Перспективные направленияразвития архитектуры оболочек

УДК 72.01 КОРОТИЧ А. В.

Перспективные направления развития архитектуры оболочек

В статье изложены актуальные аспекты формирования современных архитектурных оболочек, во многом определяющих сущность современного эксклюзивного зодчества, а также определены основные направления их развития. Перспективные направления развиваются автором путем экспериментально-поисковых работ по моделированию новых типов оболочек различных конструкций и архитектурных форм. Диапазон предложенных автором новых типов оболочек широк: от облицовочных панелей и зву-корассеивающих складок — до конструкций орбитальных космических куполов и большепролетных покрытий.

Ключевые слова: оболочка, символ, архитектурная форма, концепт, структура, композиция, эксклюзивная архитектура, жесткость, трансформация, пролет.

KOROTICHA. V.

PERSPECTIVE TRENDS OF THE DEVELOPMENT OF SHELL'S ARCHITECTURE

In article are considered some actual aspects of the development of modern architectural shells, which perform the great significance and exclusive image of modern architecture, and researched all main directions/trends of their development. Such perspective trends are developed by author's experimental/innovative works in sphere of shape-forming of new types of shells with different constructions and architectural forms. Sphere of effective application of different types of author's proposed shells is very large: from decorative panels and acoustic folded shells to constructions of orbital cosmic domes and large-span roofs.

Keywords: shell, symbol, architectural form, concept, structure, composition, exclusive architecture, rigidity, transformation, span.

Коротич Андрей Владимирович

доктор архитектуры, член-корреспондент РААСН, Заслуженный изобретатель РФ, зав. лабораторией УралНИИпроект РААСН

e-mail: avk57@uniip.ru

Перспективность и актуальность таких архитектурных объектов, как оболочки, в контексте развития мирового зодчества обусловлены чрезвычайно редким и ценным сочетанием объективных достоинств, которые им присущи:

♦ несомненные архитектурно-художественные качества (развитая конструктивная и декоративная пластика, выразительный силуэт, высокая информативность) и техническая эффективность (малая масса и материалоемкость при значительных пролетах, высокая несущая способность и жесткость при малой толщине);

♦ значительная скорость и технологичность возведения при высоком качестве монтажа;

♦ повышенные звукорассеивающие качества;

♦ способность к обратимой трансформации и максимально высокая степень пакетиру-емости.

Все это обусловливает постоянное появление новых ранее неизвестных направлений эффективного использования различных типов оболочек в архитектуре гражданских и промышленных зданий и сооружений.

1 Оболочки орбитальных жилых модульных комплексов в околоземном космосе

Сегодня эта, одна из наиболее социально и промышленно значимых, сфер использования оболочек имеет два четко выраженных направления.

Первое из них — формирование новых типов модульных блоков, обладающих высокой степенью пакетируемости в сложенном состоянии и высокой степенью компоновочной комбинаторности (способности образовывать многообразные по очертанию/ форме жилые комплексы при соединении множества типовых блоков в единую модульную пространственную структуру). Результирующая многоблочная составная структура должна иметь способность к дальнейшему пространственному развитию в различных направлениях (в случае возникновения такой необходимости) и обладать свойством плотнейшей пространственной компоновки составляющих объемных блоков-модулей. Автором впервые предложены изобретательские решения орбитальных модульных жилых комплексов, составленных из трансформируемых типовых многогранных блоков на основе усечен-

38

© Коротич А. В., 2015

АКАДЕМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК УРАЛНИИПРОЕКТ РААСН 1 | 2015

ного октаэдра, ромбокубооктаэдра и ромбоусеченного кубооктаэдра — данные базовые многогранники при их соответствующей конструктивно-геометрической разработке удовлетворяют всем вышеперечисленным условиям (авторские решения комплексов на их основе приведены в иллюстративной части).

Второе направление — создание новых решений трансформируемых шлюзов для выхода космонавтов на околоземную орбиту, а также перехода из одного жилого отсека в другой. Трансформируемые/ гибкие шлюзы предложены автором в виде трубчатых структур, составленных из соосных кольцевых складчатых антипризм, имеющих спиральный тип трансформации (закручивание с одновременным поступательным перемещением вдоль оси). В данном случае необходимо строгое соблюдение важнейшего технологического условия: процесс трансформации (развертывания или плотнейшей упаковки) трубчатой структуры должен осуществляться при постоянном размере ее многоугольного поперечного сечения. Экспериментально-поисковые исследования автора выявили строгую параметрическую зависимость принципиальной возможности обратимой трансформации результирующей трубчатой структуры от количества складчатых элементов, образующих кольцевые антипризмы, а также пропорционально-метрических характеристик составляющих треугольных панелей. Гибкие стыки, обеспечивающие обратимую трансформацию предложенных трубчатых оболочек, образуются прокле-иванием зазора-промежутка между контурными кромками соседних треугольных панелей двумя встречными слоями воздухонепроницаемого ленточного материала, обладающего высокой прочностью на разрыв.

