2.7. Тонкостенные сплошные оболочки отрицательной гауссовой кривизны

Наибольший интерес среди тонкостенных оболочек вызывают оболочки отрицательной гауссовой кривизны благодаря их архитектурной выразительности, большой жесткости и несущей способности, хорошим экономическим и эксплуатационным качествам, возможности формообразования разнообразных и интересных систем, используемых при проектировании объемно-пространственных композиций зданий. Размеры перекрываемого плана такими оболочками от 10 до 100 м.

Диапазон использования гипаров весьма широк. Как тонкостенные оболочки гипары применяют для покрытий, перекрытий, фундаментов, панелей стен в различных зданиях и сооружениях:

- общественных: трибуны стадионов, рынки, вокзалы, рестораны;

- промышленных: фабрики, склады, гаражи;

- малых архитектурных формах: навесы, павильоны, беседки.

Гипары-оболочки возводятся глав­ным образом из железобетона. Однако в последнее время все чаще и чаще обращаются к деревянным и пластмассо­вым оболочкам, а также комбинациям из этих материалов.

2.7.1. Построение оболочек отрицательной гауссовой кривизны

Поверхность оболочки отрицательной гауссовой кривизны принадлежит к поверх­ностям двойной разнозначной кривизны. Способы построения таких оболочек различны (рис. 173):

- поступательные перемещения параболы (образующей) по гиперболе (рис. 173, а);

- поступательные перемещения прямой по накрест лежащим направляющим (рис. 173, б);

- построение пространственного прямоугольника за счет смещения его углов, середины сторон, геометрического центра и т.п. (рис. 173, в);

- построение пространственного прямоугольника за счет поворота одной из сторон на угол φ (рис. 173, г).

а

б

в

г

Рис. 173. Способы образования поверхности гипара:

а ) способом переноса параболы по гиперболе; б) то же, прямой по накрест лежащим направляющим; в), г) построением пространственного четырехугольника

Приведенные способы образования гипара показывают, что его природа двойственна. Он может рассматриваться и как поверхность переноса, и как линейчатая поверхность (рис. 174). Поэтому гипар имеет образующие и направляющие двух родов – прямолинейные и криволинейные

Рис. 174. Гипар, как система криволинейных и прямолинейных образующих

(параболы). Важно отметить взаимное расположение образующих поверхности двух видов – парабол и прямых. Направления параболических и прямолинейных образующих пересекаются под определенным углом, т. е. параболические образующие проходят по диагоналям ячеек сетки, образованной двумя системами прямолинейных образующих. Подобное взаиморасположение образующих этих двух видов составляет специфику статической работы гипара.

К аждая точка поверхности гипара является точкой пересечения двух

парабол и двух прямых, принадлежащих поверхности.

В

Если секущие плоскости совпадают с направлением главных парабол, то образуется фрагмент с криволинейным контуром (рис. 175).

зависимости от получения требуемого контура оболочки гипара необходимо выполнить сечение ее поверхности плоскостями, направление которых совпадает или не совпадает с направлениями главных парабол и прямолинейных образующих.

Рис. 175. Фрагмент оболочки гипара с криволинейным контуром, образованным сечением его поверхности двумя вертикальными и одной горизонтальной

плоскостями

Е сли секущие плоскости совпадают с направлением прямолинейных образующих, то контур оболочки будет прямолинейным (рис. 176).

.

Рис. 176. Фрагмент оболочки гипара

с прямолинейным контуром

Если секущие плоскости не совпадают ни с направлением прямолинейных образующих, ни с направлением главных парабол, то контур оболочки будет смешанным (рис. 177). При этом сечение гипара такой плос­костью есть кривая второго порядка.

Рис. 177. Фрагмент оболочки гипара

со смешанным контуром

Приведем пример возведенной оболочки отрицательной гауссовой кривизны с криволинейным контуром. Для покрытия павильона астрофизики университета в Мехико размерами в плане 1210,75 м Ф. Кандела применил сочетание из двух оболочек на криволинейном контуре. Здание не имеет боковых проемов и поднято на платформу с входом снизу. Покрытие представляет собой две сочетающиеся железобетонные оболочки толщиной 1,5 см, которые по контуру в виде параболических арок жестко связаны с рамой платформы (рис. 178).

Рациональные конструктивные виды гипаров могут быть получены путем различных комбинаций так называемых скрученных параллелограммов. Эти композиции получили широкое применение в России и за рубежом.

Рис. 178. Покрытие павильона астрофизики университета

в Мехико

Наиболее простой и распространенный способ образования по­верхности гипара – смещение по вертикали одного или двух уг­лов четырехугольника, в результате чего последний становится пространственным, искривляется (рис. 179).

а

б

в

г

Рис. 179. Построение поверхности гипара смещением по вертикали

различных точек или углов четырехугольника

Такие композиции широко использовал Ф. Кандела в своих проектах грибовидных оболочек на одной или нескольких опорах (рис. 180, 181, 182).

Конструктивное решение покрытия здания швейной фабрики (рис. 180) и городского рынка (рис. 177) представляет собой многократное повторение гипаров (рис. 179, а, г), расположенных в разных уровнях для создания шедов. Размеры отдельных грибовидных оболочек в плане 10,811,7 м, толщина стенки 38 мм.

Г рибовидная гиперболическая оболочка как самостоятельная, отдельно стоящая конструкция была использована Ф. Кандела при проектировании входного навеса около фабричного здания в г. Мехико. Навес, несимметричный в плане, состоит из четырех скрученных параллело-граммов (рис. 179, а). Два параллелограмма имеют размеры в плане 10,82,25 м и два – 4,22,25 м. Макси-мальный вылет консоли 10,8 м. Толщина стенки 38 мм (рис. 182).

Рис. 182. Навес около здания фабрики в г. Мехико