Основы архитектурно-конструктивного проектирования сооружений из упрочненного алюминия

01.06.2020

Для алюминиевых конструкций и сооружений характерно многообразие конструктивных и архитектурных форм. Оригинальный рельеф поверхности покрытий, стен, объемно-пространственный характер отдельных деталей и сооружений — все это получается благодаря хорошей способности алюминия к формообразованию. Большинство алюминиевых конструкций не похожи на стальные металлические конструкции, и привычные элементы: балка, стойка, ферма — не единственные образующие их. Наиболее экономичными являются листовые плоскостные, иногда объемные детали и прессованные стержни, вместе составляющие пространственные системы.

Практика показывает, что архитектурно-конструктивное решение во всех случаях появляется в результате сложного процесса проектирования и отработки формы при творческом содружестве инженера, архитектора и технолога.

В настоящее время уже определились основные закономерности архитектурно-конструктивного решения сооружений, для которых алюминий выбран в качестве конструкционного материала. Сочетание прочности, технологичности, гладкой блестящей поверхности металла дает широкие возможности для создания эстетического облика покрытия, фасада здания или сооружения, который получается в результате совмещения в алюминиевых конструкциях функций конструктивных элементов и архитектурных деталей ограждения. В связи с этим, рассматривая конкретное алюминиевое сооружение, нельзя анализировать только конструктивное или только архитектурное его решение, следует иметь в виду архитектурно-конструктивный замысел в целом, тесно увязанный с функциональными требованиями к сооружению и возможностью его изготовления.

В широкой номенклатуре строительных конструкций и деталей в первую очередь следует выделить архитектурно-конструктивное решение покрытий. Наибольшая выразительность их достигается в том случае, когда решение носит пространственный характер. Это видно из конструкций купольных покрытий лаборатории НИИ строительной физики в Москве, складчатых сводов инвентарных зданий (системы ЛенЗНИИЭПа, см. рис. 66), голландского выставочного павильона и здания аттракционов (жиротрон) на Всемирной выставке 1967 г. в Монреале, выставочных павильонов в Триполи, Ганновере, Дома союза архитекторов в Лондоне и ряда других.

Общим во всех этих зданиях является то, что каждое из покрытий имеет свою характерную архитектурно-конструктивную ячейку, повторяющуюся в своеобразном ритме по перекрываемому объему. В складчатых сводах этой ячейкой является ромбическая панель, в павильоне Нидерландов — треугольник из трубчатых стержней. Стержневой треугольник из труб или прессованных профилей, которые объединяются в узлах между собой звездчатой втулкой, в настоящее время применяется как универсальный элемент. Например, павильон Нидерландов решен в виде нескольких прямоугольных примыкающих друг к другу призм (см. рис. 2, е). Пространственный каркас из стержневых треугольников павильона аттракционов по объему совершенно отличен от голландского. Он имел форму кокона, легкая прозрачная вершина которого устремилась вверх.

Покрытие павильона, построенного в Триполи в 1962 г., имело свою архитектурно-конструктивную ячейку — свод. Собранное из нескольких цилиндрических сводов-оболочек небольшого пролета, равного 15 м, оно хорошо вписалось в окружающие его старинные здания мавританской архитектуры. Кроме того, с применением листовых гладких элементов масса покрытия получилась минимальной.

Своеобразные, характерные для алюминия конструктивные формы, в которых видна специфика материала, его конструктивные, архитектурные качества нераздельно связаны с возможностью минимального расхода материала и получения большого экономического эффекта. В зданиях большой высоты, с тяжелыми эксплуатационными нагрузками, со стальным или железобетонным каркасом возникает необходимость облегчения его. С этой целью применяются навесные легкие алюминиевые панели с легким утеплителем из пенопласта, пенополистирола, шлако- и стекловаты, других материалов. В этих случаях облик здания, его фасады зависят от архитектурно-конструктивного решения ограждающих панелей, их объемной формы, пластического чередования проемов и глухих панелей, которые в зависимости от замысла архитектора-конструктора могут иметь разный профиль, способный выполнять определенные эксплуатационные функции и одновременно украсить фасад.

На рис. 2, д показан дом в Барселоне, на котором алюминиевые оконные карнизы для защиты от солнца выполнены из серповидных арочек. Полукруглый фасад дома, члененный только импостами по вертикали и оконными ригелями по горизонтали, благодаря сдвоенным карнизным арочкам, расположенным в строгом ритме, получил своеобразное архитектурно-конструктивное решение. Интерьер здания эффектно решается с открытым пространственным алюминиевым каркасом, особенно на фоне анодированных цветных панелей ограждения. Открытые для обозрения стойки могут быть украшены каннелюрами и капителями современного рисунка. Игра цвета, возможность получения разнообразного рельефа и форм панелей, профилей, конструкций и отдельных архитектурных деталей ставит алюминий на одно из первых мест среди строительных материалов, используемых для сооружений, которые могут украсить наши города и поселки.

Для наиболее совершенного решения комплексной задачи создания архитектурно-конструктивных форм алюминиевых конструкций нельзя разделять функции конструктора и архитектора. Если доверить проектирование и даже просто эстетическое оформление алюминиевых конструкций или деталей архитекторам, как правило, не имеющим фундаментального инженерного образования, то это может привести к ошибкам с точки зрения строительной механики и усложнениям технологии изготовления алюминиевых элементов. Если сооружение, например покрытие, проектирует инженер, который чаще всего обладает недостаточным эстетическим чутьем, то практика показывает, что нередко конструктивное решение получается однообразным и невыразительным и архитектурный образ создается только за счет алюминиевой поверхности, свойства хорошего формообразования материала не используются. Поэтому следует сказать о необходимости специальной подготовки инженеров-проектировщиков.

С точки зрения совершенствования и разработки архитектурно-конструктивных форм в области алюминиевых конструкций предстоит решить много задач и проблем. Необходимо изучение законов образования геометрии и архитектурной пластики континуально-дискретных систем, цилиндрических, складчатых, сводчатых и других типов алюминиевых покрытий, отдельно стоящих каркасов, мостов, их геометрических и конструктивных характеристик в зависимости от нагрузок и эксплуатационных условий.

Требуется разработка рекомендаций по выбору архитектурно-конструктивных решений покрытий и сооружений в зависимости от объемно-планировочных решений гражданских, промышленных, сельскохозяйственных зданий на основе их функциональных требований и экономической целесообразности.

В связи с пониженным значением модуля упругости алюминия основным направлением, по которому должны развиваться и решаться эти проблемы, является создание оптимальных форм пространственных алюминиевых конструкций. При этом необходимы совершенствование существующих конструктивных решений и разработка новых. В обоих случаях должны решаться три задачи: проработка и поиск общей схемы сооружения; проектирование (конструирование и расчет) сечений элементов конструкций; решение и разработка конструкций стыков, главным образом монтажных.

В связи с этим в области научно-исследовательских работ стоят следующие проблемы.

1. Создание бескаркасных покрытий и сооружений из листовых гнутых элементов, штамповок или гофрированных листов, у которых рельеф, ребра и гофры заменяли бы элементы каркаса. В зависимости от конструктивного решения таких листовых конструкций нужна разработка рекомендаций по уточнению и определению приведенной жесткости этих систем для расчета их как тонкостенных стержней, оболочек, а в некоторых случаях как стержневых систем.

2. Поиск и создание таких общих схем для сооружений, имеющих листовые элементы, т. е. ограждение или настил, в которых алюминиевое ограждение или настил были бы включены в работу силовых элементов. В зависимости от конструктивного решения общей схемы и узлов необходимо разработать рекомендации по уточнению и определению расчетных моделей этих систем и элемента ограждения.

3. Разработка поточных линий, оснащенных универсальным оборудованием и роботами для листовой вальцовки, гибки и штамповки в связи с необходимостью создания индустриальной базы по изготовлению алюминиевых конструкций, которая могла бы обеспечить получение разнообразных по форме конструкций из наиболее экономичного алюминиевого полуфабриката — листа (элементов ограждения, покрытий, панелей, резервуаров, силосов и др.).

4. Поиск специфичной и оптимальной формы алюминиевых каркасов для сооружений, не имеющих ограждения (опор различного назначения, радиомачт, радио- и телевизионных башен, каркасов дождевальных машин, нефтяных вышек и т. д.), основу которых составляют стержни из профилей с неортогональными сопряжениями полок и стенок. Благодаря им такие конструкции могут быть запроектированы трехгранными и многогранными с бесфасоночным сопряжением в узлах.

5. Развитие теории проектирования алюминиевых профилей и конструкций, которая должна содержать основы конструирования и методику расчета.

В основах конструирования алюминиевых гнутых и прессованных профилей должны быть заложены технологические требования, соответствующие способам получения профилей, с учетом вида соединения элементов в конструкцию и архитектурного замысла, с которым может быть запроектирован и осуществлен определенный рельеф поверхности отдельных элементов.

С целью получения экономии металла необходимо включить в расчетные положения СНиПа разные расчетные сопротивления растяжению и сжатию, а также учесть работу металла в области малых упругопластических деформаций. Поэтому необходимо проведение всестороннего исследования физико-механических свойств металла разных марок алюминия в зависимости от химического состава и способа получения полуфабрикатов.

6. Разработка конструкций панелей теплостойкого алюминиевого ограждения в связи с резко континентальными и суровыми климатическими условиями большей части территории Советского Союза. Такое ограждение должно отличаться от зарубежных аналогов высокими теплотехническими качествами заводских и монтажных стыков, остекленных и сплошных поверхностей. Оно должно обеспечить минимальные расходы энергетических ресурсов на отопление зданий различного назначения в разных климатических зонах нашей страны.

7. Совершенствование существующей и разработка новой нормативной технической документации, которая должна обеспечить проектирование экономичных алюминиевых конструкций, отвечающих высоким технологическим и эстетическим требованиям при эксплуатации зданий и сооружений, удовлетворять соответствующие требования к изготовлению, транспортировке, хранению, монтажу и эксплуатации алюминиевых конструкций и архитектурно-строительных деталей. Необходима разработка ГОСТов и ОСТов на все типовые детали и конструкции, в которых требования к изделиям были бы увязаны с требованиями к полуфабрикатам из алюминия и требованиями на строительные и монтажные работы из других материалов.

8. Поиск и разработка специальных строительных марок конструкционного упрочненного алюминия, высокопрочных, стойких к коррозии и технологичных при изготовлении полуфабрикатов.

9. Разработка методики комплексной экономической оценки эффективности строительства сооружений с алюминиевыми конструкциями, включающей оценку стоимости процессов проектирования, изготовления, транспорта, монтажа алюминиевых конструкций, досрочность ввода объекта в эксплуатацию, уменьшение стоимости нижележащих конструкций, общестроительные работы, окраску конструкций и эксплуатационные расходы.

10. Проведение строгого хронометража всех работ и научного обоснования норм и расценок на работы, связанные со строительством алюминиевых конструкций: проектирование, изготовление, перевозку различными видами транспорта, монтаж, эксплуатационные работы.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна