Большепролетные покрытия и перекрытия зданий

элементов — прототипов, например, синтез конструктивной системы из унифицированных

элементов).

Эта классификация позволила выявить сравнительно новые проектные задачи (задача схемной оптимизации и индивидуального проектирования из типовых и унифицированных элементов-прототипов), которые мало известны широкой проектной практике.

Следующий этап классификации проектных задач относится более всего к методологии их решения. С этих позиций, т.е. с позиций методологии, все проектные задачи можно разделить на прямые и обратные задачи проектирования.

Решение прямой задачи проектирования — по заданным условиям, ограничениям и уровню качества (требованиям) сформировать совокупность соответствующих им параметров (значений свойств) описания объекта проектирования — ввиду её большой сложности ву автоматизированном режиме реализовано в настоящее время лишь для некоторых элементарных случаев (подпорная стенка, ферма и т.п.). Это связано как с трудностями представления модели проектируемого объекта из-за недостаточного знания его свойств (законов формообразования, взаимосвязи параметров и т д.) на различных этапах «жизненного» цикла объекта, так и в связи с большой размерностью совокупности параметров его описания.

Поэтому проектирование, вследствие недостаточной ещё формализации, осуществляется решением обратной задачи, т е. путём формирования каким-либо образом вариантов с последующей их оценкой. Например, по прогнозируемым функциям элементов наружной стены (гидроизоляционной, ветрозащитной, теплотехнической, статической) некоторым образом (например, с применением морфологического метода Ф. Цвикки), формируются варианты конструктивных решений наружных стен. Затем эти варианты рассчитываются, и расчётные параметры сравниваются с требуемыми. В результате отбираются лучшие для дальнейшей проработки.

В связи с решением обратной проектной задачи возможно два типа задач определения вариантов проектных решений: задача подбора готовых решений (собранного по всем видам технических источников) и задача генерирования или синтеза новых проектных решений. Задача синтеза значительно сложнее задачи подбора, так как по степени сложности она соизмерима с изобретательскими задачами. Задачи синтеза новых проектных решений внутренне разделяются по уровню сложности. Наименее сложными являются задачи улучшения параметров известных технических решений объектов проектирования. Например, задача улучшения гидроизоляции закрытого стыка крупнопанельных зданий Её решали либо подбором нового герметика, либо усилением уже имеющейся гидроизоляции нащельником и т д Второй по уровню сложности является задача синтеза нового технического решения по известному принципу действия. Например, было предложено множество вариантов технических решений соединения панелей крупнопанельных зданий на принципах открытых и закрытых стыков. И, наконец, самыми сложными задачами являются задачи синтеза новых принципов действия по известным физическим законам. Такую задачу, например, решали при переходе от закрытого стыка к открытому.

Предложенная типология проектно-конструкторских задач при некоторой доработке может быть встроена в общую теорию архитектурно-строительного проектирования.

Баранова Т.П., Афанасьева А.Н. БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫЕ ПОКРЫТИЯ И ПЕРЕКРЫТИЯ ЗДАНИЙ

Как пишут историки «на протяжении всей истории человечества сменявшие друг друга поколения строителей стремились к разрешению двух основных конструктивных проблем: высоты и пролета». И это действительно так. Достаточно сравнить разнообразие конструкций, которое исторически сформировалось в области перекрываемых пролетов, с теми совершенно незначительными историческими изменениями, которые произошли, например, в кирпичной кладке стен, в конструкциях столбов и колонн, чтобы принять высказанный тезис за истинный.

Можно, конечно, возразить, что сегодня, наряду с поисками все более совершенных конструктивных решений большепролетных покрытий, появилась и быстро разрабатывается проблема конструирования высотных зданий. Но эта все-таки проблема ближайшей истории. Ведь если не принимать во внимание отдельные высотные сооружения (египетские пирамиды, Колосс Родосский, средневековые храмы и соборы эпохи Возрождения), то массовое строительство высоких зданий началось лишь с середины XIX века, когда был изобретен лифт.

Необходимость изобретения новых конструкций пролетных сооружений диктуется прежде всего непропорциональным изменением массы и сечения пролетной конструкции. Так простое масштабное увеличение всех размеров пролетного сооружения вдвое вес его увеличивается в 8 раз, а площадь сечения только в 4 раза, что означает увеличение напряжений в два раза. Это правило, установленное еще Галилеем, известно как «закон двух третей».

Проблема перекрытия больших пролетов прежде всего волновала мостостроителей. Железными дорогами очень часто приходилось пересекать крупные реки. Большое количества устоев в русле реки в каменных многоарочных мостах значительно удорожает строительство. Возможности же увеличения пролета таких мостов были исчерпаны в арочном мосту в Преццо (72 м), построенном в XIV в. и в течение многих лет являвшихся недостижимым идеалом для строителей. Первый чугунный мост был построен через р. Северн в Англии в 1779 г. И хотя его пролет не превышал 30 м, он был, как впоследствии писал Томас Тредголд, «одним из самых дерзких примеров применения нового материала... в мостостроении»!. В 1796 г. в г. Сандерленд (Северная Англия) строится еще один чугунный мост уже пролетом 71 м, а в 1801 г. знаменитый мостостроитель Томас Телфорд представил проект чугунного моста единственным пролетом 183 м В дальнейшем мосты с пролетами 100 м и более стали довольно обычным явлением, а к концу XIX в. пролет моста через залив Форт в Шотландии составил уже 570 м. Сегодня известны мосты с пролетами 1200 м и более.

