Тонкостенные конструкции для покрытия больших площадей активно применяются с советских времен. Рассмотрим их типологию подробнее.
Железобетонные своды-оболочки
Свод является классическим архитектурным элементом, который интуитивно использовался поколениями архитекторов в культовых сооружениях. Первым примером применения тонкостенной оболочки является проект 1925 года, выполненный в городе Йен (Германия). Диаметр разработанного купола составлял 40 метров, при этом его масса была меньше в 30 раз аналогичного уже давно существующего купола Святого Петра, расположенного в Риме (Италия). Тонкостенная оболочка имеет изогнутую поверхность и благодаря своей форме она действует как несущая конструкция. При этом оболочка может возводиться на здании любой конфигурации: овальном, прямоугольном, круглом и т. д. Материалом для изготовления оболочек служит железобетон, металл, пластмасса, дерево. Классическая оболочка опирается на торцевые стены, а на ее сводах нет распора, поэтому отсутствуют и затяжки, и контрфорсы.
Покрытия в виде оболочек могут быть монолитными, сборными и сборно-монолитными. По типу кривизны они подразделяются на:
- цилиндрические;
- зонтичные;
- складчатые;
- параболические;
- двоякой кривизны.
Пролет, перекрываемый оболочкой, может быть как малым (до 36 метров), так и большим (выше 72 метров). Для монолитных оболочек требуется опалубка, которая собирается прямо на месте из заранее изготовленных элементов. В случае установки сборных железобетонных элементов криволинейные плиты, диафрагмы и бортовые элементы доставляют на площадку в готовом виде и монтируют с помощью грузоподъемных устройств. За счет выполнения одновременно и несущей, и ограждающей функции оболочки получается снизить расходы материалов, выполнить требования по огнестойкости, создать разнообразную и уникальную форму здания, перекрыть большие пролеты.
Оболочка — это строительная конструкция, используемая для перекрытия зданий и сооружений, имеющая криволинейную форму, а ее расчеты опираются на теорию оболочек.
Рисунок 1. Рисунок 1. Пример оболочки, конструктивные желменты и узлы
Сфера применения сводов-оболочек
Глобальные тренды в архитектуре связаны с поиском новых форм: плавных, текучих, на первый взгляд, простых, но идеально выверенных и пропорциональных. Воплотить в жизнь такое решение крайне сложно, ведь криволинейные, волнообразные, изогнутые формы красиво выглядят на картинках и вживую, но, чтобы собрать такую кровлю для общественного здания, потребуется изготовить каждый элемент покрытия по индивидуальным размерам. Помимо сложностей, связанных с устройством верхнего слоя, внимания и размышлений требует и конструктивная часть. Формы с их жесткой структурой зачастую не позволяют гибко подходить к созданию таких сложных конструкций и на помощь приходят пространственные системы, своды-оболочки, стрежневые системы.
Сферой их применения являются:
- знаковые и ключевые общественные пространства — стоимость подобного проекта значительно выше привычных бюджетов, поэтому и не каждый заказчик сможет позволить себе такое здание, но общественные пространства, в которых планируется широкая событийная повестка, значимые для города и общества, могут привлечь дополнительное внимание как раз за счет подобных решений;
- открытые общественные пространства — мода на создание интересных и продуманных городских пространств поглотила многие российские города, проекты благоустройства разрабатываются активно как никогда. И во многих подобных объектах появляются небольшие павильоны, галереи, шатры с применением сводов-оболочек;
- в промышленных объектах также встречаются примеры применения сводов оболочек для перекрытия больших пролетов без устройства внутренних промежуточных опор.
Рисунок 2. Рисунок 2. Примеры различных конфигураций сводов-оболочек
Во многих спортивных объектах применены своды-оболочки. Они позволяют эффектно и выгодно с архитектурной точки зрения перекрыть большие пространства, при этом облик всего здания получается более выигрышным.
Сложные конструкции, перекрывающие большие пролеты, требуют особых расчетов. Ребристый свод-оболочка рассматривается как конструкция с недеформирующимся поперечным сечением. Работой оболочки в поперечном сечении пренебрегают из-за высокой жесткости ребер, а нормальные продольные усилия воспринимаются настилом и его усиленными частями. Ребрами оболочки воспринимаются изгибающие моменты и нормальные усилия.
