Висячие покрытия

Висячие покрытия представляют собой как бы разновидность оболочек; только оболочки работают на сжатие, а висячие покрытия работают на растяжение хотя бы в одном направлении (рис. 10).

Тросы, образующие висячие покрытия, испытывают только растяжение — наиболее выгодный вид напряжения для стали. Поэтому применение вантовых конструкций особенно экономично там, где необходимы большие, свободные от промежуточных опор, перекрытия.

Конструкторы, а вслед за ними архитекторы быстро оценили возможности, предоставляемые висячими покрытиями: за короткий срок появилось большое число различных в плане зданий, перекрытых висячими системами всевозможных типов. Покрытия эти различались между собой то опорной конструкцией, то пространственной формой покрытия, то материалом. Внешний вид зданий зависел также и от принятого способа стабилизации покры

тия — обеспечения его жесткости при знакопеременной нагрузке (биение при ветре).

Наибольшее распространение получило предварительное напряжение вантовой сетки, образующей седловидную поверхность. Первым крупным сооружением с висячими покрытиями была Ралей-арена в США арх. М. Новицкого, оконченная в 1953 г.

Другим распространенным способом обеспечения жесткости висячих покрытий явилось превращение вантовой системы в висячую оболочку путем бетонирования вантовой сетки или укладки по ней сборных железобетонных плит.

Довольно частое применение получила схема висячего покрытия, известная под названием «велосипедное колесо». При этой схеме стабилизация тросов от резонанса покрытия достигается погашением вибрации при помощи второй группы тросов, имеющих другую частоту колебаний, чем основные тросы (рис. 11).

Использование вантовых конструкций открыло возможности для возникновения совершенно новой пластики. Появились неожиданные и не встречавшиеся ранее формы, обладающие при этом высокой экономичностью. Таковы, например, павильоны, построенные в Токио для Олимпийских игр 1964 г. арх. Кензо Танге и инженером проф. Я. Цубои (рис. 12).

Широкое распространение, которое получили вантовые покрытия, связано с возникшей в середине XX в. потребностью в перекрытии больших площадей, а также и с общей тенденцией развития пространственных конструкций (ведь более ранние примеры висячих конструкций, построенные В. Г. Шуховым в 1896 г. вг Нижнем Новгороде или Б. Лафаем в 1937 г. в Загребе, не оказали в свое время непосредственного влияния на современников).

 

В начале 60-х годов принцип максимального использования несущей способности стали на растяжение становится основой совершенно нового типа многоэтажных зданий — с подвесными этажами. Один из первых примеров такого типа — 14-этажное административное здание, построенное в 1963 г. в Антверпене. В нем, так же как и в последующих зданиях, основной несущей конструкцией явились стальные колонны, на которые опираются балки с подвесками, передающими нагрузку от этажей через колонны на фундаменты.

Аналогичные системы висячих этажей стали применяться все чаще, причем иногда вместо стальных колонн и балок встречаются железобетонные. Иногда вместо балок в зависимости от перекрываемого пролета ставили фермы, как это, например, оказалось рациональным сделать при проектировании здания биржи в Нью-Йорке при пролете 27 м.

Во всяком случае, к середине 60-х годов стало несомненным, что здания с подвесными этажами будут применяться и в дальнейшем, развитие их будет продолжаться, и архитектура многоэтажных зданий этой новой конструкции будет сильно отличаться от традиционной.

После окончания второй мировой войны железобетонные конструкции продолжали развиваться в тех же направлениях, что и до войны, но масштабы строительства в целом сильно увеличились.

В военные годы миллионы жилищ были разрушены, и поэтому во многих странах возникли фирмы, которые по различным патентам стали развивать массовое производство сборных домов из крупноразмерных железобетонных элементов. В эти годы наибольшее распространение получили бескаркасные системы с внутренними и наружными несущими панелями для домов высотой до 5 этажей; при высоте до 10 этажей применяли обычно железобетонный каркас с навесными панелями или бескаркасные системы с несущими поперечными стенами.

При высоте здания более 10 этажей применялся монолитный каркас с крупными панелями наружных стен. Для наружных стен получили распространение легкие бетоны на пористых заполнителях и т. п.

В послевоенные годы возросло применение сборного железобетона, ускоряющего процесс строительства. В основном на предприятиях сборного железобетона изготовляли мелкие детали в виде пустотных настилов, панелей, свай, колонн, труб, которые могли найти применение почти на каждом строительстве.

Поскольку предварительно напряженный железобетон в конце 40-х годов уже прочно вошел в практику, появились заводы, специализировавшиеся на изготовлении различных несущих элементов из него. Особенно большое распространение получило применение предварительно напряженного железобетона в мостах. Так, в послевоенный восстановительный период во Франции было возведено более 300, в Англии и в Голландии — более чем по 100 мостов из предварительно напряженного железобетона. Увеличение несущей способности железобетона было также связано с появлением высокопрочных цементов, благодаря которым были достигнуты марки бетона 700—900 кгс/см2 и арматуры для предварительно напряженных конструкций в виде проволоки с пределом прочности до 25 000 кгс/см2.

Этот прогресс в технологии изготовления бетонов сделал возможным уменьшение сечения балок и колонн одновременно с увеличением их несущей способности. Среди американских небоскребов послевоенного периода вместо традиционных стальных каркасов все чаще можно было встретить железобетонные каркасы, причем многие из них не только составляли конструктивную основу зданий, но и определяли собой их архитектурную выразительность. Железобетон внес много нового во внешний облик многоэтажных зданий. Во-первых. несущие конструкции в этом материале сами открывали возможность создания более разнообразных форм по сравнению со стальным каркасом. Во-вторых, железобетонные навесные панели наружных стен стали использовать как элемент пластики фасадов.

В 60-е годы распространилась новая конструктивная схема высотных зданий, в которых каркас заменен центрально расположенным объемным стержнем (шахтой) и несущими наружными стенами. В шахте располагаются коммуникации и вспомогательные помещения. Такая схема оставляет большое свободное пространство, облегчающее внутреннюю планировку зданий. Это пространство пролетом 12—16 м удается перекрывать наравне, со стальными прогонами предварительно напряженными железобетонными балками. Центральный объемный стержень этих зданий чаще всего возводится из железобетона, который хо

рошо обеспечивает жесткость сооружения в целом. Для этих целей применяют обычно монолитный железобетон в скользящей опалубке.

Пространственные формы в железобетоне до второй мировой войны создавались не архитекторами, а инженерами. В первые годы после войны значительное число пространственных покрытий, построенных в основном над производственными зданиями— цехами, ангарами и т. п.,— также являлось творчеством инженеров, наиболее талантливые из которых подсказали архитекторам совершенно новые формы.

Так, например, в 1948 г. итальянский инженер Пьер Луиджи Нерви построил из разработанного им материала — армоце- мента — большой сборно-монолитный свод Выставки в Турине (рис. 13). Тонкостенные волнообразные скорлупы армоцемента с 75-м пролетом убедительно показали здесь, какие эстетические возможности заключены в новых формах конструкций.

В 1952 г. испанский инженер-архитектор Феликс Кандела, знакомый с оболочками инженера Э. Торроха, приступил к разработке железобетонных оболочек в Мексике, своей второй родине. Дешевая рабочая сила в этой стране позволила ему экспериментировать со сложной опалубкой. За полтора десятилетия он достиг в строительстве оболочек большого совершенства, создав и уникальные сооружения, и сборные стандартные оболочки для цехов, складов, навесов и пр.

Другой тип пространственных конструкций— железобетонные складки в покрытиях, особенно промышленных зданий, а также во множестве других объектов, преимущественно одноэтажных, таких, как аэровокзалы, залы различного назначения и т. п., — получил значительное распространение, поскольку они весьма экономичны и легко поддаются сборке при изготовлении из всех основных материалов: железобетона, стали и дерева в виде фанерных щитов. Уже после того как инженеры построили большое число зданий с применением складок, в 60-х годах к этой конструкции обратились архитекторы, которые в некоторых случаях формировали всю архитектурную композицию на их основе.

Вертикальные складки, предложенные инж. Б. Лафайем еще в предвоенные годы, были практически использованы им в ряде сооружений послевоенного периода. Складчатые железобетонные стены были применены в здании Секретариата ЮНЕСКО в Париже, построенном в 1953—1957 гг. (архитекторы М. Брейер и Б. Зерфюсс, инж. П. Нерви, рис. 14).

В эти годы архитекторы, наконец, проникаются новыми пространственными конструктивными формами и начинают, работая либо совместно с инженерами, либо самостоятельно, использовать их в огромном количестве разнообразнейших зданий, которые строятся в эти годы в разных странах.

Наряду со строительством уникальных оболочек, строившихся из монолитного железобетона, возникает большое число вариантов возведения оболочек одинарной и двойной кривизны из сборных элементов, поскольку устройство сплошной опалубки под монолитный железобетон всегда вызывает серьезные затраты. Такие оболочки имеют самые различные поверхности: сферические, с противоположно направленной кривизной, параболические, коноидальные, гиперболические, зонтичные, бочарные и т. д.

Все эти новые формы заняли за короткий срок значительное место в архитектуре 60-х годов, причем хотя наибольшее число пространственных конструкций производилось из железобетона, эти же формы постоянно повторялись в металле и в клееной древесине.

Когда оболочки правильного геометрического очертания уже перестали поражать своей новизной, у инженеров и архитекторов возникло стремление к созданию сложных асимметричных поверхностей, напоминающих формы органической природы.

Одним из первых таких сооружений был запроектированный инженером Э. Тор- рохой в 1957 г. Тахиро-клуб в Каракасе (Венесуэла), рассчитанный при помощи экспериментов на модели. В последующие годы получает развитие расчет сложных поверхностей при помощи электронно-вычислительных машин.

Пространственные конструкции, создаваемые некоторыми архитекторами в 60-е годы, вышли из границ своего первона

чально инженерно-рационального содержания. Они стали формой воплощения новых идей в архитектуре, как это можно видеть в отдельных работах Э. Сааринена (аэропорт «Айдлуайлд» в Нью-Йорке), Й. Ут- цона ( Оперного театра в Сиднее).

Таким образом, к 70-м годам XX в. достижения последних пяти — десяти лет в области строительной техники открыли новые пути перекрытия невиданных ранее пролетов, дали материалы и методы для возведения огромных по высоте башен, позволили создать новые пространственные формы и стимулировали дальнейшее архитектурное творчество.