Обновлено: 18.05.2024

Металлоконструкции (также: металлические конструкции, сокр.: МК) — общее название конструкций из металлов и различных сплавов, используемых в различных областях хозяйственной деятельности человека: строительстве зданий, станков, масштабных устройств, механизмов, аппаратов и т. п. В машиностроении обычно под металлоконструкциями подразумеваются детали, изготовленные из профилированного металла, в отличие от литых деталей и поковок.

Содержание

История

До начала XX века в строительстве применялись в основном металлические строительные конструкции из чугуна (главным образом в колоннах, балках, лестницах и т. д. Современные металлоконструкции подразделяются на стальные и из лёгких сплавов (например, алюминиевых).

В современном строительстве получили распространение стальные конструкции, используемые в несущих каркасах промышленных сооружений, жилых и общественных зданий, в пролётных строениях мостов, каркасах доменных печей, газгольдерах, резервуарах, мачтах, опорах линий электропередачи и др.

Некоторые известные объекты из металлоконструкций

• Купол Исаакиевского собора в Санкт-Петербургедиаметром 22 метра.
• широко применяются в качестве ограждающих элементов (заборы, ограждение) и в виде отделочных деталей зданий. — 300-метровая башня в Париже, столицеФранции; — телебашня, выполненная в виде несущей стальной сетчатой оболочки. Расположена в Москве на улицеШаболовка. — небоскрёб в Мальмё, Швеция, расположенный на шведской стороне проливаЭресунн. — 40-этажный небоскреб в Лондоне, столице Великобритании, конструкция которого выполнена в виде сетчатой оболочки с центральным опорным основанием. , опоры чего-либо, пролёты, стрелы, балки-перекрытия, каркасы для железобетонных конструкций, каркасы свай.
• Башенный кран, мостовой кран, в основе которых лежат МК — несущая конструкция;
• ЛМК — под легкими металлоконструкциями подразумеваются здания с большими пролетами, в которых ограждения выполнены с использованием тонколистового профилированного металла и облегченного синтетического утеплителя, например, сэндвич-панели.

Преимущества

Металлоконструкции (например, из алюминиевых сплавов) обладают рядом достоинств:

• лёгкость;
• коррозионная стойкость;
• технологичность;
• пространственная прочность, жесткость;
• высокие декоративные свойства;
• быстрота монтажа (сооружения).

Составные части металлоконструкции

Металлоконструкции изготовляются из различного рода металлопрокатной продукции:

• Балка с гибкой стенкой;
• Балка с гофрированной стенкой;
• профилированного листа (профлист), листового металла;
• профильных труб, швеллеров, тавров, двутавров, уголоков, катанка; ;
• Структуры;
• Холодногнутые сварные профили (ХГСП);
• и др.

Способы соединения

По характеру соединения элементов между собой различают:

• сварные соединения;
• клёпаные соединения;
• болтовыми соединения;
• и др.

Типы МК

• Листовые конструкции; ; ;
• Пространственные оболочки;
• Сетчатые оболочки;

См. также

Ссылки

• Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
• Добавить иллюстрации.
• Проставить интервики в рамках проекта Интервики.
• Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Металлоконструкция" в других словарях:

металлоконструкция — металлоконструкция … Орфографический словарь-справочник

металлоконструкция — сущ., кол во синонимов: 2 • армометаллоконструкция (1) • конструкция (29) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

металлоконструкция — Расчетная несущая конструкция подъемника (рабочее оборудование, опорная рама, поворотная рама, опорные элементы и т. п.), изготовленная, как правило, из металла. [ГОСТ Р 52064 2003] Тематики подъемно транспортное оборуд. прочее … Справочник технического переводчика

металлоконструкция — МК металлическая конструкция … Словарь сокращений и аббревиатур

металлоконструкция — 25 металлоконструкция Расчетная несущая конструкция подъемника (рабочее оборудование, опорная рама, поворотная рама, опорные элементы и т.п.), изготовленная, как правило, из металла Источник: ГОСТ Р 52064 2003: Подъемники с рабочими платформами.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

металлоконструкция — металлоконструкция, металлоконструкции, металлоконструкции, металлоконструкций, металлоконструкции, металлоконструкциям, металлоконструкцию, металлоконструкции, металлоконструкцией, металлоконструкциею, металлоконструкциями, металлоконструкции,… … Формы слов

металлоконструкция — металлоконстр укция, и … Русский орфографический словарь

металлоконструкция — (1 ж), Р., Д., Пр. металлоконстру/кции; мн. металлоконстру/кции, Р. металлоконстру/кций … Орфографический словарь русского языка

металлоконструкция — металлоконстру/кция, и … Слитно. Раздельно. Через дефис.

металлоконструкция — металлическая конструкция … Словарь сокращений русского языка

VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Владимир Григорьевич Шухов (16 (28) августа 1853 – 2 февраля 1939) – великий инженер, изобретатель, учёный; почётный член Академии наук СССР, Герой Труда.

Его творчество навсегда останется образцом ломки устаревших технических традиций. Он всегда опережал свое время. Он не подражал никому, ему подражали многие. Академик инженерного звания. Великий инженер.

В.Г. Шухов первым в мире применил для строительства зданий и башен стальные сетчатые оболочки. Впоследствии архитекторы хай-тека, знаменитые Бакминстер Фуллер и Норман Фостер, – окончательно внедрили сетчатые оболочки в современную практику строительства, и в XXI веке оболочки стали одним из главных средств формообразования авангардных зданий.

В конце XIX века, изобретением конструкций на сетчатой основе, Владимир Шухов обогнал инженерную мысль на десятки лет вперёд. Именно ему первому пришла идея использования совместной статической работы системы из металлических стержней, перекрещивающихся в двух направлениях. При такой конструкции покрытие работает как одно целое, причем все стержни несут приблизительно одинаковую нагрузку, что позволяет изготавливать их одного сечения.

Шухов ввёл в архитектуру форму однополостного гиперболоида вращения, создав первые в мире гиперболоидные конструкции. Позднее гиперболоидные конструкции использовали в своём творчестве такие знаменитые архитекторы, как Гауди, Ле Корбюзье и Оскар Нимейер.

В состав архитектурных сооружений этого выдающегося человека вошли: водонапорные башни всевозможных видов, и конфигураций; теле-и радиобашни; маяки; арочные конструкции; мосты; линии электропередач и многие другие сооружения. В своей работе я бы хотел более подробно остановиться на башенных сооружениях гиперболоидного типа, вникнуть в монтаж этих конструкций.

Сам Шухов Владимир Григорьевич отмечал, что в годы учёбы «на лекциях по аналитической геометрии о гиперболоидах вращения рассказывали, конечно, для тренировки ума, но уж никак не для практического применения». [2]

В.Г. Шухов является изобретателем первых в мире гиперболоидных конструкций и металлических сетчатых оболочек строительных конструкций (патенты Российской Империи № 1894, № 1895, № 1896; от 12 марта 1899 года, заявленные В. Г. Шуховым 27.03.1895 −11.01.1896).

Сейчас рассмотрим наиболее известные гиперболоидные конструкции Владимира Григорьевича Шухова.

Ажурная башня на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде, выполненная в форме гиперболоида, она стала первенцем в ряду самобытных металлических конструкций, неизвестных до этого миру. Проектируя свою башню, Шухов использовал известное из аналитической геометрии свойство образования криволинейной поверхности однополостного гиперболоида вращением вокруг прямой оси.

Сужающаяся кверху по плавной кривой, башня вся, не считая колец жесткости, была собрана из прямых металлических стержней. Простая в изготовлении и удобная при монтаже, она была, говоря современным языком, технологична. [1]

В 1922 году под руководством Шухова была сооружена знаменитая радиобашня на Шаболовке в Москве, состоящая из шести отдельных секций-гиперболоидов и навсегда ставшая символом отечественного радио- и телевещания.

Рис. Рабочий чертёж радиобашни

Рис. радиобашня на Шаболовке

Петропавловская Ирина Александровна так описывает монтаж шаболовской радиобашни в городе Москве: «При возведении башни Шухов осуществил «телескопический» метод монтажа крупными блоками путём последовательного подъёма каждой очередной гиперболоидной секции внутри одной или нескольких предыдущих. Сначала монтировалась нижняя опорная секция; на верхнем ее кольце устанавливались А-образные деревянные опоры, оснащенные полиспастами, необходимыми для подъёма следующей секции. Внутри опорной секции монтировалась вторая секция. Наверху второй секции закреплялись, пока секция еще находилась на земле, кольцевые леса и А-образные двуноги, необходимые для подъёма третьей секции; затем с помощью полиспастов первой секции вторую секцию поднимали в проектное положение, закрепляли и т.д. Для «телескопического выдвижения» каждой последующей секции В.Г. Шухов предложил временное упругое уменьшение нижнего диаметра поднимаемой секции специальными стяжками, необходимыми только для процесса монтажа. Подняв секцию, т.е. пропустив ее через верхнее кольцо нижнестоящей секции, стяжки ослаблялись, нижнее кольцо поднимаемой секции принимало проектное положение, что позволяло сомкнуть верх нижней и низ верхней секций» [2]

Башня Шухова была единственным в мире сооружением подобного типа. По форме она напоминала конус, состоявший из шести отдельных секций, высотой по 25 м каждая. Сетчатая конструкция башни создавала минимальную поверхность для ветра, обусловливающую основные нагрузки для сооружения большой высоты. Основание нижней первой секции опиралось на железобетонный фундамент глубиной 3 м и диаметром 42 м.

В июне 1921 г. Шухов и его помощники столкнулись с непредвиденным испытанием: строительство башни уже близилось к концу, но при подъеме четвертой секции лопнул трос одной из лебедок, и гигантская конструкция рухнула вниз с высоты 75 м. При этом она основательно деформировала ранее возведенные секции и превратила в металлолом лежавшие на земле, но уже смонтированные и готовые к подъему, пятую и шестую секции.

Стальная оболочка Шуховской башни на Шаболовке благодаря своей сетчатой структуре испытывает минимальную ветровую нагрузку, представляющую главную опасность для высотных сооружений. Секции башни – однополостные гиперболоиды вращения, сделанные из прямых балок, упирающихся концами в кольцевые основания. Круглый конусный корпус башни состоит из 6 секций высотой 25 метров каждая. Нижняя секция установлена на бетонном фундаменте диаметром 40 метров и глубиной 3 метра.

К счастью, специальная комиссия установила, что причина аварии в усталости металла, и нужно было, не теряя времени, заново начинать работу. В результате невероятных усилий и огромного труда строительство башни было завершено в установленные сроки, в конце 1921 г.

Шуховская башня на Шаболовке признана архитекторами всего мира выдающимся, уникальным шедевром инженерного искусства. Мировое значение Шуховской башни подтверждают экспозиции ее макетов на престижных архитектурных выставках Европы последних лет. На выставке "Инженерное искусство" в центре Помпиду в Париже изображение Шуховской башни использовалось как логотип.

Шуховская башня признана памятником архитектуры и инженерной мысли, охраняется государством. Но башня никогда не реставрировалась. Попытки придать ей дополнительную прочность с помощью сварных элементов, признаются как варварство по отношению к уникальной конструкции. Во время усиления элементов башни был нарушен основной принцип, заложенный Шуховым, — определенная доля подвижности и самокомпенсации по отношению к внешним нагрузкам. Башня не защищается от коррозии Подвижное основание забетонировано, что нарушает шуховскую кинематическую схему конструкции. Шаболовская башня располагается на закрытой территории, и туристы не могут к ней подойти. Сейчас обсуждается вопрос о реставрации башни в ее первозданном виде и идея создания у ее подножия рекреационно-туристической инфраструктуры, включающей «Шуховский центр науки, культуры и искусства».

На выставке "Лучшие конструкции и сооружения в архитектуре XX века" в Мюнхене в 2003 году был установлен позолоченный шестиметровый макет Шуховской башни. Конструкции Владимира Шухова подробно описываются во многих европейских книгах по истории архитектуры. На международной научной конференции "Heritage at Risk. Сохранение архитектуры XX века и Всемирное наследие", прошедшей в Москве в апреле 2006 года с участием 170 специалистов из 30 стран мира, Шуховская башня признана шедевром русского архитектурного авангарда и объектом всемирного наследия.

Интересно, что первая гиперболоидная башня (рис. 1) была возведена Шуховым еще до официального одобрения патента – летом 1896 г. она стала украшением крупнейшей в дореволюционной России промышленной и художественной выставки в Нижнем Новгороде.

Рис. 1. Первое в мире сооружение гиперболоидной формы – башня Шухова в Полибине.

Это первое в мире сооружение гиперболоидной формы и первая в мире башня, выполненная в виде несущей сетчатой оболочки. Однополостный гиперболоид вращения первой башни Шухова образован 80 прямыми стальными профилями, концы которых крепятся к кольцевым основаниям. Сетчатая стальная оболочка из ромбовидно пересекающихся профилей упрочнена 8 параллельными стальными кольцами, расположенными между основаниями. Высота гиперболоидной оболочки башни – 25,2 метра (без учёта высот фундамента, резервуара и надстройки для обозрения). Диаметр нижнего кольцевого основания – 10,9 метра, верхнего – 4,2 метра. Максимальный диаметр бака – 6,5 метра, высота – 4,8 метра. От уровня земли из центра основания башни до уровня дна резервуара поднимается красивая стальная винтовая лестница.

В центральной части бак имеет цилиндрический проход с прямой лестницей, ведущей на смотровую площадку на верхней поверхности резервуара. Над смотровой площадкой на баке сделана гиперболоидная надстройка с прямой лёгкой лестницей, ведущей на более высокую малую смотровую площадку. Гиперболоидная надстройка смонтирована из 8 прямых профилей, упирающихся в кольцевые основания, между которыми расположено ещё одно упрочняющее кольцо. Верхняя площадка в 1896 году имела деревянный настил и ограждение (не сохранились). Общая высота башни до верхнего кольца надстройки составляет 37 метров. Все стальные элементы конструкции башни соединены заклёпками. К выступающим из фундамента металлическим стержням арматуры, имеющим нарезанную резьбу, кольцевое стальное основание башни прикручено гайками.

Одним из памятников деятельности Владимира Григорьевича является башня на реке Оке.

Единственная в мире гиперболоидная многосекционная опора линии электропередачи, выполненная в виде несущей сетчатой оболочки. Шуховская башня на Оке построена через семь лет после башни на Шаболовке, признаётся западными специалистами более совершенной и достойной внесения в список Всемирного наследия.

Обследование башни занимались сотрудники Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета. Ими были проведены работы по уточнению состояния башни, а так же анализ состояния отдельных её элементов, несколько из которые подверглись коррозии, и деформациям, связанными, возможно, с ошибками при монтировании.. Это отчётливо видно на фотографиях, которые были предоставлены, после осмотра башни.

По результатам обследования был сделан вывод, что башня находиться в хорошем состоянии, местные деформации в элементах и коррозия не повлияли на общую устойчивость и прочностные характеристики башни.

После проведения ремонтных работ по восстановлению утраченных 16 опорных стержней и окраски элементов, башня вернула своё первоначальное состояние и былую красоту. Студенты ННГАСУ постоянно занимаются исследованиями, связанными с шуховскими конструкциями. Диссертация Н.А. Василяко «Исследование напряжённо-деформированного состояния элементов башни высотой 128 м системы В.Г. Шухова» в которой проводилась оценка надёжности восстановленной башни. Также прводилось исследование связанное с ветровым воздействием на башню, была создана модель, которая в дальнейшем помещалась в аэродинамическую трубу и продувалась, ценность этой работы заключается в следующем:

получены коэффициенты надёжности при разных режимах работы

получены виды распределения скоростей ветра

графики зависимости значения аэродинамических характеристик от диаметра конструкции

Шуховские гиперболоидные башни в современной истории.

