3. Принципы работы

К оболочкам-скорлупам предъявляются особые требования. Прежде всего они должны быть из жесткого материала, форму иметь пространственно-изогнутую, толщину незначительную по отношению к пролетам и сечение по всей поверхности одинаковое; лишь в краевых элементах в местах передачи усилий на фундаменты или другие опоры они могут утолщаться. В связи с этим и усилия в них распределяются особым образом: в сечении оболочек, например, совершенно исключаются изгибающие и крутящие моменты в связи с их небольшой толщиной, а усилия направляются по касательной к их поверхностям, равномерно в продольном и поперечном направлениях. Малейшие изменения толщины в сжатой части могут вызвать появление изгибающих моментов. Рабочее состояние оболочек — это состояние напряженной мембраны. При симметричной нагрузке в них отсутствуют также и сдвигающие силы.

Ребристые криволинейные системы также могут содержать в себе элементы оболочек, поэтому рассматриваемый нами принцип работы оболочек можно отнести как к сооружению в целом, так и к его элементам.

Принцип механической работы оболочек прямо противоположен работе традиционного массивного каменного или кирпичного свода, в котором за увеличением пролета следует увеличение сечения свода.

В конструктивных оболочках существует в противовес традиционным принципам обратно пропорциональная зависимость массы и сечения сводов и куполов от перекрываемых ими пролетов, хотя при этом не отрицается зависимость этих параметров и от принятой системы конструирования. При больших пролетах, применяемых в современной архитектуре, часто невозможно идти по традиционному пути, так как сечения сводов возросли бы до таких размеров, что, пожалуй, не смогли бы выдержать своей собственной массы. Кроме того, сооружение таких сводов было бы связано с большой затратой материалов. Следовательно, для выполнения тех задач, которые стоят перед современной архитектурой в области большепролетного строительства, разумно пользоваться оболочками.

Но при этом все же в оболочках-скорлупах особое значение имеет принцип "работы по форме", как назвали его известные инженеры Э.Торроха и П.Л.Нерви. Для достижения необходимых технических качеств оболочки этот принцип без преувеличения является одним из решающих. Тонкостенные структуры типа оболочек создают условия для "лепки" различных архитектурных пластических форм.

Что значит "работа по форме"? Лучше всего это пояснить на простом примере.

Если взять лист обычной бумаги и положить его узкими краями на две опоры, то лист не удержится на них и соскользнет. Но если сделать из этого листа бумаги корытце и поставить его на две опоры, то корытце не только не соскользнет с опор под действием собственной массы, но даже сможет нести дополнительный груз.

Что же случилось с листом бумаги, почему он приобрел новые механические свойства? Бумага осталась та же, ее масса сохранилась, но изменилась форма, которая перераспределила внутренние усилия. Точнее, претерпели, изменения внешние очертания формы, ее конфигурация, соразмерность или, если можно так выразиться, пластика формы.

Именно это подразумевается под связью формы конструкции с ее механическими способностями. За счет изменения пластики оболочковых форм можно получать лучшие соотношения механических способностей и массы конструкций, т.е. экономить строительный, материал.

По мнению П.Л. Нерви, прочность по форме — наиболее существенная из всех других средств и наиболее распространенная в природе. Нерви пишет, что такую способность конструкции, '"сопротивляющейся по форме".... мы часто находим в окружающей нас природе: в чашечках цветов, тростнике, скорлупе яйца, панцирях насекомых, раковинах и др." [1]

Используемые источники:

1. Ю.С. Лебедев. «Архитектурная бионика» М: Стойиздат. 1990 г.