Примерно такова же ситуация и в покрытиях зданий: 44-метровый пролет римского Пантеона не протяжении семнадцати веков оставался максимальным. То есть каменный свод и купол в покрытиях зданий также полностью исчерпали свои возможности. Пришедшие на смену им металлические конструкции позволили достаточно свободно перекрывать большие пролеты. Показателен в этом отношении рост величины перекрываемого пролета главных зданий Всемирных выставок XIX в. В 1851 г. пролет полуциркульного металлического свода трансепта Хрустального дворца в Лондоне составил всего 22 м. В 1855 г. Дворец индустрии международной выставки в Париже имеет крупнейший для того времени пролет 48 м. Здесь впервые в конструкции свода были применены решетчатые балки. Вершиной роста пролета стала Галерея машин Парижской выставки 1889 г. Это сооружение представляло собой 20 арочных ферм пролетом 115 м, покрытых стеклянным ограждением.

Более скромны достижения в конструировании междуэтажных перекрытий больших пролетов. Самое большое, на что претендуют большие пролеты междуэтажных перекрытий - это 24-30 м. Сравнивая пролеты мостов, покрытий и междуэтажных перекрытий, сразу начинаешь осознавать относительность понятия «большой пролет»: если в мостах большие пролеты измеряются сотнями метров, в покрытиях зданий — десятками, то в междуэтажных перекрытиях - единицами.

Незначительная величина больших пролетов в междуэтажных перекрытиях связана с ограничениями, которые накладываются на строительную высоту несущих пролетных конструкций. Если в мостостроении эта высота практически ничем не ограничена, в покрытиях ограничена главным образом архитектурными соображениями, то в междуэтажных перекрытиях она ограничена высотой этажа. Если даже принять высоту несущей конструкции равной высоте этажа, уложив плитную часть на верхний и нижний пояса, то и в этом случае мы сможем получить относительно большой пролет только в одном направлении. Второе направление (шаг пролетных конструкций) -это направление плитной части. Плита же должна оставаться тонкой, а значит она не может быть большого пролета.

1 Коуэн Г. Дж. Мастера строительного искусства: История проектирования сооружений и среды обитания со времён Древнего Египта до XIX века / Пер. с англ. Д. Г Копелянского: Под ред. Л.Ш Кнлимника. - М.: Стройиздат, 1982 -240 с, ил.С.211.

Сегодня уже известны случаи применения большепролетных междуэтажных перекрытий, имеющих пролет до 24 м, но шаг при этом не превышает 9 м (чаще всего 6 м). В частности, большую работу в этом направлении проводит НИИЖБ им. А.А.Гвоздева (г. Москва), активно внедряя в российскую строительную практику предварительное напряжение монолитного железобетона в построечных условиях.

Ожидать прорыва в увеличении пролетов междуэтажных перекрытий в обоих направлениях следует очевидно на пути целесообразного применения пространственных конструкций. Сложность здесь состоит в том. что значительный опыт, накопленный в пространственном конструировании покрытий зданий не может быть напрямую использован при конструировании перекрытий. К уже отмеченному ограничению по строительной высоте добавляются ограничения по нагрузкам (в перекрытиях они значительно больше) и по прогибам конструкции (в междуэтажных перекрытиях они на порядок меньше, чем в покрытиях). На наш взгляд наиболее перспективным направлением является применение складчатых и сводчатых плит, как сборных, так и монолитных.

Билюшова Т.П., Зиновьев А В.

СПАЙДЕРНОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ

С конца XIX века стекло стало одним из самых выразительных средств архитектуры. Стекло повлияло на развитие новой эстетики архитектурного объекта, внешняя оболочка которого должна защищать человека от неблагоприятных факторов внешней среды и обеспечивать максимальную визуальную связь с ней.

Современное архитектурное стекло - уникальный строительный и отделочный материал, который при всей своей хрупкости прочен химически стоек, а главное дает огромное многообразие архитектурно-дизайнерских решений. Образы стеклянной архитектуры становятся очень выразительными, потому что членение переплетов, чередование стекла и непрозрачных материалов играют не меньшую роль, чем объемы и форма. Оригинальность и необычность стекла, светопрозрачность в сочетании с высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами привлекают архитекторов и дизайнеров во всем мире.

Современные методики проектирования зданий с большим количеством остекления учитываю климатические, конструктивные, технологические и психологические факторы. В арсенале архитектора имеется широкий ассортимент разнообразных по форме, цвету и физико-техническим свойствам светопрозрачных материалов позволяющих выполнять архитектурные решения более современными и интересными.

В настоящий период применяется стекло с покрытиями различного назначения: низкоэмиссионное, зеркальное, солнце отражающее, декоративное, самоочищяющееся, токопроводящее. Кроме этого существует термически и химически упрочненное, многослойное стекло: ударостойкое, пулестойкое, огнестойкое, взрывобезопасное, звукоизолирующее. Стеклопакеты содержат перечисленные виды стекла.

Эксперты классифицируют светопрозрачные конструкции следующим образом:

• остекление классического типа: стоечно-ригельный фасад (алюминиевые конструкции видны снаружи здания и считаются неотъемлемой частью его общего облика):

• структурное остекление (система крепежа скрыта, снаружи швов практически не видно);

• планарное (спайдерное) остекление (дает возможность прибрести полностью стеклянные стены здания при помощи оригинальной системы крепежа без применения алюминиевых профилей).

Технология планарного остекления была разработана относительно недавно и стала одной из самых современных и передовых технологий, неотделимых от архитектурного стиля HI-TECH.

В спайдерных конструкциях ничего не мешает свободному проникновению света извне. Между стеклянными секциями нет загораживающих свет элементов. Поэтому системы фасадов со спайдерным остеклением позволяют максимально использовать солнечную энергию для освещения и