Тектоника консольных конструкций и V-подобных опор

Поскольку консоль - это балка, у которой только один конец жестко соединен с опорой, то консольные конструкции могут быть составными элементами таких тектонических систем, как каркасные, системы с V-подобными опорами и другие. Эпюра изгибающих моментов консольной балки такая же, как и в отдельно размещенной стойке, защемленной в основании. Наиболее распространенный тип консольных конструкций - отдельно размещенные опорыс консолями (навесы, козырьки и т.п.). Тектонику работы консольной конструкции отображают жестко защемленные стойки или сопротивления с консолями, расширенные книзу. Напротив, их сужение книзу указывает на шарнирное (подвижное) закрепление и предусматривает устройство дополнительного крепления - оттяжки (козырьки над входами к зданиям) или подкоса (конструкции трибун). Две шарнирно закрепленных консольных стойки, соединенные шарниром, образуют трехшарнирную раму. Условиями обеспечения пространственной стойкости консольных сооружений являются применения дополнительных конструктивных элементов (покрытий, балок, плит, конструкций мест для зрителей на трибунах и тому подобное).

Функционально и конструктивно оправдано жесткое сочетание V-подобной опоры с конструкцией консоли. Такое решение часто применяется в консольных конструкциях козырьков над трибунами стадионов. Наиболее тектонической и устойчивой формой является такое решение, когда нижняя часть V-подобной опоры трансформируется таким образом, что соединяет функции опорной части и несущей конструкции трибун, а вся конструкция устанавливается на поддерживающий каркас (рис. 6).

Любой опорний строительный элемент, имеет коническую V-подобную форму, называется V-образной опорой. История развития связана с контрфорсом - опорным элементом, расширяющимся книзу - как конструкцией, которая отражает статическое равновесие (мал.7). Наивысшей для давних времен степени дифференциации конструкций с учетом художественного отображения сил и нагрузок, которые действуют в здании, достигла готика. (Пример - апсида аббатской церкви в г. Хейстербах, построенной в позднероманском стиле - одновременно произведение искусства и образец инженерных достижений средневековья, где конструкция и художественная форма объединены в единое тектоническое целое). В готике тектоника приобретает содержание, которого не знала до тех пор.

Другие примеры V-подобной формы, расширяющейся книзу: стволы деревьев; сопротивления электросетей; ограждения линий связи, мачты и любые столбы с подкосами. Такие формы, которые встречаются в природе и истории строительного искусства, подчинены определенным закономерностям:

- каждый опорний элемент, жестко закрепленный в основе и воспринимающий в верхней части горизонтальные усилия, поддается изгибу;

- величина изгибающих усилий увеличивается в направлении книзу;

- напряжение на изгиб достигает своего максимального значения в пяте опоры;

- расширенная книзу форма опоры приспосабливается к действию изгибающих усилий.

Это свидетельствует о тектоничнисти рассмотренной формы, то есть правильности с точки зрения статики и умности учитывая эстетическую ясность, поскольку жесткое закрепление в основе нуждается в увеличении сечения контрфорса только книзу.

С начала ХХ ст. нашла широкое распространение современная V-подобная форма опоры, суженная книзу, что на первый взгляд противоречит законам статики, а в действительности является новой инженерно оправданной тектонической формой. Праобраз - мебельное производство: ножки стульев и столов испытывают боковых сгибающих усилий (подобно контрфорсам), но действующих не сверху, а возле основы. То есть изгибающее напряжение нарастает кверху и становится максимальным в месте закрепления ножки в раме и уменьшается к нулю по направлению к точке опоры. По аналогии строятся современные рамные конструкции: жесткий узел стойки с рамным ригелем нуждается в ее V-подобной форме. Целесообразность использования V-подобной формы для стоек двухшарнирной рамы как экономической и рациональной конструкции обоснована эпюрой сгибающих моментов, которые являются максимальными возле узлов рамы и равняются нулю в точках опоры. V-подобная конструктивная форма стоек рамы является не только результатом расчетов, но и эстетичным выражением тектонической целесообразности. Во многих выдающихся творениях современной архитектуры в первом этаже применена рамная конструкция с явно выраженными опорами V-подобной формы. Примеры - многоэтажное здание ЮНЕСКО в Париже архитектора Нерви (могучая V-подобная форма опор подчеркивает специальную функцию первого этажа), жилой дом в Марселе арх. Лэ Корбюз’е (большие нагрузки передаются через жесткие опоры). Оба примера свидетельствуют, как в многоэтажных сооружениях сила ветра определяет форму рамы первого этажа. Наклон стоек рамы определяется точками сосредоточения нагрузки от размещенных выше этажей.

