ТЕКТОНИКА АРХИТЕКТУРНЫХ И ПРИРОДНЫХ ФОРМ . Архи.всЁ

Архивная версия / archive version:

Проект «Архи всЁ» переехал на сайт www.cih.ru
This project was moved to the www.cih.ru

данная версия не обновляется и может быть недоступной через некоторое время

^{см. также: СНиПы | Архитектура | Модерн | Новости | Строительство}

Вы можете найти необходимую информацию на сайте cih.ru / You can find the necessary information on the cih.ru website:

index / архи.всё -> архи . бионика
ТЕКТОНИКА АРХИТЕКТУРНЫХ И ПРИРОДНЫХ ФОРМ

Колонны являются основными несущими элементами каркаса и воспринимают всю вертикальную нагрузку от перекрытий, усилия предварительного напряжения, создаваемые вантами, а также частично воспринимают усилия от горизонтальных нагрузок. Стержни крестовой решетки являются для колонн постелью, препятствующей их направленной деформации из плоскости наружу здания (или сооружения). Величина усилий предварительного напряжения вант выбирается так, чтобы при действии на каркас горизонтальных нагрузок стержни крестовой решетки не выключались из работы. Прогиб колонн принимается порядка 1/50 высоты колонны и подбирается в зависимости от конкретного соотношения величин вертикальных и горизонтальных нагрузок. Таким образом, колонны работают на центральные сжимающие усилия и практически не могут потерять устойчивости, поскольку взаимно раскреплены стержнями, являющимися по условию всегда растянутыми.
При действии на здание (сооружение) симметричных вертикальных нагрузок от перекрытий усилия в колоннах возрастают и колонны стремятся увеличить прогиб, чему препятствуют стержни решетки. При действии на сооружение горизонтальных нагрузок, как показывает кинематический анализ, усилия в напрягаемых вантах (3) практически остаются неизменными, а восприятие нагрузок осуществляется в основном колоннами и стержнями (2). При этом благоприятным является тот факт, что при продольно-поперечном изгибе каркаса происходит выравнивание усилий в стержнях решетки вследствие относительно небольшой собственной изгибной жесткости колонн. Это исключает возможность перенапряжения отдельных стержней решетки колонн при различных возможных сочетаниях расчетных нагрузок и свидетельствует о рациональном использовании прочностных свойств элементов конструкции.
Предлагаемая конструкция каркаса представляет собой предварительно напряженную самоуравновешенную стержневую систему, в которой усилия в стержнях решетки непосредственно зависят от усилий натяжения продольных напрягаемых вантов. Коэффициент связи (влияния этих усилий) подбирается в необходимых пределах путем подбора кривизны колонн. Этим достигается оптимальное использование прочностных свойств элементов каркаса.
В конструктивном решении башенного высотного сооружения (см. рис. 13) с целью рационального распределения усилий предварительного напряжения следует разделять каркас по высоте на три секции. Это дает возможность подобрать сечения элементов каркаса и величины предварительного напряжения в зависимости от действующих усилий. Аналогичное решение возможно и для каркасных зданий.
В настоящее время предпочтительными материалами для основных элементов каркаса здания, в частности колонн, являются сталь или железобетон; для вант рационально применение высокопрочной стали с их обетонированием после монтажа перекрытий и их предварительного напряжения; для стержней крестовой решетки, жесткость которых на растяжение определяет в основном изгибную жесткость каркаса, предпочтительно применение сборного предварительно напряженного железобетона. Для каркасов сооружений типа радио- и телевизионных башен рационально применение стали. Предлагаемая конструкция снижает металлоемкость, увеличивая при этом долговечность и улучшая эксплуатационные качества, обеспечивает повышенную пожаростойкость, поскольку несущие колонны и стержни решетки могут быть вынесены на достаточно большое расстояние от помещений здания (т.е. возможного очага пожара); в связи с этим дополнительная изоляция их может
либо отсутствовать, либо быть минимальной. Пожарная изоляция вантовых элементов, имеющих обычно компактное сечение, надежно осуществляется при незначительных расходах огнезащитных материалов iпутем бетонирования, обмазок облицовок и т.п.).
Кроме того, предложенный каркас здания (или сооружения) может иметь разнообразные архитектурно-планировочные решения, так как эксплуатируемые площади помещений свободны от массивных конструктивных элементов.
Оболочки-скорлупы и принцип сопротивляемости конструкций "по форме". К оболочкам-скорлупам предъявляются особые требования. Прежде всего они должны быть из жесткого материала, форму иметь пространственно изогнутую, толщину незначительную по отношению к пролетам и сечение по всей поверхности одинаковое; лишь в краевых элементах в местах передачи усилий на фундаменты или другие опоры они могут утолщаться. В связи с этим и усилия в них распределяются особым образом: в сечении оболочек, например, совершенно исключаются изгибающие и крутящие моменты в связи с их небольшой толщиной, а усилия направляются по касательной к их поверхностям, равномерно в продольном и поперечном направлениях. Малейшие изменения толщины в сжатой части могут вызвать появление изгибающих моментов. Рабочее состояние оболочек — это состояние напряженной мембраны. При симметричной нагрузке в них отсутствуют также и сдвигающие силы^.
Ребристые криволинейные системы также могут содержать в себе элементы оболочек, поэтому рассматриваемый нами принцип работы оболочек можно отнести как к сооружению в целом, так и к его элементам.
Принцип механической работы оболочек прямо противоположен работе традиционного массивного каменного или. кирпичного свода, в котором за увеличением пролета следует увеличение сечения свода.
В конструктивных оболочках существует в противовес традиционным принципам обратно пропорциональная зависимость массы и сечения сводов и куполов от перекрываемых ими пролетов, хотя при этом не отрицается зависимость этих параметров и от принятой системы конструирования. При больших пролетах, применяемых в современной архитектуре, часто невозможно идти по традиционному пути, так как сечения сводов возросли бы до таких размеров, что, пожалуй, не смогли бы выдержать своей собственной массы. Кроме того, сооружение таких сводов было бы связано с большой затратой материалов. Следовательно, для выполнения тех задач, которые стоят перед современной архитектурой в области большепролетного строительства (промышленные цехи, крытые стадионы, хоккей-ринги, города под куполами в северных районах и т.д.), разумно пользоваться оболочками.
У живой природы конструкция типа оболочек очень распространена: это скорлупа яйца, мельчайшие морские организмы диатомеи, панцири животных, гладкие раковины и т.д.
Правда, если проникнуть в их микроскопическую структуру, то мы обнаружим решетчатость их построения, следующего определенным законом конструирования. Каждая такая скорлупа — сложная конструкция.
Большое значение в формировании жестких оболочек имели данные советской науки, в частности разработанная впервые инж. В.З.Власовым безмоментная (мембранная) теория расчета пологих оболочек. Заметим, что сейчас введено в обиход понятие "мягкие оболочки", но они имеют отношение к надувным конструкциям и тентам.

Но при этом все же в оболочках-скорлупах особое значение имеет принцип "работы по форме", как назвали его известные инженеры Э.Торроха и П.Л.Нерви. Для достижения необходимых технических качеств оболочки этот принцип без преувеличения является одним из решающих. Тонкостенные структуры типа оболочек создают условия для "лепки" различных архитектурных пластических форм.
Что значит "работа по форме"? Лучше всего это пояснить на простом примере.
Если взять лист обычной писчей бумаги и положить его узкими краями на две опоры, то лист не удержится на них и соскользнет. Но если сделать из этого листа бумаги корытце и поставить его на две опоры, то корытце не только не соскользнет с опор под действием собственной массы, но даже сможет нести дополнительный груз.
Что же случилось с листом бумаги, почему он приобрел новые механические свойства? Бумага осталась та же, ее масса сохранилась, но изменилась форма, которая перераспределила внутренние усилия. Точнее, претерпели , изменения внешние очертания формы, ее конфигурация, соразмерность или, если можно так выразиться, пластика формы.
Именно это подразумевается под связью формы конструкции с ее механическими способностями. За счет изменения пластики оболочковых форм можно получать лучшие соотношения механических способностей и массы конструкций, т.е. экономить строите льн ый, материал.
По мнению П.Л.Нерви, прочность по форме — наиболее существенная из всех других средств и наиболее распространенная в природе. Нерви пишет, что такую способность конструкции, '"сопротивляющейся по форме".... мы часто находим в окружающей нас природе: в чашечках цветов, тростнике, скорлупе яйца, панцирях насекомых, раковинах и др."[ 5].
Лист растения (мягкая оболочка) принимает сложные пространственные формы, которые увеличивают его прочность и устойчивость. Особенно необходимо это длинным листьям: они складываются в трубочку (ковыль, злачные) образуют глубокие складки по длине (осока); высокие прямостоящие тесемчатые листья растения рогоза перекручиваются по длине в спираль и этим выигрывают в устойчивости.
Научиться оперировать формой с целью улучшения инженерных качеств конструкции и нахождения тектоники конструктивной формы — очень важная проблема в творчестве инженеров и архитекторов. Специалисты считают, что умение оперировать формой относится к высшим достижениям в современной архитектуре.

. страницы:

1	11	21
2	12	22
3	13
4	14
5	15
6	16
7	17
8	18
9	19
10	20

. содержание:

. архи.Лекции

. архи.проекты:

. архи.поиск: [keywords], [global]

. архи.другое:

. архи.дизайн:

, ссылайтесь...

Всё.