2 Оболочки высотных зданий и сооружений

Сегодня очевидно, что эти конструкции должны будут сочетать массу функционально-эстетических достоинств: развитая конструктивная пластика оболочки одновременно обеспечивает пространственную жесткость, наилучшую аэродинамическую обтекаемость, минимальные теплопотери и эксплуатационные расходы, рациональное размещение энергоэффективных устройств — солнечных батарей и ветровых турбин, сбор дождевой воды с поверхности оболочки в противопожарные резервуары, архитектурно-

художественную выразительность, возможность быстрой трансформации фасадов с целью получения нового визуального образа, интерактивность / «интеллектуальность», изменяемую «световую архитектуру» фасадов и др. Только в случае совмещения всех этих свойств оболочка высотного здания сможет получить право на реальное воплощение.

Мы полагаем, что будет прогрессировать тенденция использования эффективных торсионных оболочек, в том числе с переменным шагом закручивания, а также с расширением либо сужением общей формы сооружения к его вершине либо основанию.

Автором разработаны новые типы эффективных оболочек высотных зданий — «мультипликативные слоистые системы», способные сочетать все вышеперечисленные композиционные качества и технические достоинства. Ряд вышеназванных систем, разработанных автором, показан в иллюстративной части работы.

3 Тонколистовые профилированные панели

Данные оболочечные системы особенно эффективны в качестве элементов солнечных батарей, систем «сэндвич», листовой металлочерепицы, съемной или стационарной листовой опалубки железобетонных конструкций сложной комбинированной формы, гофрированных стенок составных балок и арок таврового поперечного сечения.

Развивается актуальное направление использования тонколистовых гофрированных панелей — легкие сборные малогабаритные жилые дома и ангары для техники на основе предложенного автором особого узлового соединения гофрированных листов. Такие конструкции будут эффективными и востребованными при освоении новых месторождений газа, нефти и рудных ископаемых.

4 Складчатые оболочки больших и средних пролетов

Композиционные перспективы развития данных типов оболочек — в использовании различных по очертанию отсеков линейчатых поверхностей (коноида, цилиндроида, гиперболического параболоида, однополостного гиперболоида, геликоида, торса и др.) в качестве составных элементов покрытий зальных сооружений — спортивных и выставочных комплексов, цирков, торговых центров и рынков, аэропортов,

ангаров, оранжерей, концертных залов, аудиторий, складских сооружений, атомных станций.

5 Складчатые звукорассеиваю-щие оболочки в зальных общественных интерьерах

Данная сфера использования оболочек является сравнительно новой и абсолютно не изученной. Таким образом, для исследователей и изобретателей открыто огромное поле деятельности — выявление и анализ неизвестных на сегодняшний день особых акустических эффектов, а также новаторские поиски и эксперименты, сулящие гигантские практические перспективы.

В настоящее время имеется лишь один реальный прецедент практического использования складчатых крупноразмерных акустических оболочек в зальном интерьере: автором совместно с арх. А. А. Пташником осуществлен проект уникального звукорассеивающего потолка Камерного театра в Екатеринбурге (показан в иллюстративной части), содержащего трапециедальные складки метровой величины и способного рассеивать звуковые волны широкого диапазона частот.

Потолок выполнен из гипсово-локнистых листов KNAUF и содержит плоские элементы формы прямоугольника и параллелограмма, которые крепятся к сварному металлическому решетчатому каркасу, повторяющему форму трапециедаль-ных складок, на винтах. Для того, чтобы предотвратить появление акустического резонанса, было принято решение сделать потолок тяжелым (не менее 20 кг / кв. м) из двух слоев гипсоволокнистых листов. Более чем 15 лет эксплуатации потолка подтвердили правильность акустических расчетов и экспериментов на масштабных моделях: по отзывам артистов и специалистов, акустика зала является лучшей в Екатеринбурге и сравнима по качеству с акустикой лучших оперных залов Европы. Уникален и архитектурно-художественный облик потолка.

Предлагаемые к использованию складчатые оболочки способны образовывать широкий спектр конфигураций (плоскостные, конические, купольные, сводчатые, геликоидальные, гиперболические и др.) и приемлемы для моделирования как потолочных, так и настенных акустических облицовочных конструкций различной фактуры и формы. На сегодняшний день автором предложены и запатентованы новые решения звукорассе-

ивающих оболочек, позволяющих создавать переменный акустический режим помещения, а также направленные звуковые эффекты за счет использования особых механизмов многовариантной трансформации складок, а также за счет применения складчатых трансформируемых систем, состоящих из тонкостенных панелей формы гиперболического параболоида [1, 2].

6 Решетчатые оболочки с регулярной, фрактальной и складчатой структурой

Малые архитектурные формы. Данные системы приобрели большую популярность благодаря уникальным проектам и постройкам С. Калатравы, выполненным знаменитым испанским конструктором и зодчим в 1990-е гг. Сегодня композиционные перспективы развития оболочек данного типа заключаются в разработке линейчатых структур

Иллюстрации 1-5.

Новые перспективные типы многогранных, складчатых и решетчатых оболочек с регулярной и фрактальной структурой в архитектуре и дизайне орбитальных жилых комплексов, высотных зданий, малых форм, а также акустических интерьеров и элементов общественных зданий и сооружений.

Авторы: Коротич А. В., при участии Коротича М. А. и Коротича И. А.

Права авторов защищены.

40

АКАДЕМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК УРАЛНИИПРОЕКТ РААСН 1 | 2015

с криволинейными контурными кромками, имеющих динамичный силуэт; при этом линейчатые образующие формируют выразительные веерообразные рисунки внутри контурных кромок (авторские разработки в иллюстративной части). Функциональное назначение решетчатых легких конструкций — структурные зонтичные навесы над перронами авто- и железнодорожных вокзалов и аэропортов, солнцезащитные навесы, входные группы, малые архитектурные формы — скульптуры, фонтаны, фирменные знаки, а также решетчатые структуры подвесных потолков, крытые переходы и галереи.

Новая промышленно значимая сфера использования решетчатых оболочек — трансформируемые конструкции космических радиотелескопов, которые выводятся на орбиту в виде плотного пакета и раскрываются в космосе пружинным механизмом, образуя форму параболической антенны.

Заключение

В настоящее время университеты, научно-исследовательские, проектные и производственные фирмы в России и за рубежом ведут целенаправленный поиск эффективных новых типов оболочек, отрабатывают технологии их получения из различных материалов. Проводятся международные симпозиумы International Association of Space Systems (IASS) и Council of Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH), посвященные проблемам формообразования и расчета тонкостенных пространственных покрытий, где намечаются перспективные пути их совершенствования и эффективного использования для различных типов зданий и сооружений.

Необходимо отметить чрезвычайно важный фактор быстрого развития отрасли архитектурно-строительных оболочек: постоянно расширяется спектр новых ранее неизвестных направлений эффективного использования различных типов легких конструкций, например, в пока еще непривычной для широкого круга профессионалов стратегической сфере освоения околоземного космоса.

В постоянном высококонкурентном межгосударственном соперничестве вывода жилых структур в открытый космос, освоения подземных пространств и подводных шельфо-вых зон, создания поселений и промышленных предприятий в экстремальных условиях чрезвычайно

низких или очень высоких температур, активной сейсмики и ураганных ветров новые эффективные типы архитектурно-строительных оболочек по праву занимают лидирующие позиции. Эти позиции крепнут год от года, подчеркивая соответствующий уровень держав в престижном мировом рейтинге выдающихся промышленно-техноло-гических достижений. Здесь пальма первенства уже давно принадлежит тем государствам, где актуальность развития оболочек всех направлений (архитектурно-строительная индустрия, космонавтика, авиационная и судостроительная промышленность, машиностроение, медицина, оболочковые нанотехнологии и др.) является бесспорной и не нуждается в каких-либо обоснованиях.

Список использованной литературы

1 Патент 83263 (РФ). Экран звуко-рассеивающий / Коротич А. В. — Опубл. 27.05.09; Бюл. № 15; МКИ Е04В 1/ 82; Е04С 2 / 24.

2 Патент 84415 (РФ). Экран складчатый звукорассеивающий / Коротич А. В. — Опубл.10.07.09; Бюл. № 19; МКИ Е04В 1 / 82; Е04С 2 / 24.