой просветляющих окислов, полупроводниковых оксидов олова и индия);
• — использование электронагреваемого остекления (обогрев либо поверхности стекла, либо воздушного пространства между стеклами стеклопакета. При мощности нагрева до 150 Вт/м2 температура поверхности стеклянной части окна поддерживается на уровне комнатной, несмотря на изменение температуры наружного воздуха. Применяются для снижения конвективных воздушных потоков. При мощности нагрева 150 — 2100 Вт/м2 температура поверхности внутреннего оконного стекла поддерживается выше комнатной. Применяется для эффективного плавления инея и снега, образующих на поверхности наружных стекол стеклянных кровель, и в качестве единственного источника тепла в помещениях).