автореферат диссертации по архитектуре, 18.00.01, диссертация на тему:Теоретическое исследование вантово-стержневых систем в архитектурном формообразовании

РГ6 од

а.....; ¡.„ч.у

• МОСКОВСКИЙ АРХИТЕКТУРНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ББК 85.11

СМОЛЯРОВ ЮРИЙ АНДРЕЕВИЧ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВАНТОВО-СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ В АРХИТЕКТУРНОМ ФОРМООБРАЗОВАНИИ

Специальность 18.00 01

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата архитектуры

Москва - 1996

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В МОСКОВСКОМ АРХИТЕКТУРНОМ

ИНСТИТУТЕ на кафедре архитектурных конструкций

Научные руководители:-

Официальные опоненты:-

Оппонирующая организация:- ВНИИТАГ

кандидат архитектуры, доцент

А.А. Попов

доктор архитектуры, -

професор М.С. Туполев

доктор архитектуры, професор, академик И.Г. Лежаева;

доктор технических наук, профессор, академик Ю.А. Дыховичный;

Защита диссертации состоится " " /ууаэ/^р 1996 г. в 00 часов на заседании специализированного Совета при Московском архитектурном институте по адресу: г. Москва, К-31, ул. Рождественка, д. 11

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "/2 " 1996 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО СОВЕТА

кандидат архитектуры, профессор

М.Н. Иманов.

' Актуальность исследования:

Задачи промышленного и сельскохозяйственного производства, учет рыночных требований в строительстве, неотделимы от необходимости поисков принципиально новых подходов в решении целого ряда архитектурно-строительных проблем. К ним относится создание высококачественных проектов и их реализация^различных типах общественных, промышленных, складских, других зданиях и сооружениях. ,,

Обширная область архитектурно-строительной деятельности требует эффективного, теоретически обоснованного обеспечения. Особенный интерес и популярность в XX веке получили пространственные стрительные конструкции, которые широко используют архитекторы в своей практике.

Одно из важнейших направлений развития современной архитектуры и строительства, является создание принципиально новых строительных конструкций и в частности пространственных архитектурно-конструктивных систем, которые характеризуются возможностями индустриального изготовления, использованием эффективных строительных материалов и технологий, способствуют повышению функциональных качеств и художественной выразительности объектов самого различного назначения. Из всего многообразия архитектурно-пространственных систем взяты в диссертацонной работе для исследования вантово-стержневые конструкции. Вантово-стержневые конструкции представляют научный и практический интерес, являются актуальными в развитии теории архитектуры и применяются в архитектурном формообразовании для создания новых пространственных архитектурно-конструктивных систем,которые создают

возможности при получении самых различных по сложности форм состоящих из простейших структурных элементов, определяющих диапазон разновидностей этих форм И" представляющих их совокупность в определенном порядке. В проведенных исследованиях обоснована перспективность развития вантово-стержневых систем в архитектурном формообразовании, что и определило создание новых видов пространственных конструкций.

Основное направление работы - исследование и внедрение в архитектурно-строительную практику пространственных вантово-стержневых систем, создание новых архитектурных форм.

Целью исследования является разработка теоретических основ построения вантово-стержневых систем, обоснование новых решений и способов получения пространственных структур для быстровозводимых, общественных, промышленных, сельскохозяйственных^складских и других зданий и сооружений самого различного назначения. Основные задачи исследования:

1. Анализ и исследование диалектики развития форм архитектурно-конструктивных систем.

2. Исследование теоретических основ постоения архитектурно-конструктивных систем с использованием вантово-стержневых конструкций. '

3. Обоснование и разработка основ построения вантово-стержневых структур в архитектурном формиобразовании.

4. Обоснование и разработка основ моделирования вантово-стержневых структур в архитектурном формообразовании.

5. Исследование механизма формообразования на основе

* моделирония вантово-стержневых систем.

6. Разработка новых форм пространственных конструкций и их реализация, способы трансформации быстровозводимых полносборных вантово-стержневых структур.

7. Обобщение и анализ разработанных вантово-стержневых конструкций и определение их роли и места среди архитектурных пространственных конструкций.

Научная новизна работы:

1. Исследованы исторические^геометрические, бионические и кристаллографические закономерности архитектурного формообразования с использованием вантово-стержневых систем.

2. Разработаны и сформулированы теоретические основы методологии получения новых архитектурных форм на основе вантово-стержневых систем.

3. На основе экспериментального моделирования вантово-стержневых систем и реализации отдельных элементов даются доказательства эффективности разработанных вантовр-стержневых структур и перспективность их использования в архитектурно-строительной практике.

На защиту выносится:

- Основные принципы архитектурного формообразования на основе вантово-стержневых конструкций.

- Исследование диалектики формы архитектурно-пространственных конструкций и в частности вантово-стержневых систем.

- Методология формообразования вантово-стержневых систем на основе моделирования.

- Моделирование и реализация архитектурных форм на основе

вантово-стержневых конструкции. Объем и структура работы. Диссертация состоит из двух томов.

Первый том состоит из введения, 4-х глав, заключения и библиографии.

Второй том - иллюстративно-графическая часть. Краткое содержание и основные положения исследования. В первой главе исследуются существующие архитектурные пространственные конструкции.

Рассмотрение архитектурно-пространственных конструкций в историческом аспекте дало возможность проследить их изменение, совершенствование и развитие, которые определяются следующими факторами:

- стремление увеличить перекрываемый пролет или пространство;

- уменьшение собственного веса конструкций;

- новизна архитектурной выразительности зданий или сооружений.

Простейшие архитектурно-конструктивные системы охватывают период до XIX века. В работе дается анализ эволюции развития различных архитектурных конструкций от балки к стоечно-балочной системе, до арки, аркады, сводов, куполов. Рассматривается путь развития пространственних архитектурных' конструкций от XIX до настоящего времени. XX век характеризуется новыми социальными изменениями в жизни человечества, что способствовало открытиям во всех сферах человеческой деятельности. В это время появляются Хрустальный дворец в Лондоне и Эйфелева башня в Париже . Стоячно-балочная система качественно изменилась, она нашла

• широкое применение в каркасных зданиях. Принцип шалаша и палатки лег в основу висячих систем, широкое распространение получили купольные здания и сооружения. Архитектурно-пространственные системы, известные из глубокой древности, получили широкое распространение и совершенствуются в настоящее время. В истории развития современных, в том числе и архитектурно-пространственных структур, видное место принадлежит достижениям ученым разных стран. В том числе следует назвать труды В.Г.Шухова, впервые использовавшего вантовые и стержневые структуры; П.Л.Чебышев, развившего идею сетчатых куполов, известные работы в области стержневых систем М.С.Туполева, А.А.Попова и его школу МАРХИ, а также работы Ю.С.Лебедева в области архитектурной бионики. Отдельные аспекты проблемы новых архитектурно-пространственных форм исследовались В.Ф.Колейчуком (Москва), О.М.Вартаняном (Ереван), А.И.Волковым (Харьков), В.Д.Иваненко (Киев) и другими специалистами стран СНГ. Из зарубежных ученых следует упомянуть известные купола Б.Фуллера (США), вантовые и тентовые конструкции О.Фрея (Германия), железо-бетонные оболочки П.Л.Нерви (Италия), перекресно-стержневые структуры "юнистрат" (США), пирамитек ' С. Дю-ПЙ то (Франция) и др. К пространственным архитектурно-конструктивным системам относятся:

- складки;

- оболочки;

- купола;

- перекрестно-стержневые;

- вантовые и тентовые;

- пневматические;

- структурные;

- вантово-стержневые.

Широкому распространению пространственных архитектурных конструкций способствовало:

- изменение отношения к объемно-пространственному решению зданий;

- технический прогресс в архитектуре и строительстве и появлений новых материалов;

- совершенствование и развитие расчетно-математических и экспериментальных методов, целью которых является точное определение и распределение усилий во всех элементах;

- разработки типовых элементов такой системы конструкций, которая определяет низкую себестоимость, снижает сроки строительства.

Пространственные структуры промышленного изготовления получили широкое распространение во многих странах, что объясняется простотой их производства и легкостью монтажа сооружений. На стыке двух видов пространственных систем: структур и вантовых конструкций - появилась новая структурная система архитектурно-пространственных конструкций - это вантово-стержневая система. Появлению вантово-стержневой системе способствовала, эволюция архитектурный форм в процессе изменения функциональной потребности внутреннего пространства.

В результате эволюций простейших архитектурных форм человечество в историческом развитии пришло к современным зданиям и сооружениям различным по форме. Человек выступает как формообразователь, он строит здания и

сооружения, в которых живет, трудится и отдыхает. Человек создает орудия труда, предметы обихода и, конечно, здания. В основе всех зданий и сооружений лежит одна мера - человек. Если он делает орудия, то делает его таким, чтобы легко им управлять, покорить природу; если строит дом, то с таким расчетом, чтобы удобно в нем было передвигаться, отдыхать и работать.

Человек по разному представляет форму, так математик -выражает форму в числах, скульптор - воспроизводит ее внешне, а архитектор видит в форме, как внутреннее содержание, так и учитывает внешнюю среду. Формообразование в архитектуре занимает очень важное место, т.к. оно является одним из творческих процессов работы архитектора. Начиная с перевобытного строя в простейших сооружениях внутреннее пространство было единым.С функциональной точки зрения все внутреннее пространство условно разделилось на центральную часть, где находился очаг и окружающую очаг площадку, на которой находились места для отдыха членов семьи и вспомогательные помещения. В основном каждое сооружение расчитано на одну семью, род и т.д. Внешняя форма этих жилищ представляет собой простейшие формы, к которым относится: куб, призма, конус, сфера и круг, квадрат, треугольник и т.д. При этом внутреннее пространство не делилось, а было едино. Рабовладельческая формация способствовала' появлению сооружений, которые функционально разделяли: на жилые дома, дворцы, культовые здания и т.д. Планировка каждого здания была различна и отвечала своему функциональному назначению. Внутреннее пространство членилось на главные и вспомогательные помещения. Характерным для данного

' N " >

периода является "психологическое воздействие" на человека культовых сооружений, где объем здания решен с большим размахом и человек кажется очень маленьким. Лишь при изменении деспотической власти на демократическую, существенно изменяются архитектурные формы, объемы и внутренее пространство. Архитектурные сооружения стали более человечными и разнообразными по форме и плану. Внешняя форма стала значительно усложняться т.е. она компануется из нескольких простых геометрических форм или их частей с применением симметрии,масштаба, пропорциий, характеризующих высокий уровень архитектурной мысли зодчих тех времен. План зданий и сооружений стремится к функциональному обобщению помещений с учетом развития того времени, т.е. практицизму.

В эпоху Возрождения внешний обьем зданий и сооружений решался пластичней, масштабней и разнообразней по сравнению со всеми предыдущими формациями. Ранее применяемые формы доводятся до совершенства. Поверхности зданий и сооружений тщательно декоративно оформляются. Строго действуют законы пропорций и господствуют архитектурные ордера. Большое внимание архитекторы в этот период стали оказывать ансамблям с решением городских площадей, использованием ландшафта, зелени и воды и др., которые становятся важными композициоными элементами. Поиски архитектурной выразительности в применении пространественных архитектурно-конструктивных систем обогатили архитектуру новыми формами, дали много неожиданных пространственных решений. И не случайно пространственные конструкции являются каркасом зданий и

сооружений, которые предопределяют архитектурную форму, позволяют создать архитектурный образ. Ибо только единство архитектора и инженера дают возможность решить художественно-конструктивную целостность сооружения. Как показал анализ, применение пространственных конструкций привел к разнообразию архитектурных форм. Это указывает на то, что диалектика формообразования существенно изменилась и направление к усложнению архитектурной формы покрытия в большинстве случаев - это поверхности 2 и 3 порядка, положительной и отрицательной кривизны и их комбинации.

Диалектика форм архитектурно-конструктивных систем в своем развитиии шла от простейших форм к сложным и сегодня форма не имеет композиционного ограничения. Современная архитектура идет по пути поиска новых архитектурных форм, используя достижения архитекторов 2030 годов. Появление вантово-стержневых конструкций, : способствуют созданию новых архитектурны форм любой конфигурации^ при этом достигается динамика и статика & реализации любых проектов и замыслов архитекторов. Архитектурная форма должна соответствовать внутреннему и внешнему содержанию.

Во второй главе рассматриваются предпосылки развития пространственных архитектурно-конструктивных систем. К ним относятся бионические и геометрические основы формообразования вантово-стержневых систем. Эти исследования привели к архитектурному моделированию вантово-стержневых структур, как основному способу

исследования, в свою очередь установлению закономерностей формообразования вантово-стержневых систем с использованием стержней, плоскостей и объемов. Применяя геометрические основы и использование элементов живой природы, в полученных формах выяснены основные закономерности формообразования самых различных структурных систем, уточнены основы формообразования, для которых важны законы симметрии, пропорции, масштаба и ассиметрии. Исследование связи архитектуры и живой природы на всем протяжении истории.архитекторы и инженеры использовали и внедряли элементы заимствованные в природе. Этим занимается в настоящее время целая отрасль архитектуры -архитектурная бионика.

Поиски оптимальных конструктивных форм пространственных конструкций привели к детальному изучению природных форм. Значительные достижения в этом направлении получили работы Ле Реколе, который тщательно изучил морские радиолярии, исследовал микрофотографические изображения текстуры большой берцовой кости, а также труды Ю.С.Лебедева. В бионическом формообразовании используются следующие методы:

- визуально- экспериментальный;

- моделирование.

Визуально-экспериментальный метод построен на накоплении и изучении всех природных богатств живой природы на основе тщательного наблюдения и механического эксперимента. Многие ученые и исследователи занимались изучением механ^К-о -статистических качеств живых организмов ( Дарвин Ч., Тимирязев К.А., Раздорский В.Ф. и др.)

Изучение структуры живой клетки позволили найти элементы новых видов пространственных конструкций, особенно структур, в том числе висячих конструкций. Это во многом способствовало появлению новых видов конструкций и в частности вантово-стержневых систем. Бионические методы, при-мененяемые при макетировании новых конструктивных систем, способствовали возникновению вантово-стержневых конструкций. В моделировании ипользуются те же принципы, что и в живой природе, которые наблюдаются на протяжении всей эволюции:- сочетания;

- мутация;

- естественный отбор.

Только постоянное создание и испытание новых моделей могут привести к совершенствованию новых архитектурно-конструктивных структур. Нахождение слабых точек и места приложения усилий, определение места разрушения, определение необходимого сечения в заданкгх точках, позволяет в результате получить эффективное использование материалов при различной конфигурации элементов, обеспечивающих прочность конструкций.

На основе метода моделирования были апробированы динамические возможности вантово-стержневых конструкций, их технология производства, монтаж и другие аспекты, необходимые для их исследования.

Наряду с бионическими основами, определяющими теоретические построения новых пространственных конструкций используется прикладная геометрия и кристаллография. Так для получения новых форм широко применяются геометрические методы:

- апроксимация поверхности;

- паркетирование поверхности;

- комбинированный.

Используя метод апроксимации поверхность можно разбить на минимальное количество типоразмеров ( от 1 до 3 типов), благодаря чему изготовление оболочек поддается высокому уровню индустриализации, сборности и малым срокам строительства, при сохранении высокого эстетического уровня. Для разбивки поверхностей часто применяют метод паркетирования. который более перспективен для плоских и криволинейных поверхностей, чем метод апроксимации. Уменьшение числа типовых элементов при паркетировании -один из основных технологических задач при проектировании и строительстве пространственных конструкций сложных поверхностей.

Плоскостное паркетирование имеет важное значение в получении архитектурных пространственных конструкций, и носит название "топологии плоскости". Для разбивки сложных поверхностей применяется "теория графов". Метод паркетирования экономичен, способствует высокому уровню индустриализации, минимальным материальным затратам, малому сроку строительства, высокому уровню дизайна, а используя ЭВМ за короткое время можно получить многочисленное количество вариантов и выбрать наиболее Приемлемый.

Разработка новых видов вантово-стержневых структур и их конструирование тесно связаны с моделированием. Путем моделирования были проверены возможности формообразования и сочетания всего возможного многообразия комбинаций.

" Моделирование резко сокращает время поиска приемлемого решения, увеличивает наглядность полученных результатов, облегчает переход к механическим испытаниям моделей. В результате исследования и моделирования были получены следующие группы структурных форм:

- структуры из "простейших ячеек";

- сетки - структуры •

. комбинированные структуры:

- структуры из плоских элементов;

- структуры из обьемных элементов;

- структуры из стержней, плоскостей и объемов. Структуры из "простейших ячеек" (рис. стр. 25) имеют один типовой узел, где растянутых элементов в несколько раз больше чем сжатых. Вертикальные растяжки совместно со стержнями создают поворот (смещение) верхнего основания относительно нижнего. Если перераспределять длину растяжек "простейшая ячейка", то можем получить "треугольник" (стержни будут лежать по периметру треугольника) или займут параллельные положения друг к другу, это положение стержней можно назвать "стойкой". Сочетание "простейших ячеек" друг с другом дает возможность получить вантово-стержневые конструкции различных конфигураций, и форм (сферу, плоскую структуру, криволинейную структуру, мачту и т.д.). "Простейшие ячейки" могут быть получены из трех, четырех, пяти и шести стержней, дальнейшее увеличение стержней мало эффективно: и их можно отнести к другой группе структурных форм - сетки-структуры (рис. стр. 26). В основе получения сеток-структур лежит метод паркетирования. Рисунки сеток могут быть самые различные, но наиболее эффективными являются треугольники, квадраты,

пятиугольник и шестиугольники. Более усложненное паркетирование не приводит к рациональным и логическим конструктивным решениям. В результате опытов на макетах наиболее рациональными и простыми являются сетки-структуры, образованные из треугольников, четырехугольников и квадратов. Стержни крепятся друг с другом с помощью тросов, при этом можно получить цилиндрические, конусные, сферические и др. развертывающие поверхности (рис. стр. 30,31). Комбинированные структуры - получают из различных элементов: стержней с плоскостными элементами; стержней с объемными элементами; стержней с плоскими и объемными элементами; стержней различной длины и другие варианты. Полученные структуры имеют различную форму, любую конструкцию, как плоскую, так и криволинейную. Структурные формы полученные с помощью плоских элементов (рис. стр. 27), представляют собой различные плоские элементы (треугольник, квадрат, трапеция, пятиугольник, шестиугольник и др.), связанные растяжками друг с другом, они образуют различную пространственную структуру или криволинейную поверхность сложной конфигурации. Структурные формы полученные с помощью объемных элементов (рис. на стр. 28), представляют собой конструкции, образованные из объемов (пирамиды, куба, призмы, октаэдра, торса и т.д.), связанные растяжками друг с другом, они образовывак^гразличные пространственные структуры прямолинейного или поверхности криволинейного очертания и сложной конфигурации. Статическая работа во всех пяти видах систем идентична, т.к. при этом происходит четкое разграничение усилий- сжатие воспринимает стержень, плоскость, обьем, а растяжение- трос,

» вант. Данный вид архитектурных конструкций самонесущий, т.е. сумма усилия на сжатие равна сумме усилий на растяжение. в противном случае конуструкция теряет устойчивость. Исследования показали, что пространственные вантово-стержневые конструкции имеют перед другими видами архитектурных конструкций следующие преимущества:

- полное разграничение несущих способностей элементов;

- достижение полной сборности и изготовления в заводских условиях;

- большую живучесть конструкции при выведении из строя некоторых элементов;

- получение переменной плоскости структурной решетки;

- универсальность применения.

В третьей главе исследуются архитектурные особенности и свойства вантово-стержневых систем, рассматриваются основы и законы трансформации, использование явлений "самонапряжения" и "сочленения" в вантово-стержневых структурах. Дана концепция архитектурного формообразования и определены факторы, влияющие на формообразование. Показаны возможные формы и применение вантово-стержневых структур. Практическая реализация эксперементальных разработок показала продуктивность полученных методов, что послужило проверкой теоретических основ структурного формообразования в архитектуре.

Вантово-стержневые системы обладают свойствами, которые имеют только эти конструкции, к ним относятся:

- самонапряженность;

- сочлененность;

- сверхлегкость;

- большая гибкость в формообразовании новых форм. Важным свойством вантово-стержневых конструкций, является трансформация, т.е. конструкции легко изменяют первоначальную форму и переходят в заданную форму без снижения жесткости и обратно.

В диссертации приводится подробная методика получения трансформирующихся структур на основании сеток-структур, "простейших ячеек", из плоскостей и объемных элементов, В этих структурах используется один принцип - перераспределение усилий при постоянстоянной сумме длин^тросов. На основе проведенного исследования вантово-стержневых систем подтверждено разнообразие возможных

вариантов структур и форм рассматриваемой области. Благодаря гибкой трансформации, получаемой в вантово-стержневых конструкциях можно осуществить "динамику" или "статику". Сама природа подсказывает архитектору о "динамичности" или "статичности" сооружений. Возможность изменения формы -трансформация. способствует расширению границ использования того или иного здания и тем самым отдаляет его "моральный износ". Быстро меняющееся и развивающлеся в социальном плане общество ставит задачи о проектировании и строительстве многофункциональных зданий и сооружений, в которых "моральный износ" имеет неограниченные пределы. Применение трансформирующизР^конструкций в таких зданиях и сооружениях способствует решению этих задач. При этом важную роль приобретает архитектурное формообразование на основе вантово-стержневых систем, где наблюдается образование форм от простых начальных элементов к сложным формам с использованием трансформации. Факторы влияющие на

« архитектурное формообразование следующие:

- величина перекрываемого пролета;

- функция назначения здания или сооружения;

- экологическо-климатические условия;

- применяемые материалы;

- наличие производственной базы.

К основным принципам архитектурного формообразования следует отнести:

- симметрию, масштабность, пропорции и другие закономерности;

- статичность и динамичность;

- психологиеское восприятие.

В диссертации дается анализ основных факторов, влиящих на формообразование и его основные принципы. Основной композиционный принцип формообразования вантово-стержневых систем - это соподчиненность начальных "простейших ячеек" (элементов) всей архитектурно-конструктивной структуры, ее симметричности и пропорции на основе принципов сочлененности.

Вантово-стержневые конструкции способствуют развитию динамичного формообразования. Разнообразие архитектурных форм из вантово-стержневых конструкций приближает решение вопроса синтеза искусств, которое всегда стояло перед архитекторами и художниками, инженерами и философами. Здания и сооружения, меняющиеся во времени и пространстве свою форму - нарушают сложившиеся у людей взгляды на архитектуру вообще. Традиционное понятие динамической архитектуры неразрывно связано с применением психологии зрительного восприятия ряда последовательно воспринимаемых обьемно-пространственных сооружений и архитектурно-

конструктивных образов. В работе даны методы использования психологического восприятия для улучшения эстетического решения образа и формы здания или сооружения. Оперируя психологическим воздействием архитектуры на человека, архитектор, как формообразователь, создает формы зданий и сооружений отвечающие требованиям человека и окружающей среды.

Динамическое структурное формообразование не только является новым направлением в архитектуре, но и создает необходимые предпосылки для дальнейших исследований, например в части оптимизации и расчетов конструктивных решений, усилий, производства работ, определение вариантов и других проблем.

В диссертации исследованы возможные формы и разнообразные методы макетирования вантово-стержневых систем, которые позволяют получать любые формы в архитектуре. На основании этого метода и реализации многочисленных моделей и их анализа были найдены оптимальные варианты различных вантово-стержневых структур. В работе предложен метод получения из простейших форм - более сложные структуры: плоские, цилиндрические, сферообразные и т.д. В результате исследования созданы макеты разнообразных поверхностей и форм. На их основе разработана методология получения через модели вантово-стержневых структур любой формы, а применяя ЭВМ, можно получить оптимальный вариант. Качество новых решений архитектурно-конструктивных структур, подтверждено исследованием и реализацией.

Предложенная методика моделирования и конструирования вантово-стержневых систем на основе использования малого

• числа простых по технологии получения начальных конструктивных элементов (простейших ячеек), позволяет добиваться многообразия выразительных архитектурных форм для самых различных по назначению обьектов. При этом могут быть учтены условия строительства в отдельных районах интенсивного хозяйственного освоения и в системах быстроменяющего расселения, например: в зонах Крайнего Севера, пустыни, космического пространства и др., в том числе и для обьектов общественного, промышленного, сельского, складского и другого назначения, расположенных в существующих, так и в новых городских и других населенных пунктах.

