Пространственные конструкции из жёстких материалов

Перекрестные по форме покрытия

Жесткие материалы, такие как металл и бетон позволяют создавать прочные и надежные конструкции.

Одной из интересных форм пространственных конструкций являются перекрестные покрытия, которые выполняются в виде системы из балок, ферм, имеющих параллельные пояса и перекрещивающиеся в двух (редко в трех) направлениях. Такая система по характеру работы будет близка к сплошной плите. Материалом для перекрестных покрытий служат дерево, металл, железобетон.

По характеру работы и конструкции выделяют два типа перекрестных покрытий:

• перекрестно-ребристые покрытия, которые могут быть выполнены и в железобетоне, и в дереве, и в металле. Железобетонные перекрестно-ребристые покрытия могут представлять собой тонкостенные коробки со швами, в которые уложена арматура, их пролет достигает тридцати шести метров. Нижняя часть может остаться открытой или закрываться конструкцией подвесного потолка. Перекрестно- ребристые покрытия из дерева имеют размер двадцать четыре на двадцать четыре метра и собираются из фанеры и клея;
• перекрестно-стержневые системы состоят из линейных несущих конструкций, которые пересекаются под прямым углом или под углом в 60 градусов. Соответственно ортогональной системой мы назовем ту, в которой сохраняется прямой угол, треугольной ту, что имеет треугольную сетку и диагональной ту, где квадратная сетка расположена под углом 45 градусов. Перекрестно-стержневые системы могут перекрыть пролеты до 200 метров, они могу опираться как на сплошной контур стены, так и точечно на колонны. Основным их преимуществом является унификация применяемых типоразмеров. Сетка состоит из одинаковых по размеру стрежней, которые выпускаются поточно. Укрупнительная сборка производится на площадке перед монтажом.

Рисунок 1. Пример узла соединения элементов пространственной конструкции из металла. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Криволинейные по форме пространственные системы

Современная параметрическая архитектура тяготеет к криволинейным формам, которые на первый взгляд могут показаться простыми, но с точки зрения их расчетов и производства они намного сложнее любых других. Одной из самых распространенных пространственных систем является свод, который используется в сооружениях уже тысячи лет, рассмотрим виды сводов:

• цилиндрический свод имеет кривизну в одном направлении, он похож на арку, но отличается тем, что является пространственной, а не плоскостной конструкцией. Образующей линией для цилиндрического свода является прямая, которая описывается поверхность по дуге. И за счет этого удается использовать прямолинейные конструктивные элементы для покрытия. Цилиндрический свод можно увидеть на промышленных объектах, бассейнах, складах. Его часто можно встретить в зданиях и профилированного листа. За счет кривизны снег не скапливается на кровле;
• крестовый свод имеет более сложную форму, он образуется путем пересечения двух цилиндрических сводов под прямым углом. Такой свод имеет четыре опоры;
• сомкнутый свод также образуется из двух пересекающихся цилиндрических сводов, частей, которые называются лотками, поэтому имеет более компактную форму и опирается всему периметру.

К тонкостенным пространственным конструкциям относятся складки, шатры и оболочки. Они обладают малым весом, их толщина мала относительно других размеров

Жесткие материалы применяются в зависимости от назначения здания. Наибольшее распространение имеют универсальные материалы такие как железобетон и металл, которые встречаются и в промышленном, и в гражданском строительстве. Дерево имеет больше ограничений, из-за особенностей эксплуатации (рассыхание) и наличия особых требований к содержанию (вентиляция, влажность, обработка антисептическими составами). Каменные конструкции применяются для относительно небольших пролетов. К примеру, каменный свод может перекрыть пролет до 12 метров.

Большепролетная конструкция должна быть одновременной прочной, чтобы удержать собственный вес и вес покрытия, опираясь лишь в нескольких точках по периметру, и при этом легкой. Сегодня развитие в этом направлении обеспечивается созданием композитных материалов, легких и прочных.