Сегодня мы поговорим о статье 1965 года за авторством Григория Павловича Морозова о конструкциях покрытий, разработанных его мастерской в ЛенЗНИИЭП.
Морозов - один из ведущих специалистов ЛенЗНИИЭП, автор покрытий на круглом плане для "Юбилейного", СКК, Дворцов спорта в городах Зуль и Будапешт.
Материалы по творчеству Морозова хранятся в ЦГАНТД СПб и в ГМИ СПб. https://spbarchives.ru/infres/-/archive/cgantd/dictionary/ntdperson/1192
Но для начала важно поставить этот материал в международный контекст. Автор сам это делает, указывая образцы таких сооружений.
Вся эта история с большепролетными покрытиями в СССР была вдохновлена успехами павильона СССР на Международной выставке в Брюсселе 1958 года. Архитектор А. Полянский (один из незаметных героев прошлой публикации) создал павильон из стекла и металла, однако с двумя рядами внутренних опор. Больше всего это напоминает цех - дальнейшая работа инженеров и архитекторов шла по пути эстетизации формы. https://nickmix01.livejournal.com/379172.html
В списке источников своих проектных разработок Морозов, совершая множество ошибок в названиях, указывает /по хронологии/
1. Релей арена построена в 1953—1954 гг. Архитекторы М. Новицкий, У. Дейтрик, инж. Ф. Северуд. Проект был создан в 1952 году для выставки штата как животноводческий павильон! Сейчас это Dorton Arena. Это самый ранний пример подвесного покрытия без опор.
Архитектор Матцей Новицкий родился в 1910 году в Чите (Российская империя)
2. Многофункциональный комплекс Schwarzwaldhalle в Карлсруэ. Проект 1953 года был осуществлен за 8 месяцев. Архитектор Erich Schelling
https://www.grandtourofmodernism.com/sites/details/53/
3. Аудиториум колледжа в Утике построен в 1960 году. Сейчас это Adirondack Bank Center. Аудиториумами называли многофунциональные сооружения, предназначенные как для сбора общины, так и для выставок и спортивных состязаний. Здание построено по проекту Lev Zetlin & Associates. https://en.wikipedia.org/wiki/Adirondack_Bank_Center#cite_note-archeng-1
4. Речь идет о Павильоне штата Нью-Йорк на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1964-65 годах. Павильон «Tent of Tomorrow» был спроектирован в 1962 году архитекторами Филипом Джонсоном, Ричардом Фостером и инженером Львом Цейтлиным.
Лев Цейтлин - выходец, вероятно, из известной в СССР семьи, родился в 1918 году в России (по некоторым источникам в Намангане, Узбекистан). Выдающийся инженер, глава строительной компании.
«Доктор Цетлин изобрел крышу вантовой подвески, и его патенты включали предварительно напряженный бетон для взлетно-посадочных полос аэропорта. Он также специализировался на длинных мостах и конструкциях из бетона, армированного стальными напряженными тросами. Еще одним нововведением стала крыша с пространственным каркасом, в которой использовался легкий металл для формирования больших открытых пространств с минимальными внутренними опорами. Он применил эту концепцию для постройки первых ангаров, в которых размещались реактивные самолеты». https://www.nytimes.com/1992/12/05/obituaries/lev-zetlin-74-an-expert-on-structural-disasters.html
5. То, что Морозов называет Шибуци, это Сибуя – район Токио, где располагались Олимпийские объекты. Речь идет о Первом и втором залах Национального стадиона Йойоги в Токио (Архитектор Кензо Тангэ, 1961-1964). Оба сооружения покрыты подвесной кровлей. Кровля второго зала больше всего напоминает покрытие, которое Морозов называет «коноидальным».
6. Сооружение в Монтевидео не удалось установить
Итак, три из пяти сооружений построены по проектам выходцами из России, один немцем, еще один японцем.
Далее текст статьи приводится полностью
Морозов Г. П. Новые вантовые системы покрытий большепролетных зданий / Строительство и архитектура Ленинграда. 1965. №9. с. 24-25.
Развитие архитектуры общественных зданий в настоящее время теснейшим образом связано с создание большепролетных систем, которые позволяют перекрывать значительные пространства без промежуточных внутренних опор затрудняющих свободную планировку.
В ряде случаев большепролетные системы совершенно необходимы. Без этого невозможно, например, создание крытых спортивных арен с трибунами для большого количества зрителей, залов для народных форумов, фестивалей, выставок, и т. п. современных сооружений.
Наиболее рациональным решением перекрытия больших пролетов являются, как известно, системы висячего, вантового типа, где материал работает, в основном на растяжение, а не на сжатие, при котором устойчивость конструкции требует больших сечений.