Интересными примерами применения V-подобных опор являются высотные жилые дома в Нанти и Берлини, автором которых является также знаменитый Лэ Корбюз’е. V-подобные сопротивления первого этажа (плоские стойки) попарно смещены относительно один одного: чередуются пары стоек с наклоном в середину и наружу, симметрия выдержана вдоль каждой поперечной вехе, которые одновременно есть висями поперечных несущих стен жилищных этажей. Боковое давление ветра воспринимается совместно всеми опирними элементами как пространственно жесткой эстакадой. Принятая конструктивная схема характеризуется треугольными связками, которые имеют боковую жесткость, и являются достаточно простыми и стойкой (рис. 9, 10, 11).

С превращением V-подобных стоек рамных конструкций в систему треугольных связей (стержневую систему, что работает на растяжение и сжатие) возникает конструкция вилообразной опоры.

Такая система нуждается в обеспечении жесткости стоек, их соединения с ригелем и самого ригеля (рис. 12). Выдающийся архитектор Оскар Нимейер часто применял такие опоры в первых этажах многоэтажных зданий. За его схемой каждая вилообразная стойка на высоте перекрытия первого этажа воспринимает нагрузку двух вертикальных рядов колонн и передает ее книзу на пяту, что опирается на фундамент. Нимейеру на основе исходной формы вилообразной стойки удалось создать очень интересные конструктивные формы, которые эстетично отображают последовательность тектонического построения.

Жилой дом у Белу-Оризонти, также спроектированный О. Нимейером, имеет в первом этаже вилообразные сопротивления с тремя зубцами (рис. 13, 14). Форма опор органически связана с общим видом большого многоэтажного дома. Концы зубцов точно упираются в точки пересечения несущих стен здания с перекрытием первого этажа, воспринимая нагрузку определенной части здания и передавая ее в нужном направлении.

Еще одной разновидностью вилообразной опоры является V-подобная стойка, что раздваивается где-то на уровне половины своей высоты (рис. 15). Опора состоит из верхней вилообразной части и нижней цельной стойки. В отличие от других вилообразных опор верхние концы опор этого здания не соединены между собой горизонтальным ригелем. Смежные наклоненные верхние части опор сталкиваются друг с другом и образуют треугольные соединения, а упругий край складчатого покрытия обеспечивает крепкую горизонтальную связь вдоль стены.

Принципиально такую же форму имеют V-подобные сопротивления дворца спорта в Риме, построенного по проекту Нерве (рис. 16). В отличие от здания электростанции здесь все ветки опор сужаются к концам. Это свидетельствует о шарнирных связках на концах и жесткое сочетание стоек и зубцов в центре V-подобной “звезды”. V-подобные сопротивления по периметру здания опираются на анкерное кольцо, заключенное под землей. На тонкие верхние концы стоек опирается плоский свод. Волнистость его кромки противодействует провисанию между точками опоры.

Очень интересным примером применения V-подобных опор является проект церкви архитектора Кастилиони (рис. 17). Главным элементом, ограждающим пространство и поддерживающим покрытие, есть выразительная трехшарнирная арка *.

В этом примере арка перекрывает пространство и визуально делит его на нижнюю зону, где должны находиться люди, и верхнюю - высокую, легкую, освещенную. Верхняя сводовая конструкция опирается на соответствующие выступления трехшарнирных арок, создавая усилие сдвига. В восприятии этих усилий без помощи внутренних затягов и направлении их обходным путем через жесткие сопротивления арки к фундаменту заключается заманчивость и сила данного решения.

Особенным случаем применения V-подобных опор является проект вокзала в Неаполе, автором которого является также архитектор Кастилиони (рис. 18).

Тригилкови вилообразные сопротивления возводятся на треугольной модульной сетке основы. Они несут на себе элемент покрытия - оболочки в форме ривнобичного треугольника. Пространственная жесткость системы обеспечена благодаря связи ветвей опоры между собой через кровлю, при этом стоек и кровли постепенно переходят друг в друга. Упругость кровли, подчеркнутая округлостью, вризками, углублениями и отверстиями, сквозь которые падает светло, нуждается в повышенной степени жесткости опор. Этому требованию отвечает их избранная форма: три стойки, которая конически расширяется книзу и соединяются в одну. Такая опора имеет большую жесткость возле ее основы.

Блестящее сочетание тектоники и эстетики присуще мостам инженера Роберта Майара. Эти сооружения считаются в Швейцарии одновременно наиболее красивыми примерами современного инженерного искусства и образцами очень удачных конструктивных форм. При проектировании и сооружении мостов Майару удалось достичь целостности и единства проездной части и несущей конструкции (рис. 19).

Главными тектоническими особенностями мостов Майара являются использования трехшарнирной арки как основной несущей конструкции и V-подобных опор как составных элементов. В результате верного сочетания функциональных требований, законов статики и конструктивных возможностей материала автор создал очень гармоничные и красивые сооружения. Мосты Майара свидетельствуют о том, что тектоническая форма в большинстве случаев создается как следствие знаний закономерных взаимосвязей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: