Проектирование, строительство, реконструкция складов, производственных зданий под ключ
  • Тел./Факс: +7 (495) 229-39-67
  • E-mail: info@arcade-m.ru
  • ИНН/ОГРН 5036082888/1075074008481
Главная » Статьи » Структуры

Архитектура индустриальных методов

Большая заслуга американца Фуллера заключается в том, что он вспомнил о существовании известного еще со времен Платона правильного тела — икосаэдра, имеющего двенадцать однородных вершин, и что, исходя из этой формы, он предложил строить сферические купола, в которых элементы соединяются не в одной, а в целой полудюжине точек. При делении сферических треугольников, образованных этими точками, можно получить другие геодезические элементы возрастающей неравности, зависящей от числа последовательных делений. Но, несмотря на эту неравность, с точки зрения формальной композиции был сделан важный шаг, поскольку конструктор, оперировавший до этого времени опорами и фасадами, т. е. линией и планом или балкой и поверхностью, снова открыл геометрическое тело высшего порядка — многогранник, который также называют «твердым телом». Конечно, с морфологической точки зрения, можно любой замкнутый объем, будь то шар или другое тело вращения, рассматривать как «твердое тело», т. е. тело, кривизна которого образует петли или замкнутые кривые, несомненно в бесконечности стремящиеся к плоскости и открытой линии. Отсюда вытекают все статические достоинства как многогранника, так и любого, купола.

Шар — это «твердое тело», число граней которого равно единице, а число ребер — нулю. Именно в этом отсутствии сегментации и заключается сущность проблемы, так как нельзя выковать, отлить или отштамповать оболочку целиком ни из металла, ни из других лучше поддающихся обработке синтетических материалов, открытых в наше время. Эту оболочку необходимо разделить и вновь собрать из возможно более стандартных элементов экономичного изготовления и несложного монтажа. Но с момента разложения шара или другого замкнутого пространства на множество полигональных частей тело превращается в многогранник. Это разложение должно производиться не произвольно, а в соответствии с законами симметрии, требующими соблюдения определенных минимальных правил и равновесия, т. е. соответственно с членениями ряда твердых тел.

Нервюры.

По существу в этом нет ничего нового. С древнейших времен архитекторы считали, что любая композиция основана на определенном упорядочении размещения твердых тел и их сборке. Перечень тел исчерпывался призмой, цилиндром, конусом и шаром. Следует согласиться с тем, что в эпоху Витрувия стремление к простоте было продиктовано не только материалами, но и примитивностью методов работы, измерения и изображения.

Понятие многогранника как общей концепции, охватывающей все части пространства, а следовательно, и все тела, которые в настоящее время так же легко определяются, как классические и простые тела, заключает в себе и другие, не заслуживающие внимания характеристики. В то же время число их увеличилось, и то, что прежде было легко вообразитъ и построить, со временем стало трудно реализуемо, и, наоборот, то, что тогда невозможно было себе представить, стало теперь легко осуществимо.

Несмотря на сложность поисков, в ходе веков блистают, молнии в темноте, малоизвестные скромные здания, свидетельствующие о наличии более пытливой мысли и выходящие за священные рамки канонических форм. Мастера поздней готики или сарацины в таких сооружениях, как мечеть в Исфахане, сознательно пользовались целым набором многогранников.

Легкость этих структур и изобретательность кажутся невероятными; человек, подавленный в те времена весом, сумел здесь подняться на большую высоту.

Конический купол.

Но эта эволюция была грубо остановлена. Сила пушечных ударов (другой вид технического прогресса) восторжествовала над тонкими каменными облицовками и вызвала возврат к недифференцированному массиву, совершенно так же, как столетия спустя стальные остекленные аркады капитулировали перед бомбами и были заменены тяжелыми железобетонными имтами, впрочем в свою очередь тоже пострадавшими от бомб. Так, удовлетворяя новым требованиям, сталь превратилась в арматуру, секреты строителей погибали, а многогранники были позабыты.

К счастью, в это же время ими все больше стали заниматъся математики, кристаллографы и стереохимики. Не считая родоначальника геодезических куполов — икосаэдра, известно много других видов многогранников: платоновых, архимедовых, двойных, составных и пр. — и нет никаких причин ограничиваться использованием только одного вида, тем более что в его строении можно обнаружить не только формы готовых моделей полицентрических куполов, но и формы, образованные одним или несколькими элементами, что само по себе разрешает проблему стандартизации, первого условия любой индустриализации.

Гиперболический параболоид.

Эти системы, в основе своей образованные неизменными поверхностями, могут быть осуществлены в виде самонесущих оболочек, в виде каркаса или комбинаций этих двух видов конструкций. В сложных случаях чередование входящих и исходящих углов формы придает куполу конструктивную толщину, некоторую волнистость или гофрировку, обеспечивающую дополнительную жесткость каркаса.