Надо иметь в виду, что возможности материала при работе на сжатие, использованные еще в римских, готических, а также современных железобетонных сооружениях, следует считать по существу исчерпанными. Иначе дело обстоит с работой материала на растяжение.
Появление высокопрочных сталей и пластмасс говорит о том, что эти возможности работы материала далеко не исчерпаны и в действительности лишь начинают осваиваться. Причем конструкции, работающие на растяжение, не только экономичнее сжатых, но и позволяют перекрывать такие пролеты, которые сжатым (арочным, купольным или балочным) конструкциям не под силу.
В качестве иллюстрации достаточно привести цифры, характеризующие отношение толщины конструкции к ее пролету. Так, для конструкции типа балки, это соотношение равно, примерно, 1:20, для арки – 1:50, железобетонного купола – 1:300, а для вантовой конструкции – 1:2000.
Эти соотношения, выражающие степень прогрессивности конструкции, обусловлены в первых трех примерах не столько предельностью нагрузки на сжатие для каждого данного материала, сколько потерей конструкцией устойчивости при сжатии. В висячих вантовых или мембранных конструкциях, в силу растянутости материала, потери устойчивости нет и потому отношение толщины к пролету не связано с заботой о сохранении устойчивости, а зависит лишь от прочности материала на растяжение, и, следовательно, может быть сколь угодно большим.
Вот почему в настоящее время с появлением высокопрочных материалов, выдерживающих колоссальные нагрузки на растяжение, для развития висячих конструкций открыты широкие перспективы и они должны находить все большее применение в нашей строительной практике.
Однако ввиду их чрезвычайной тонкости, разработка и внедрение новых вантовых и мембранных конструкций связана с решением ряда специфических проблем. К ним относится создание безмоментного контура, проблемы пригруза против ветрового отсоса, так называемого «хлопка» и др.
Простейшим примером «хлопка» может служить поведение парусиновой палатки во время переменного ветра или анероида (барометра) при перемене давления атмосферы.
Для устойчивости висячих конструкций в США прибегают к двухслойной вантовой конструкции, т.е. к созданию второго пригружающего ряда тросов, который обеспечивает статичность всей системы. Пригружающие тросы располагаются выше или ниже основных несущих, с затяжками или распоркамии между ними (примером может служить известное по литературе перекрытие аудитории колледжа в городе Утика).
В других случаях искусственно пригружают конструкцию весом настилов самого покрытия, с тем чтобы этот вес был больше любого возможного ветрового отсоса (таково покрытие в городе Монтевидео).
Наиболее интересен, по-видимому, третий путь: создание однослойного легкого покрытия, обеспечивающего устойчивость конструкции самой ее формой, ее пространственностью. Таковы гиперболические параболоиды – покрытия типа «седла», в городе Шоцука (Япония), Карлсруэ (ФРГ) и Ралей-арена (США). Они также не лишены недостатков, к которым следует отнести противораспорность фундаментов, деформативность контура и др. Однако однослойные висячие покрытия безусловно имеют существенные преимущества перед двуслойными и тяжелыми. Это - отсутствие в интерьере или экстерьере отдельно висящих тросов, возможность устройства прозрачного потолка и т.п.
Вот почему одной из основных проблем создания надежного висячего покрытия является проблема однослойности, локальности, простоты и легкости конструкции, не требующей пригруза от «хлопка» или ветрового отсоса и самой формой обеспечивающей геометрическую неизменяемость покрытия.
В представленных в схемах и моделях проектах большепролетные здания перекрыты новыми в отечественной и зарубежной строительной практике пространственными системами – спирально-вантовой и коноидально-радиальной (публикуемой впервые). Сходные по плану и однослойности, они в то же время в формальном, геометрическом и конструктивном смысле как бы негативно отличаются друг от друга, но как уже сказано, все имеют ряд преимуществ перед ранее известными висячими покрытиями.
Архитектурная выразительность, эстетическая и фактическая легкость, новизна и некоторая непривычность тектоники сооружений не являются самоцелью, а органически вырастают из новой пространственной конструкции.
Обе названные системы: спирально-вантовая и коноидально-радиальная испытаны на моделях, в том числе на сопоставительны (например, с перекрытием типа «седла» в Карлсруэ и др.).
В мастерской №8 ЛенЗНИИЭП разработан ряд новых висячих покрытий, в том числе варианты спирально-вантового: односпиральное и двуспиральное, с пролетами 24 ми 72 с.
На экспериментальной базе института спирально-восходящей вантовой системой будет перекрыт лабораторный корпус пролетом 24 м для испытания и отработки деталей конструкций. /Лабораторный корпус буде построен с перекрытием по другой системе/ Это сооружение явится прототипом большепролетного экспериментального здания универсального назначения (диаметром 72 м), проект которого разрабатывается мастерской по заданию Госкомитета по гражданскому строительству и архитектуре. /Вероятно, речь идет о «Юбилейном»/
Экспериментальное строительство с применением вантовой конструкции будет осуществлено также и Главленинградстроем.
Какие же новые свойства отличают спирально-вантовое покрытие от ранее известных?
1. Однослойность конструкции (в отличие от двуслойных вантовых покрытий типа покрытия аудитории в г. Утика, «велосипедного колеса» павильона США на Брюссельской выставке) и связанный с этим экономический эффект, выражающийся в сокращении количества тросов вдвое и расхода материалом, примерно, в полтора раза.
Суть экономии заключается в том, что в «велосипедном колесе», например, требовались два слоя две группы тросов. Одна из них (нижняя) несущая, а другая (верхняя) пригружающая для конструкции в целом, но несущая собственно кровлю. Таким образом, нижняя оставалась свободной, для кровли неиспользуемой. В спирально-вантовом покрытии каждый трос, и пригружающий и несущий, несет кровлю. Это и позволяет и сократить их количество вдвое. По весу экономия несколько меньше и равна, примерно, 30%.
2. Геометрическая неизменяемость (в целом) при ее однослойности, обеспечена смещением по спиральному контуру радиальных несуще-пригружающих тросов, пересекающихся в центре системы: каждый следующий из тросов расположен выше предыдущего.
Форма покрытия, кроме геометрической неизменяемости в целом, образует некоторую коноидальную пространственность и на отдельных ее участках.
3. Наружный водосток, в отличие, например, от известного однослойного искусственно пригружаемого покрытия-мениска в городе Монтевидео или двуслойного покрытия павильона США на Всемирной выставке в Нью-Йорке, требующих наклонно подвешенных в интерьере водоотводах.
4. Возможность организации дневного освещения в естественно образующихся вертикальных перепадах самого покрытия, что при большой глубине интерьера весьма существенно.
5. Архитектурная выразительность восходящей спирали и динамичность тектоники здания, образуемые самой конструкцией покрытия.
6. Вариабельность конструктивной схемы, т.е. возможность создания одно-, двух-, трехчастных (и т.д.) спиралей с зеркально-симметричными или разновеликими перепадами формы покрытия, расположенными в плане по диаметру или под углом.
В отдельно стоящем здании касательные усилия воспринимаются самой плоскостью стены, а крайние нормальные – контрфорсом или анкером. Блокировка зданий избавляет систему и от этих моментов, возникающих в перепадах высот контура.
Предварительное натяжение тросов повышает жесткость и устойчивость покрытия в целом как при постоянных равномерных, так и переменных временных нагрузках.
Область применения этой системы покрытия для круглых в плане зданий может быть очень широкой – от павильонных сооружений больших пролетов, до сблокированных промышленных зданий.
Сооружения, перекрытые подобной системой, могут возводиться в различных климатических зонах.
Что касается коноидально-радиального покрытия, то оно, как мы уже сказали, представляет собой как бы негативную геометрическую схему спирально-вантового покрытия.
Здесь смещение образующих тросов по вертикали происходит не по наружному контуру, как в спирально-вантовом, а в центре покрытия на стержне или стакане.
Покрытие также однослойно, но резко коноидально (коноидальной мы называем поверхность, образованную движением прямой по двум направляющим, из которых одна прямая, а другая кривая). Наружный плоский кольцевой контур также сжат, но находится в лучших условиях, чем в спирально-вантовой системе и не требует контрфорса или затяжки, так как не имеет перепада контура. Характерной особенностью этого покрытия при горизонтальном варианте контура является внутренний водосток; в наклонном варианте – водосток наружный.
Конструкция не требует пригруза и может быть предельно легкой.
Особенность конструктивной формы, ее некая экстравагантность, возможность устройства бассейна в центре здания, легкость и простота монтажа предопределяют возможность применения коноидально-радиального покрытия для легких открытых сооружений – ресторанов, кафе-столовых, танцевальных, выставочных павильонов и т.п. сооружений, преимущественно в южных районах страны.
Однослойность покрытия при его геометрической неизменяемости, возможность выполнения конструкций без центрального стакана и простота монтажа снижают стоимость сооружения примерно в полтора раза в сравнении с известными конструкциями подобного плана и размера.
Читать по теме:
