КОММУНАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«КОСТАНАЙСКИЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»
УПРАВЛЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АКИМАТА КОСТАНАЙСКОЙ ОБЛАСТИ
ТЕМА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ
«СЕТЧАТЫЕ ОБОЛОЧКИ В АРХИТЕКТУРЕ»
ФИО студента:
Специальность «Архитектура», группа 315 Арх-3
Научный руководитель: ,
преподаватель специальных дисциплин
Костанай, 2018
Содержание.
Введение……………………………………………………………………....….3
Глава 1. Что известно о сетчатых оболочках
Историческая справка………………………………………...……………....5 Современное состояние исследуемой темы………………………………....6 Разновидности сетчатых оболочек…………………………………………..8Глава 2. Проектирование здания на основе сетчатой оболочки
2.1. Компьютерные программы………………………………………………….9
2.2 Работа по созданию проекта………………………………………………...9
2.3 Конструктивные характеристики жилого проектируемого дома……….. 10
2.4 Изготовление макета одного из разновидностей каркаса сетчатой оболочки………………………………………………………………………….10
2.5 Социологическое исследование…………………………………………..10
Заключение……………………………………………………………………..12
Список используемой литературы……………………………………………..13
Приложение ……………………………………………………………………..14
Введение
В современной зарубежной архитектуре последних десятилетий обилие нестандартных конструктивных решений стало очевидным компонентом успеха. Многие известные архитекторы в своих работах используют конструкции с криволинейными очертаниями, используя при этом покрытия на основе сетчатых оболочек. Здания на основе сетчатых оболочек или с частичным их применением значительно украшают города и разнообразят их рутинную архитектуру.
Сетчатая оболочка — несущая строительная конструкция, получившая широкое распространение в прогрессивной архитектуре XXI века. Используются сетчатые перекрытия-оболочки, башни-оболочки и сложные сетчатые аморфные конструкции. Несущие сетчатые оболочки выполняются из металлов, композиционных материалов и древесины. До середины XX века несущие сетчатые оболочки использовались редко ввиду сложности расчёта, повышенных требований к качеству материалов и соблюдению технологий монтажа.
Самонесущая сетчатая оболочка (ССО) – вид покрытия, образованного при помощи каркаса из однотипных конструктивных элементов, который не нуждается в дополнительных подпорных конструкциях: колоннах, стенах, ригелях или перекрытиях.
Актуальность выбранной темы исследований.
Самонесущая сетчатая оболочка обладает повышенной несущей способностью в сравнении с другими типами конструкций, принадлежащими к стоечно-балочной системе.
Требуется меньше усилий и времени на момент сборки каркаса оболочки, в виду однородности производимых во время монтажа работ, по сравнению другими конструкциями, такими как: блоки, панели, монолитные конструкции.
Для сборки конструкции требуется минимум специальной техники или она не требуется вовсе, в зависимости от масштабов строительства.
Сетчатые оболочки - здания свободной формы с большими пролетами. Их органичная форма и безколонное пространство обеспечивают неограниченную свободу для творчества архитекторов и инженеров-строителей. Эти инновационные пространственно стержневые конструкция черпают свои силы в двойном искривлении их общей формы.
Сетчатая оболочка может, как видно ниже на рисунке, принимать различные формы в каждом из двух взаимно перпендикулярных направлений (рис.1).
Рис.1
Искусное использование геометрии позволяет легким сетчатым оболочкам охватывать обширные пространства. Сетчатые оболочки также известны, как: купола свободной формы, купола свободного стиля, пространственные решетки или сетчатые купола.
Цель работы: Ознакомиться с применением сетчатых оболочек в архитектуре
Для проверки выдвинутой гипотезы необходимо было решить следующие задачи:
- Познакомиться с различными видами сетчатых оболочек
-Проанализировать ряд шедевров архитектуры на предмет использования в них сетчатых оболочек, в т. ч. по нашей стране
- Выяснить, что знают студенты нашего колледжа о сетчатых оболочках и их применении
- Применить знания о сетчатых оболочках на практике: разработать проект жилого дома
Гипотеза: Сетчатые оболочки возможно использовать в архитектуре и строительстве жилья.
Предмет исследования: Архитектурные конструкции
Объект исследования: Сетчатые самонесущие оболочки
Методы решения поставленной задачи:
- изучение литературы и интернет-сайтов по теме
- проведение социологического опроса (анкетирование)
- репродуктивный метод
Практическая значимость
- Мое исследование позволило мне расширить знания по теории и практическом применении сетчатых оболочек и применить их при проектировании индивидуального жилого дома Данная работа поможет студентам изменить свое мнение к нестандартной архитектуре и создавать необычные творения на основе сетчатых оболочек, которые украсят улицы наших городов, сел.
Глава 1. Что известно о сетчатых оболочках
1.1 Историческая справка
У сетчатых оболочек интересная история. Имя первого изобретателя, начавшего использовать принцип самонесущей конструкции, не требующей дополнительных опор, для устойчивости, до нас не дошло. Однако, её исследовали, еще в Европе эпохи ренессанса, поскольку один из рисунков Леонардо да Винчи передает нам образец купола, который построен по способу ресипрокации или самооперания элементов конструкции друг на друга. Также этот принцип работает и в конструкции его моста, моста Леонардо да Винчи. К сожалению широкого распространения данный способ строительства не получил, очевидно ввиду некоторой сложности расчета конструкции. Ведь одно дело - нарисовать на бумаге, и совсем другое - соорудить подобное изделие.
Человеком, который вывел эту технологию на совершенно новый уровень, стал Владимир Григорьевич Шухов. Инженер, при жизни названный гением, совершивший переворот в нескольких сферах индустрии. Его творения в отрасли архитектуры известны многим: шуховоские башни, светопрозрачные покрытия памятников архитектуры, таких как: ГУМ (Фирсановский пассаж) или Пушкинский музей, а также шуховская ротонда, на всероссийской выставке 1896 года.
Одной из следующих значимых фигур для развития данного типа конструкций был немецкий инженер, спроектировавший купол планетария в Йене, по имени Вальтер Бауэрсфельд. Купол его конструкции можно назвать по праву передовым инженерным сооружением того времени, но в связи с множественными факторами разработка не получила широкого распространения будучи построенной аж в 1919 году. Планетарий существует и работает по сей день, являясь достопримечательностью Йены.
Следующей вехой в развитии самонесущих сетчатых оболочек было открытие Ричарда Бакминстера Фуллера, американского математика по образованию, инженера, конструктора, архитектора и дизайнера по призванию. Открытие его состоялось в 30-е годы ХХ века и основывалось на развитии геометрии платоновых тел. При помощи своих расчетов он добился того, что сумел получить геодезическую сетку шара, на основе икосаэдра.
Множество зданий и сооружений, на основе этого вида оболочек, сейчас разбросаны по всей нашей планете, начиная от Антарктиды в точке нулевых координат (Арктическая станция Амундсен Скотт); заканчивая Гринландской подвижной станцией исследователей ледового шельфа. Благодаря невообразимой прочности конструкции эти купола используются в самых тяжелых условиях окружающей среды, с достоинством перенося любые ветровые, снеговые, сейсмические нагрузки.
Его учениками и последователями по всему миру до сих пор создаются новые, экспериментальные и рабочие прототипы оболочек. За всю свою долгую жизнь Бакки, как он просил к себе обращаться, невероятно облегчил жизнь многим исследователям его трудов, оставив после себя обширную библиографию и подробнейшие дневники своей жизни. Все они хранятся в архивах Университета Бакминстера Фуллера в США. Сегодня этот многоаспектный опыт, на мой взгляд, недооценен и его должно востребовать. Из всех книг Бакки на русский язык переведены лишь несколько (не говоря уже о переводе на казахский), и я ставлю перед собой задачу популяризации и исследования его трудов и исправления данной ситуации.
1.2 Современное состояние исследуемой темы
Данное исследование позволит открыть новые горизонты развития и распространения практического использования сетчатых самонесущих оболочек в архитектуре и промышленности, что возможно повлечет за собой серьезный и уверенный шаг в сторону 4-й промышленной революции, объявленной приоритетом развития нашей страны в послании президента от 01.01.01 года.
Сегодня самонесущие сетчатые оболочки используются в большей или меньшей степени во всех развитых странах мира. На их основе даже предполагается проектировать космические базы на других планетах. Они используются как в малой архитектурной форме, так и в масштабных и даже титанических проектах, подобным проекту «Эдем» в Англии. Индия, Китай, некоторые республики Африки и Южной Америки адаптируют на своих просторах эту технологию и успешно применяют для создания временных и постоянных сооружений.
Наша страна не отстает в этом отношении, и многие постройки Нормана Фостера основаны как раз таки на сетчатых самонесущих оболочках и прекрасно дают понять, что промышленность и вместе с тем все отрасли экономики будущего должны следовать единому принципу: затрачивая минимум ресурсов получать максимум полезного результата. Сам же Норман Фостер считает себя учеником Бакминстера Фуллера.
С гордостью можно сказать об архитектурном символе Выставки Астана ЭКСПО-2017, центральном элементе Выставочного комплекса - «Нұр Әлем». Это самое большое сферическое здание в мире диаметром 80 метров, высотой 100 метров, спроектированное архитекторами Смитом и Джиллом. Национальный павильон Казахстана - стеклянная сфера, размещенная на вершине волнообразного глянцевого подиума. Одно полушарие здания полностью прозрачно, а другое - полупрозрачное. Внутри расположены многоярусные террасы, ведущие к застекленному фасаду, который открывает вид на павильоны и окрестности для посетителей «Нұр Әлем» (рис.2).
Рис.2
Одной из важных задач нынешнего и следующего поколения научного состава, задействованного в отрасли проектирования и решения конструкторских задач, является освоение мирового опыта и технологий, позволяющих добиться универсальности и простоты воспроизведения в самых разных сферах деятельности от детских игрушек, до тяжелой промышленности. Именно такой технологией является самонесущая сетчатая оболочка.
1.3 Разновидности сетчатых оболочек
Существует буквально бесконечное количество возможных дизайнов сетчатых оболочек. Самым распространенным являются использование вариаций прямоугольника, но использование форм звезды, треугольных, овальных, а также практически любых других форм также возможно. Меридиан может быть параболической, эллиптической, круглой или любой другой гладкой кривой. Точка изгиба может быть разнообразной, как в дизайне, так и в высоте. Такая конструкционная свобода предусматривает эффективное использование земли, а также красивое внутреннее пространство.
В проектирование сетчатых оболочек существует один простой алгоритм планирования формы. Для этого требуется только четыре параметра:
- Граница купола; Высота вершины; Один меридиан; Угол в проекте, касательно, которого берется выбранный меридиан.
Несущие сетчатые оболочки выполняются из металлов, композиционных материалов и древесины.
Вот, например, ниже на рисунке можно увидеть, что представляют собой схемы пространственных деревянных конструкций в покрытиях (рис.3).
Рис 3.
а — сферический купол-оболочка;
б — сомкнутый свод-оболочка квадратный в плане;
в — сомкнутый свод-оболочка многоугольный в плане;
г — кружально-сетчатый цилиндрический свод;
д — кружально-сетчатый сферический купол;
е — кружально-сетчатый сомкнутый свод многоугольный в плане;
ж — кружально-сетчатый сомкнутый свод квадратный в плане;
з — тонкостенный крестовый свод;
и — кружально-сетчатый крестовый свод.
Глава 2 Проектирование сетчатой оболочки
1.2 Компьютерные программы для проектирования
Изучив подробно эту тему, я пробую себя в данном направлении: один из первых моих проектов «Индивидуальный жилой дом для города Костанай», выполненный в ряде программ, таких как Archicad, SkethUp, LayOut, Adobe Acrobat Pro. Ниже первоначальный эскиз экстерьера (рис.4)
Рис. 4
2.2 Работа по созданию проекта здания
Проектирование жилого здания на основе сетчатой конструкции оказалась не простой, но очень интересной и захватывающей. Предварительно, начиная с апреля 2017 года, я старательно искал материалы, мастеров и компании, которые занимаются подобного рода строительством. Общался с людьми в деле и действующими специалистами, один из которых дал согласие на мое приемничество. В течении весны и лета я активно осваивал опыт работы с данным типом конструкций, не только моего учителя, но и иностранных коллег по всему земному шару. Большая часть из них проживает в США и Южной Америке, чуть меньше их в России, Китае, Индии и странах ЕС.
Благодаря корпоративным форумам и публиччным обсуждениям, а так же обилию видеороликов в интернете можно получить огромный объем ценной и практически полезной информации. Сейчас у меня собран обширный архив, в котором представлены более сотни разновидностей куполов из всех точек света. Составлена карта GoogleMap, где отмечены все найденные мной экземпляры куполов на основе сетчатых оболочек. Для меня привлекателен в качестве объекта исследования именно купол, однако разновидности криволинейных покрытий используемых в архитектурном наукоемком и технологически более продвинутом стиле параметризм привлекают меня не менее того.
Постепенно, разобравшись во всех нюансах, я начал самостоятельный путь в качестве проектировщика данных конструкци. Решение инженерных задач и рассчеты материальных составляющих проекта заняли у меня много времени, из-за чего частично я выпал из процесса обучения внутри колледжа. Но выбирая этот путь я осознавал, что не многие захотят понять суть моей работы и хотябы предположить что стоит за этим проектом.
Представляю часть своей работы: фасад, изображение в перспективе, планы 1,2 этажей (приложение 1).
2.3 Конструктивные характеристики жилого проектируемого дома
В основе архитектурного решения лежит конструктивная схема геодезического купола. Здание решено в едином объеме и представляет собой 1/2 сферы с выступающим объёмом коробки рекуператора, в виде башенки венчающей купол. Вход в здание оборудован крыльцом, имеет прихожую, являющуюся шлюзом пространства дома с наружной средой. Просторный коридор, не разграниченый перегородкой с гостинной имеет выходы на кухню, в гостевую, в кабинет, в санитарный узел и на второй этаж. Из кабинета осуществляется доступ в котельную, для регулировки инжинерных систем дома. Второй этаж освещается вторым светом, имеет антресольную площадку, служащую для размещения гостей и отдыха. Он разделен на три помещения, два из которых спальные комнаты и третье санитарный узел. Вот подробные характеристики:
Фундамент - деревянный столбчатый.
