1.1. Виды оболочек

В архитектурной практике используются выпуклые, висячие, сетчатые и мембранные оболочки из железобетона, металлов, древесины, полимерных, тканых и композиционных материалов. Для расчёта таких конструкций используется специально разработанная теория оболочек.

Таким образом по форме оболочки подразделяются на выпуклые и висячие, а по типу конструкции на сетчатые и мембранные. Далее мы рассмотрим каждый вид в отдельности.

В общем случае, оболочка имеет кривизну в двух направлениях, которая может быть положительной, отрицательной или нулевой. Знак кривизны зависит от расположения центров радиусов. Отсюда следует вывод, что выпуклые оболочки – это оболочки с положительной кривизной. Соответственно висячие – с отрицательной.

Рис.3. Поверхности положительной (а) и отрицательной (б) кривизны

Рис.4. Примеры комбинированных тонкостенных оболочек

Несколько сложнее обстоят дела с сетчатыми и мембранными оболочками.

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.

Наиболее известным примером сетчатой оболочки является гиперболоидная оболочка Шухова. Помимо этого, значимый вклад во внедрение несущих сетчатых оболочек в мировую архитектуру внесли знаменитые архитекторы Бакминстер Фуллер, Норман Фостер, Фрэнк Гери, Николас Гримшоу, Сантьяго Калатрава. [3]

Рис.5. Первая в мире гиперболоидная конструкция В. Г. Шухова

В свою очередь, мембранные покрытия представляют собой пространственную конструкцию, состоящую из тонкого металлического листа и жесткого опорного контура. Тонкий лист обладает пренебрежимо малой изгибной жесткостью, поэтому работает главным образом на растяжение, что позволяет наиболее полно использовать несущую способность металла и по сравнению с другими плоскостными и пространственными конструкциями получать минимальную массу покрытия. Отличительная особенность мембранных покрытий от других типов висячих конструкций—совмещение в одном материале несущих и ограждающих функций, за счет чего достигается дополнительное облегчение конструкции и снижение металлоемкости. [4]

Рис.6. Мембранная оболочка над конькобежным центром в г. Коломна

Используемые источники:

1. Справочник по архитектуре и проектированию Novosibdom.ru. URL: http://arx.novosibdom.ru/node/992

2. ООО «Несущие системы. URL: http://spacestructure.ru/ru/obolochki.html

3. Википедия. Свободная энциклопедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Сетчатая_оболочка_(архитектура)

4. Файбишенко В. К. «Металлические конструкции: Учебное пособие для вузов» Стройиздат, 1984

2. История возникновения

Сетчатые перекрытия-оболочки впервые внедрил в мировую практику российский инженер и архитектор В. Г. Шухов в 1896 году. Тогда же он запатентовал эти конструкции и разработал основы теории оболочек.

До середины XX века перекрытия-оболочки использовались редко ввиду сложности расчёта, повышенных требований к качеству материалов и соблюдению технологий монтажа. Яркий пример — парусообразные двухслойные перекрытия-оболочки оперного театра в Сиднее, которые из-за недостаточной технической компетенции архитектора Йорна Утзона возводили более 10 лет.

Рис.7. Парусообразные перекрытия-оболочки Сиднейского оперного театра, архитектор Йорн Утзон, Австралия

Перекрытия-оболочки использовали в своем творчестве знаменитые архитекторы Антонио Гауди, Пьер Нерви, Эро Сааринен, Оскар Нимейер, Кэндзо Тангэ, Бакминстер Фуллер, Норман Фостер, Фрэнк Гери, Николас Гримшоу, Сантьяго Калатрава. Полное признание и широкое распространение в прогрессивной архитектуре перекрытия-оболочки получили в течение последних двух десятилетий благодаря внедрению компьютеров в практику расчёта конструкций и появлению новых строительных материалов и технологий.

В российском климате безаварийно эксплуатируются стальные сетчатые и стальные висячие мембранные оболочки перекрытий зданий и сооружений.

Доверие к железобетонным оболочкам в России было сильно подорвано в 2000-е годы из-за ряда аварий (Трансвааль-парк и Басманный рынок), произошедших из-за недостатков проектирования и эксплуатации зданий. [1]

Отдельного внимания заслуживают знаменитые башни Шухова.

Рис.8. Гиперболоидная башня инженера Шухова