Виды складчатых поверхностей

В сравнении с другими пространственными конструкциями, складчатые структуры встречаются не часто, как в постройках, так и в литературе. В чистом виде складчатые конструкции были распространены в 60 - 80-ых годах XX века. Потому и большая часть литературы, их описывающей, примерно того же времени издания. «Складчатая конструкция представляет собой систему пространственно связанных между собой тонких (обычно плоских) пластин - граней» - это наиболее точное определение складок, которое даёт Германн Рюле в книге «Пространственные покрытия» в 1973 году. Учебники по конструкциям как правило ограничиваются общими рисунками и описанием простейших складчатых покрытий. Тем не менее, разнообразие складок велико. И хотя многие из них на первый взгляд относятся к другим типам конструкций, всех их объединяет общий принцип работы. А принцип работы складок прост: это увеличение высоты сечения (h) конструкции в сравнении с толщиной используемого материала, за счёт геометрического преобразования её поверхности, причём размеры граней складок в этом случае приближаются к оптимальным, с точки зрения жёсткости.

Возникающее в этом случае распорное усилие, обладает как плюсами, так и минусами. С одной стороны появляется необходимость устройства жёсткого опорного контура или затяжек, с другой стороны пластичность структуры даёт высокое восприятие температурных, осадочных и прочих внутренних напряжений за счёт податливости узлов соединения.

Складчатые конструкции относятся к пространственным конструкциям (даже простые прямоуголные складки, как на предыдущих схемах) и занимают в их классификации самостоятельное направление. Однако легко комбинируются со всеми остальными типами. В современной архитектуре, как правило, представлены именно в сочетании с другими видами конструкций. Они могут иметь различные очертания и формы.

Материалом для складок может служить железобетон, армоцемент и клеёная древесина, но самое широкое распространение они получили в виде профилированного металлического листа. Сегодня профнастил применяется практически в любом объекте строительства. Он же является основным направлением развития и изучения складок, как конструкций. Складки, как несущие конструкции покрытий долгое время после их появления практически не изменялись. А с 80-ых годов практически не использовались из-за дороговизны и сложности проектирования. Однако в связи с тем, что в последнее время применение компьютерных технологий проектирования, а особенно параметрического моделирования, позволяет решать многие проблемы, связанные с проектированием, расчётом и конструированием и гораздо более сложных структур, складчатые конструкции или их элементы стали появляться в архитектуре современных общественных зданий. Как, например, в аллее олимпийского стадиона в Афинах, «Городе наук» в Валенсии или станции железнодорожной линии AVE в Уэльвеа, архитектора Сантьяго Калатравы:

Виды поверхностей вращения в архитектуре

В ребристо-кольцевых куполах в общую работу каркаса включены непрерывные кольцевые прогоны, которые пересекают меридиональные ребра и работают не только на местный изгиб, но и воспринимают растягивающие кольцевые усилия, являясь ярусными затяжками в расчетной арочной схеме купола.

Сетчатые купола - это многогранники, вписанные чаще всего в сферическую поверхность вращения треугольников, трапеций, ромбов, пятиугольников, шестиугольников и других фигур. Стержни решетки в узлах сетчатых куполов соединяются шарнирно. Сетчатый купол является распорной системой, распор которой воспринимается нижним кольцом.

Наиболее часто применяют купола с треугольной ячейкой. Для сравнительно пологих куполов характерен метод создания сетчатой поверхности, основанный на построении плоской

сети для одного из одинаковых пространственных секторов поверхности с последующим проецированием этой сети из центра сферы на криволинейную поверхность купола.

Второй метод построения сетчатых поверхностей наиболее выгоден для подъемистых сферических куполов и основан на последовательном членении вписанных в сферу правильных многогранников - додекаэдра (двенадцатигранник) и икосаэдра (двадцатигранник). Элементарные треугольники после членения сферы могут быть объединены в ромбические, пятиугольные, шестиугольные вспарушенные панели.

Сетчатые купола рассчитывают по безмоментной теории как сплошные асимметричные оболочки. Усилия в стержнях купола определяют умножением меридиональных и кольцевых усилий на соответствующие расстояния между стержнями в рассматриваемых сечениях купола и проектировании этих усилий на направления стержней. При ячейке в виде равностороннего треугольника усилия в стержнях.

Д ля расчета на местную устойчивость необходимо проверить на продольный изгиб стержень купола при расчетной длине, равной

Чтобы избежать общей потери устойчивости сетчатой сферической оболочки, необходимо, чтобы равномерное радиальное давление на сферический купол не превышало критического.

В Китае представлен новый проект эко-архитектуры Energy Flower. Эко-здание будет внешне напоминать цветок высотой около 140 м. В здании разместится научно-исследовательский центр и лаборатории китайского института Wuhan. Энергией эко-здание будет обеспечиваться за счет возобновляемых источников энергии: на крышах будут установлены солнечные панели, в тычинке будут размещены ветротурбины. Energy Flower будет оснащен системами сбора дождевой воды и ее очистки. В проекте также предусмотрена система естественной вентиляции. Начало строительства запланировано на ноябрь 2010 г.

Мечта научных фантастов -вращающиеся НЛО-дома(UFO-Homes) от французской компании Солейла Домес( Solaleya Domes) - это весьма технологичные и экологически чистые дома. В основе здания небольшая механическая структура, которая мягко вращается за счёт энергии, вырабатываемой солнечными панелями на крыше.

НЛО-дома(UFO-Homes) не только предлагают новое веяние в глобальных подходах к строительству, но и рассматривают наиболее серьёзные проблемы современной архитектуры. Вот как описывают своё детище проектировщик компании Патрик Орижин(Patrick Origine) :

«Концепция домов базируется на непреложных истинах.

Во-первых, форма. Наши ноги постоянно выписывают кривые вокруг нас, наше поле зрения охватывает именно криволинейной формы. Достаточно взглянуть вверх, вправо, влево, вниз - мы видим именно круговую область.

Круг, сфера- оптимальные формы, которые мы наблюдаем во всём, что нас окружает - начиная от моллюсков, семен, нор и гнезд, заканчивая формами нашей планеты и других галактических объектов.

Всё фантастическое в сознании людей связано именно со сферическим объемами.

Весь западный мир, с его греко-римской архитектурной мыслью, был сформирован из этих форм, которые уже давно сопровождают человечество.

В утробе матери мы живем в кривой сферической области. Нам не свойственно равновесие в окружении прямых углов. Тем не менее, в несколько последних столетиях мы живём именно в угловых помещениях, не осознавая того, что эти формы не имеют ничего общего с тем, что природой нам суждено от рождения. Человек должен дышать чистым воздухом, спокойно жить, потребляя продукцию местного производства. Возврат к изогнутой форме состоит в том, чтобы ослабить наше взаимоотношение с миром и создать его концентрацию на нас. Духовность сферической формы скрывается испокон веков в куполах христианских и буддийских церквей, в мусульманских мечетях.

Множество сферических зданий служат рабочими помещениями президенты, конгрессов, музеев.

К счастью, западный мир постепенно осознаёт необходимость перепланировки резких угловых очертаний в гармоничную среду обитания.

Во-вторых, вместимость и плотность заселения. Земля гораздо больше, чем мы думаем - средняя площадь, которая приходится на одну душу населения составляет 1,8 га, более чем 7 га на пару с 2 детьми. Концентрация жителей в современных городах растет с каждым днём и вызывает всё большее беспокойство у живущих. Небоскрёбы изнуряют людей, и в настоящее время рассматривается учёными как гетто социальной изоляции. Именно с такими предпосылками воскресение деревень и поселков, с их подходами к плотности заселения и задатками общинной жизни, рассматриваетсются в настоящее время как наиболее предпочтительные и очевидно-устойчивым.

В-третьих, технологичность и экологичность материалов. Купола изготовлены из FSC-сертифицированной древесины, экологичность, отличные теплостойкость и модульность не вызывают сомнения. Для повышения огнестойкости, стены обработаны угольным абсорбентом, который замедляет проникновение кислорода к поверхности.

Что, одновременно, повышает сопротивляемость к гниению. По мнению экспертов, полученная конструкция оказывается прочнее железобетонной. При утилизации домов мы не получим вредные и токсичные выбросы, которые даёт сжигание полистирола, пластиковых покрытий. Кедровые крыши домов- ещё одна приятная деталь. Структура выдерживает 5 бальный ураган и землетрясения величиной до 8 баллов по шкале MSK.

В-четвёртых, вращающаяся структура, которая позволит «уходить в тень» и поворачиваться лицом к солнцу, в зависимости от желаний жителей.

Вся глобальность идеи, все технологические и экологические аспекты, все технические мелочи и реализация- именно это позволяет предположить, что дома Патрика Орижина(Patrick Origine) -это технологии будущего, концепции будущего, дома будущего.