Наружные - стены каркасные, толщиной 160 мм.
Внутренние стены - каркасные, толщиной 150 мм.
Окна - ПВХ с двухкамерным стеклопакетом.
Двери межкомнатные - деревянные, одностворчатые.
Дверь входная - металлическая, одностворчатая.
Перекрытие - деревянное, составной брус сечением 50Х150, 50х200.
Кровля - гибкая битумная черепица.
Водосток - естественный по уклону кровли.
Утепление – напыляемый ППУ (пено/поли/уритан)
2.5 Изготовление макета одного из разновидностей каркаса сетчатой оболочки
Рассмотрев и изучив множество фото, рисунков, иллюстраций, чертежей с изображением планов, разрезов, я изготовил макет сетчатой самонесущей оболочки – геодезического купола, используя в качестве материалов бамбуковые шпажки, нить и пластиковые трубки (приложение 3).
2.4 Социологическое исследование
Мною была составлена простая анкета из трех вопросов, которую заполнили студенты моего курса, которые, так же как и я, в этом году закончили изучение предмета «Архитектурные конструкции», «Историю архитектуры» и приступили к архитектурному проектированию, а так же знакомые и студенты второго курса, всего 40 человек. Все данные я свел в таблицу и вывел на гистограмму.
Вопросы анкеты:
Слышал ли ты когда-нибудь о сетчатых оболочках Знаешь ли ты какие-либо сооружения на основе сетчатой оболочкивозможно ли применение данной конструкции в жилье
Возможно ли применение данной конструкции в жилье
да | нет | сомневаюсь | |
1 | 22 | 8 | 10 |
2 | 20 | 19 | 1 |
3 | 15 | 15 | 10 |
Отсюда видно:
- о сетчатых оболочках знают (интересует данная тема) всего 55% респондентов;
- знают сооружения на основе сетчатых оболочек – 50% (т. е. почти все, кто знаком с этой конструкцией);
- с тем, что применение этой конструкции возможно в архитектуре и строительстве жилья согласны всего 37,5%
Вывод: респонденты знают о применении недостаточно полную информацию или просто не заинтересованы в ней, хотя эти знания необходимы, чтобы быть в курсе инноваций в архитектуре, которые разнообразят ее и придают неповторимый облик городам.
Заключение
Изучив большой материал, я убедился, что в строительной практике железобетонные несущие оболочки постепенно вытесняются сетчатыми оболочками, узнал, что полный цикл изготовления сетчатых оболочек сосредоточен на производстве и при необходимости включает в себя контрольную сборку; транспортировка готовых изделий до объекта строительства осуществляется в разобранном и компактно сложенном виде. На стройплощадке элементы без специальных инструментов быстро монтируются в сетчатые блоки (секции) снаружи или внутри зданий.
Уникальные сетчатые оболочки способны быстро и экономно облагородить фасады высотных зданий, стадионов, музеев, отелей, аэропортов и автомобильных парковок и, конечно, жилых комплексов и отдельных жилых домов.
Выполнив данную работу, я познакомился с различными видами сетчатых оболочек, проанализировал ряд шедевров архитектуры на предмет использования в них сетчатых оболочек, в т. ч. по Республике Казахстан, выполнил проект жилого дома со всеми необходимыми расчетами, вплоть до конструктивных узлов. выяснил, что в моем окружении мало кто интересуется этой темой и верит в нее.
А также выполнив эту работу, доказал, что сетчатые оболочки, невзирая на необычность, имеют ряд преимуществ, в сравнении с традиционными конструкциями и за ними будущее в архитектуре.
Поэтому было бы неплохо, если бы предмет «История архитектуры» содержал раздел об авторах-архитекторах (их сооружениях), известных своим отношением к сетчатым оболочкам, а предмет «Архитектурные конструкции» содержал подробные сведения о конструктивных особенностях оболочек.
Вся проведенная работа пригодится мне в профессиональном росте, формировании себя как высококвалифицированного специалиста, надеюсь, позволит заинтересовать данной темой моих сокурсников – будущих архитекторов.
Список используемой литературы
1. Сайт . Архитекторы мира представили свои работы на ЭКСПО-2017. Ардак Джанузакова
2. Сетчатые оболочки - здания свободной формы с большими пролетами
3. Garden Web. ru Пространственные конструкции
Приложение 1
Приложение 2
Анкета
да | нет | сомневаюсь |
| слышал ли ты когда-нибудь о сетчатых оболочках | ||
| знаешь ли ты какие-либо сооружения на основе сетчатой оболочки | ||
| возможно ли применение данной конструкции в жилье |
Приложение 3.
Модель сетчатой оболочки