Общий закон в этой области можно сформулировать следующим образом: степень усложнения рисунка прямо проциональна отдаче материала, в данном случае волнистого железа. Таким образом, при увеличении числа граней, изгибов и других характеристик форма стремится к границам материальности.

В принципе каждый изгиб выпукло-вогнутой формы, примером которой может служить переменная поверхность, изолированно может рассматриваться как нарушитель равновесия, продуктом которого он сам и является.

Радиальный концентризм.

Но искусная группировка множества неравновесий или изгибов устанавливает новое равновесие, которое (совершенно так же, как в примере с каменными сводами) превосходит картезианскую сумму неравновесий. Поэтому нас не должно удивлять, что классические аналитические методы не пригодны для объяснения поведения этих форм. Только топологические методы, учитывающие переплетение форм и вытекающие из них синергетические эффекты, пригодны для этой цели. По-видимому, свои предположения в этих случаях следует проверять испытаниями на модели. Систематические последования с проверкой всех форм правильной конфигурации могут способствовать отбору наиболее пригодных структур с лучшей отдачей и установить графики в виде номограмм действующих в них реальных сил. Именно это и можно назвать настоящими структурными исследованиями, а не испытание бетонных кубиков, не выслушивание конструкций и не магические заклинания, основанные на ложных в своей основе и подтасованных в пользу искомых результатов расчетах, многие годы практиковавшихся на сверхскоростных и высокопрочных электронных вычислительных машинах, что в конечном итоге всегда относилось к одной и той же деформирующейся конфигурации.

Это волшебное параматематическое средство, способное поддержать наиболее неустойчивые конструкции, тем более замечательно, что оно может обеспечить работой самые крупные проектные организации. По существу, вся эта разорительная и бездумная криптотехника наукообразной бюрократии, оторванная не только от социальной, но и от технической действительности, призванная к предпринимательству, страхованию и контролю, обслуживает потребительскую рутину за счет выпуска продукции, заключающейся прежде всего в разработке устойчивых структур.

Линейное размещение ферм.

Не вдаваясь в детали их образования, отметим, что на основе стереометрических знаний можно построить не только шарообразные, эллиптические, многогранные и ячеистые жилые единицы, но и создать соединение многогранников, подобных конструкциям А. Ж. Белла, Конрада Ваксмана и др. Эти сетчатые системы второго порядка образуют структуры с высокой степенью гиперстатичности и, несмотря на их относительно небольшой вес, с высокой жесткостью.

В результате других комбинаций образуются кристаллические, заполняющие все пространство конфигурации, в которых человек может опять создать пространство, почти не имея дела с массами.

Путем преобразования и перемены порядка, заключающегося в ориентации сил и концентрации усилий на сжатие в середине растянутых элементов, можно создать чрезвычайно легкие самонатянутые структуры. В этих структурах натянутые элементы (три элемента из четырех) представляют собой тяги. Такая дифференциация еще улучшает отношение между полезной нагрузкой и собственным весом. Другими преимуществами этих почти гибких и одновременно совершенно жестких структур являются их подвижность и приспособляемость. По-видимому, гибкость здесь объясняется облегчением, вызванным не только использованием специфичных легких материалов, но и прежде всего применением таких конструктивных систем повышенной работоспособности, как твердые и сверхтвердые тела.

Сложные объемы.

В заключение следует сказать, что все эти геометрические, конструктивные и функциональные преимущества могут быть использованы для покрытия максимального пространства при минимальной затрате материалов. Для этого нужно: довести размеры пролетов до нескольких сотен метров или сократить вес ячейки до нескольких сотен килограммов. Само собой разумеется, что можно также перекрывать пролеты среднего размера очень тяжелыми конструкциями, способными выдерживать огромные нагрузки, подвешенные внутри.

В настоящее время строят купола из тонкой листовой стали диаметром до ста метров, но уже рассматривают возможность климатической защиты целого города, поля, площади, измеряемой гектарами, в условиях очень жаркого или слишком холодного климата, путем строительства куполов, покрытых прозрачной пленкой, с учетом всех революционных последствий, которые отсюда вытекают для сельского хозяйства. К куполам сравнительно крупного сооружения могут быть подвешены целые территории, одновременно служащие и конструкциями и защитными мембранами для своего рода пространственных агломераций, где участки будут свободны от передачи веса и от загромождения опорами, а грунт — от всяких препятствий.

Тем самым будет найдено решение гибкого и, в полном смысле этого слова, пространственного градостроительства, о котором много говорят и которое не столько от отсутствия соответствующих технических возможностей, сколько благодаря отсутствию разума у «ответственных» до настоящего времени остается мечтой.

ДАВИД ЖОРЖ ЭММЕРИХ (DAVID GEORGES EMMERICH)

Категория: Структуры
Просмотров: 1480