Многогранные и решетчатые оболочки в архитектуре и дизайне (часть 2)

УДК 72.01 КОРОТИЧ А. В.

Многогранные и решетчатые оболочки

в архитектуре и дизайне

В статье изложены актуальные аспекты пластической организации форм современных оболочек в архитектуре и дизайне, определены основные проблемы и перспективные направления их развития. Показаны новые типы оболочек, созданные автором в классах многогранных, решетчатых и складчатых систем, трансформируемых из плоскости, а также способы их эффективной технологической трансформации. Определены их композиционные перспективы в различных сферах архитектуры и дизайна.

Ключевые слова: оболочка, фрактальная структура, многогранник, решетчатая структура, малая архитектурная форма, модуль, композиция, пластика.

KOROTICHA. V.

POLYHEDRAL AND LATTICE SHELLS IN ARCHITECTURE AND DESIGN

In article are considered some actual aspects of plastic organization of forms of modern shells in architecture and design; showed the main problems and perspective directions/trends of their development. Showed some new types of shells, created by author in classes of polyhedral, lattice and folded systems, transformed from plane development; also showed some methods of their effective technological transformation. Showed their compositional perspectives in different spheres of architecture and design.

Keywords: shell, fractal structure, polyhedron, lattice structure, small architectural form, module, composition, plastics.

Коротич Андрей Владимирович

доктор архитектуры, член-корреспондент РААСН, Заслуженный изобретатель РФ, зав. лабораторией Филиала ФГБУ «ЦНИИП Минстроя России» УралНИИпроект

e-mail: avk57@uniip.ru

Цель второй части статьи — изучение вопросов комбинаторного формообразования и технологически обратимой трансформации многогранных мульти-ячеистых систем, решетчатых оболочек, а также складок, формируемых из плоских разверток.

Решетчатые и складчатые элементы оболочек высотных зданий. Под данными элементами подразумеваются отнюдь не только структурно-стержневые и ребристые несущие, стабилизирующие, солнцезащитные и декоративные решетки внешней оболочки здания, как это обычно принято представлять. Решетчатые фрагменты внешней оболочки «высоток» могут формироваться также и путем сквозного вырезания/отсечения участков наружного слоя основных объемов. При этом рисунок полученных решеток определяет фасадную пластику и, соответственно, визуальный образ всего сооружения, и может выполняться самым различным, например, состоящим из ромбических, параллелограмматических и трапециедальных ячеек, зигзагообразных элементов и др. (Иллюстрации 1.3-1.6). Следует отметить, что рисунок решетки должен быть регулярным и симметричным относительно центральной оси здания. Иррегулярность наружных решетчатых элементов здания привносит дисгармонию в общую композицию вертикального объема «высотки».

Решетки внешних оболочек зданий могут также иметь сотовую структуру из шестиугольных ячеек, очерченных металлическими складчатыми панелями (Иллюстрация 4.1); при этом

рисунок сотовой структуры оболочки определяет динамичный и выразительный двухсторонний ступенчатый силуэт основного объема здания и соответствующее очертание угловой входной группы.

Зонтичные консольные террасы с веерным расположением криволинейных силовых опорных ребер, расположенные ярусами друг над другом и примыкающие к углу здания (Иллюстрация 1.2), придают его объему необычный, уникальный архитектурно-художественный облик, вдобавок могут служить эффективными зонами безопасности при стихийных бедствиях (например, площадками эвакуации при пожаре) либо зонами отдыха (парки, кафе, обзорно-смотровые площадки и др.).

Продольные складки внешней оболочки высотных зданий особенно выразительны при общей закрученной/торсионной форме основного объема — они придают особую пластичность спиралевидной форме здания и служат основным композиционным акцентом фасадов (Иллюстрации 1.1, 2.1); при этом величина/масштаб складок спиральной оболочки является в каждом конкретном случае важнейшей интегральной эстетической характеристикой визуального облика высотного объекта в целом.

Складчатые структуры, трансформируемые из плоскости. Они формируются путем складчатого преобразования плоских исходных разверток, имеющих регулярную предварительно заданную систему линий сгиба. В качестве основы построения плоских разверток служат

элементарные плоские разбиения — сети Шубникова — Ла-веса [1] — и более сложные плоские разбивки, в том числе имеющие радиальное очертание [2]. Полученные автором складчатые структуры (Иллюстрации 2.2, 2.3, 3.4) могут быть эффективными в качестве декоративно-отделочных панелей, элементов гелиосистем, звукорассеивающих складчатых потолков, сводчатых и куполообразных покрытий различного очертания, малых архитектурных форм.

Многогранные мультиячеистые структуры. Данные оболочки формируются путем состыковки однотипных объемных многогранных модулей друг с другом по целым граням. В качестве базовых модулей могут быть применены такие многогранники, как ромбокубооктаэдр и ромбо-усеченный кубооктаэдр [3]. Мультиячеистые структуры, образованные на их основе, могут эффективно использоваться в качестве орбитальных космических систем жилого и промышленного назначения (Иллюстрация 2.2), фасадных оболочек эксклюзивных высотных зданий (Иллюстрация 2.3).

Трансформируемые трубчатые структуры. Проблема трансформации замкнутых трубчатых систем из складчатых элементов заключается в том, что трубчатые объемы при их складывании/развертывании вдоль оси существенно изменяют свой диаметр, что приводит к разрыву гибких связей между элементами, их деформации и последующему разрушению конструкции в целом. Известные системы в виде труб из кольцевых конических складок позволяют осуществлять продольную обратимую трансформацию объема за счет упругой деформации складок, однако степень их пакетируемости (отношение длины развернутого сооружения к толщине сложенного пакета) является невысокой. При этом весьма проблематичной выглядит возможность их многократной обратимой трансформации, что является существенным функционально-эксплуатационным недостатком.

Экспериментальные исследования автора позволили создать трубчатую складчатую оболочку, допускающую возможность многократной обратимой трансформации, не изменяющую диаметр в процессе трансформации и имеющую максимальную степень пакетируемости. Такая оболочка состоит из расположенных наискось треугольных складок, образующих кольцевые пояса, и способна трансформироваться путем встречного вращения оснований и перемещения их вдоль оси с последующим развертыванием/складыванием (стадии трансформации трубчатой оболочки из плотного пакета показаны на Иллюстрациях 4.2, а—4.2, в). При этом отдельные кольцевые пояса оболочки способны к автономной произвольной трансформации (Иллюстрация 4.2, г). Полученная трубчатая оболочка эффективна при использовании ее в качестве гибких соединительных космических шлюзов и укрытий вертикальных буровых установок.

Трансформируемые многогранные модули. Вопросы трансформации замкнутых многогранных оболочек до настоящего времени в научно-технической литературе абсолютно не освещались и практически не решались вследствие их исключительной сложности. Полное отсутствие каких-либо известных автору исследований данной проблемы послужило предпосылкой проведения соответствующих экспериментальных работ и получения первого функционально эффективного технического решения.

Автором разработан способ трансформации многогранной оболочки усеченного октаэдра из плотно сложенной минимальной по габаритам упаковки в объемную форму (Иллюстрация 4.3); при этом данный способ допускает возможность обратимой трансформации (обратной последовательности действий, т. е. демонтажа объемных конструкций с их последующим плотным пакетировани-

ем). Форма усеченного октаэдра характерна и удобна тем, что при стыковке друг с другом по целым граням в мульти-ячеистую объемную структуру множество данных многогранников способно заполнять пространство без промежутков; при этом многогранник по очертанию аппроксимирует сферическую оболочку.

Начальная стадия развертывания многогранной оболочки усеченного октаэдра из плотной упаковки (восемь уложенных друг на друга одинаковых правильных шестиугольников, соединенных гибкими связями по некоторым целым сторонам — Иллюстрация 4.3, а) заключается в раскрытии исходного шестиугольного восьмислойного пакета на две зеркально симметричные половины (два шестиугольных четырехслойных блока, соединенных двумя гибкими связями) и дальнейшем отгибе краевых пар шестиугольных панелей с превращением пакета в двухслойную плоскую развертку, каждый слой которой включает по две пары гибко соединенных шестиугольных панелей, расположенные зеркально симметрично под углом друг к другу (Иллюстрации 4.3, б—4.3, г). Далее два слоя плоской развертки отводят друг от друга, придавая ей объемную форму (Иллюстрация 4.3, д); при этом соответствующие свободные кромки краевых пар шестиугольников сближают до их полной стыковки и соединения (Иллюстрации 4.3, е— 4.3, и). В результате этих действий образуется оболочка усеченного октаэдра, состоящая из восьми шестиугольных панелей, между которыми расположены шесть квадратных сквозных проемов (Иллюстрация 4.3, к).

Полученная многогранная оболочка может соединяться с аналогичными многогранниками по свободным контурным кромкам квадратных сквозных проемов с образованием результирующих мультиячеистых составных структур произвольной конфигурации, имеющих цельную замкнутую поверхность (например, объемная форма на Иллюстрации 3.1); при этом квадратные сквозные проемы внешней оболочки закрываются панелями соответствующей формы и размеров.

Предложенный способ позволяет трансформировать и полностью замкнутую оболочку усеченного октаэдра; при этом в развертку поверхности многогранника включаются шесть квадратных панелей, соединенных гибкими связями с соответствующими шестиугольными панелями (в исходном положении плотной упаковки квадраты уложены между соответствующими шестиугольниками).

Заключение

В статье изложены актуальные направления формообразования эффективных многогранных и решетчатых оболочек, способных эффективно использоваться в архитектуре и дизайне самых разнообразных объектов. Созданные автором оболочки, а также разработанные способы их получения являются наглядными примерами практической реализации изложенных ранее теоретических положений и во многом определяют перспективные пути развития данной важнейшей научно-экспериментальной отрасли в целом. «Формообразование» как фундаментальное научно-творческое направление выходит на качественно новый уровень.

Список использованной литературы

1 Узоры симметрии : пер. с англ. / под ред. М. Сенешаль

и Дж. Флека. М. : Мир, 1980. 269 с., ил.

2 Шубников А. В., Копцик В. А. Симметрия в науке

и искусстве. М. : Наука, 1972. 339 с., ил.

3 Веннинджер М. Модели многогранников/пер. с англ.

В. В. Фирсова : под ред. И. М. Яглома. М. : Мир, 1974.

236 с., ил.

Иллюстрация 1. Перспективные типы торсионных и решетчатых оболочек с регулярной структурой в архитектуре и дизайне высотных зданий и сооружений. Авторы: Коротич А. В., при участии Коро-тича И. А. Права авторов защищены.

Иллюстрация 3. Перспективные типы многогранных, складчатых и решетчатых оболочек с регулярной структурой в архитектуре и дизайне зданий (как элементы их фасадов и интерьеров). Авторы: Коро-тич А. В., при участии Коротича И. А. Права авторов защищены.

Иллюстрация 4. Перспективный тип решетчатой оболочки с регулярной сотовой структурой в архитектуре и дизайне зданий (1), а также способы трансформации (развертывания/свертывания) трубчатой структуры со спиральной ориентацией складок (2) и оболочки усеченного октаэдра (3) из минимальных по габаритам плотнейших упаковок. Авторы: Коротич А. В., при участии Коротича И.А. Права авторов защищены.