В четвертой главе рассматривается главное направление оптимизации архитектурно-прстранственных конструкций -уменьшение весовой характеристики.

Исследование и анализ диалектики формы архитектурно-конструктивных систем позволили

определить показатель для всех архитектурно-пространственных конструкций - весовую характеристику, которая определяется отношением веса на площадь перекрываемого пространства. Весовая характеристика дает возможность определить уровень прогрессивности той или иной конструктивной системе. Прогресс в развитии пространственных конструкций связан также со стремлением увеличить перекрываемый пролет и уменьшить собственный вес конструкции, эти два требования взаимно противоположны, но и в тоже время их решение приводит к уменьшению весовой характеристики и созданию новых видов пространственных систем.

Каждая конструкция имеет определенный вид, кроме того она

•' J

имеет опоры, пояса, каркас. Исследователь ставит перед собой задачи, которые сводятся к следующим требованиям: чем меньше опор и меньше материала, тем больше помещение и перекрываемое пространство. В практической деятельности одинаковых задач не бывает^ и каждое сооружение создается индивидуальным. Архитекторы сталкиваются каждый день с решением множества задач по размещению людей, которые рождаются, живут и переезжают с одного места на другое. Сооружения выполняются из различных материалов, поэтому инженеру необходимо в своих проектах свести применение материала до минимума. Леонардо да Винчи отметил по этому поводу: "Задача с применением минимума затраченного материала - это единственно интересная проблема". Требования уменьшения собственного веса конструкции определяют поиски оптимального архитектурно-конструктивного решения сооружения. Если вес покрытия является значительным, то это влечет за собой утолщение стен и фундаментов и наоборот, если архитектурно-конструктивное решение покрытия будет легким, то нагрузка на стены и фундамент пропорционально уменьшится. Массивность и равновесие присуще древней архитектуре Египта, Греции, Рима. Все сооружения твердо и крепко стоят на земле. Пропорции и декор облегчают и украшают здания этой эпохи. На каждом этапе всякая архитектурно-конструктивная система имела свое оптимальное решение.

Решая проблему создания новых архитектурных форм архитекторы и инженеры стремятся перекрывать максимальное пространство с использованием минимума материалов. Американский архитектор Букминтер Фуллер пишет: " Для

* определения степени рациональности здания достаточно его взвесить".

Характерным фактором, влияющим на весовую характеристику любой архитектурной пространственной системы является коэффициент смелости (отношение толщины конструкции к длине перекрываемого пролета). Сравнивая полученные данные с аналогами в природе можем определить показатель, к которому должны стремиться при создании новых архитектурных пространственных систем, что в прямой зависимости связано с уменьшением весовой характеристики.

В диссертации дан анализ весовых характеристик всех видов пространственных конструкций в их эволюционном развитии. В ходе рассмотрения определено, что одной из самых легких, обладающей низким коэффициентом смелости являются вантово-стержневые конструкции. Из вышеизложенного следует, что проблема снижения весовых характеристик в архитектурно-конструктивных системах существовали во все времена и в настоящее время является одной из актуальны X, как никогда в области строительства и архитектуры.

В странах СНГ и за рубежом ведутся активные исследования в данном направлении, и безусловно, они принесут положительные результаты - это подсказывает диалектика развития архитектурно-конструктивных систем (рис. стр. 32, 33). Растущая потребность в наиболее эффективных строительных конструкциях, с минимальным весом, заставляет использовать все резервы прочности материалов. Постоянное совершенствование свойств материалов, определяет дальнейшее развитие архитектурных пространственных структур. В диссертации дана общая классификация архитектурных

пространственных конструкции, которые делятся на геометрической основе на два класса:

- линейчатые поверхности;

- криволинейные поверхности.

По статической нагрузке архитектурные пространственные конструкции классифицируются по пяти группам (рис. стр. 29):

- первая группа - конструкции типа "балка";

- вторая группа - конструкции типа "арка";

- третья группа - конструкции типа "трос";

- четвертая группа - конструкции типа "структура";

- пятая группа - конструкции "воздухоопорные". Используя данную классификацию архитектурных пространственных конструкций можно определить место пространственной конструкции среди многообразия форм и статической работе.

Основные результаты исследования.

1. Проведен анализ существующих архитектурных пространственных конструктивных систем, на основе которых намечены проблемные вопросы.

2. Выявлены исторические, бионические и геометрические предпосылки, способствующие появлению новых вантово-стержневых систем и определяющие их возможности в архитектурном формообразовании.

3. Определены основные принципы построения вантово-стер-жневых структур.

4. Обоснована необходимость совершенствования и ; развития форм архитектурного формообразования из ватово-стержневых структур различной степени сложности

формируемых из ограниченного числа относительно простых по конфигурации и небольших по размерам первичных элементов.

5. Выявлено многообразие вантово-стержневых структур и разработана их классификация по следующим группам:

- сетки-структуры;

- структуры и "простейших ячеек"; комбинированные структуры:

- структуры из стержней и плоскостей;

- структуры из стержней, плоскостей и обьемов;

- структуры из стержней, плоскостей и объемов.

6. Установлено, что вантово-стержневые системы обладают рядом свойств: самонапряженность, сочлененность, сверхлегкость и большая гибкость в формообразовании новых форм иИтрансформациц.

7. Разработаны методы моделирования вантово-стержневых структур обеспечивающиеся органическое единство архитектурной формы и инженерного конструирования, что позволит применить эффективные строительные материалы и технологии.

Второй том является иллюстративным к текстовой части диссертации ( обьем 39 страниц, в том числе 35 листов чертежей и фотографий).

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. "Пространственные сетки-структуры" газета "Моспроектовец" № 17 (445) от 7 мая 1967 года.

2. "Пространственные сетки-структуры" сборник "Архитектурная композиция, Современные проблемы" Госгражданстрой ЦНИИТИ, Москва 1970г.

3. "Вантово-стержневые конструкции" (тезисы-доклада на научно-техническом совещании "Архитектурная форма и научно-технический прогресс", Москва 22-24 ноября 1972г).

4. "Уменьшение весовой характеристики, как одна из тенденций оптимизации архитектурно-конструктивных систем". (Материалы республиканской конференции "Повышение качества и снижение материалоемкости строительных конструкций и изделий" 9-11 октября 1974г. г.Донецк).

6. "Конструкции вантово-стержневых структур для сооружений сельскохозяйственного назначения и фермерских хозяйств" Материалы международной научно-практической конференции "Совершенствование строительных материалов, технологий и методы расчета конструкций в новых экономических условиях" Сумы, Украина 1994 г.стр.267.

7. "Основные свойства вантово-стержневых структур" Материалы международной научно-практической конференции "Совершенствование строительных материалов, технологий и методы расчета конструкций в новых экономических условиях" Сумы, Украина 1994 г. стр.268.

ВИД структуры из плоскостей

<

V ^béP

¡

о

о

вид

структуры из объемных элементов

1 Ь»*3?^^

V 2. к

в»

СТЕРЖНИ

« •

1 •

гШ —3Ш

- V

плоскость

ТРАНСФОРМАЦИЯ 'ПРОСТЕЙШЕЙ ЯЧЕЙКИ'

пролет ВИД классификация архитектурных конструкций

*1 1 8 : 12 простые \ N / первая группа констр. типа "балка" лежащая на двух опорах.

11 й

1 1 8 ' 100 я" ч вторая группа констр. типа "арка", "купол", "свод".

1 1 8 * 1000 пространственные третья группа пространств, констр. типа "тросс-вант"

1 ф 1 10 ' 1000 четвертая группа пространств, констр. типа: складки, перекрестно-стержневые оболочки, структуры.

1 ш 1 10 ' 100 пятая группа пространств, конструкции: пневматические

Сфера из "простейших ячеек" 3-х стержней

Плоская плита из "простейших ячеек" 3-х стержней

Сферическая фигура из "сетки-структуры"

a >

N / \ У

Композиция

Сфера в павильоне СССР на международной выставке