В настоящее время запатентованные гиперболоидные конструкции Владимира Григорьевича Шухова используются по всему миру, ярким примером является телебашня Гуанчжоу, высота которой составляет 610 метров. Сетчатая оболочка башни выполнена из стальных труб большого диаметра. Башню венчает стальной шпиль высотой 160 метров.

Рис. башня Aspire в столице Катара Дохе

Есть гиперболоидные башни в Польше и Бразилии, Испании и Австралии, Чехии и Швейцарии. Сетчатые конструкции использовали, наверное, все великие архитекторы XX века – и Антонио Гауди, и Оскар Нимейер. даже знаменитые здания-шары Бакминстера Фуллера имеют решетчатую основу, изобретенную Шуховым.

Виноградова Т. П., Авдеев С. О.; Нижегородский открытия. Код Шухова. Н. Новгород. 2013г.

Грефе Р., Гаппоева М.М., Перчи О., перевод с немецкого Глотова Л.М., Гаппоева М.М.;

В.Г. Шухов. Искуство конструкции., Москва «Мир» 1994г.

3. Хан-Магомедов С.О.; Творцы авангарда. Владимир Шухов. Москва 2010г. 192 с.

Онтология сетчатых оболочек

Ричард Роджерс, Сантьяго Калатрава, Франк О. Гери и многие другие мастера западного Hi-Tech и деконструктивизма в своих шедеврах часто используют конструкции с криволинейными очертаниями. Один из способов создания таких архитектурных «неровностей» — использование покрытий на основе сетчатых оболочек.
Этот вид покрытий — всего лишь один из многочисленных вариантов возведения оболочек. Однако некоторые интересные свойства таких конструкций, присущие только им, стоят того, чтобы на них остановиться поподробнее.

История
Прежде чем начать знакомство с современной мировой практикой применения сетчатых конструкций, совершим краткий экскурс в историю этого класса покрытий. В принципе, попытки создания криволинейных покрытий предпринимались еще в Древнем Риме. По существу, активно применявшиеся древними римлянами купола и своды — ничто иное, как первые оболочки, ювелирно собранные из кирпичей специальной формы. Эта купольно-сводчатая «номенклатура» первых оболочек просуществовала без особенных дополнений вплоть до XIX века. Изменялись пропорции, варьировалась форма линии, образующей поверхность, а по сути купола оставались куполами, своды — сводами, арки — арками. Мастера различных эпох и архитектурных школ научились достаточно эффективно использовать все возможности этих конструкций. Казалось, что после пышного конструктивного разнообразия готики и барокко, ничего принципиально нового к инструментарию, отработанному в эти эпохи, добавить уже нельзя. Расширению номенклатуры новых форм покрытий мешала «кирпичная» технология их строительства. Например, при простом увеличении размеров купола (не говоря уже об усложнении его формы) собственный вес кирпичного покрытия становится настолько большим, что требует значительного увеличения толщины несущей конструкции, а это, в свою очередь, опять увеличивает вес — и так до бесконечности.
В середине XIX века ситуацию облегчила появившаяся возможность в большом количестве использовать в строительстве сталь и чугун. Именно тогда стали активно применяться огромные купола и своды на основе металлического каркаса. Применение металла позволило не только снизить массу покрытия, но и дало возможность делать эти конструкции светопрозрачными — так как заполнение каркасов можно было делать стеклянным. Успешное и активное развитие этих конструкций, одновременно с повышением качества и объемов производства металла в конце XIX века и создало необходимый «базис» для возникновения целого спектра новых металлических конструкций. Из металла становилось строить не только выгодно, но и модно. Пассажи, оранжереи и выставочные павильоны, сверкающие на солнце тоннами стекла и металла, поражали воображение жителей XIX столетия.
Как раз в этот момент, в период самого разгара «первой металлической революции» и возникли первые сетчатые оболочки а также несущие конструкции на их основе. С достаточной долей достоверности можно утверждать, что изобретателем этого вида конструкций стал знаменитый русский инженер В. Г. Шухов. Именно ему первому пришла в голову идея использования совместной статической работы системы из металлических стержней, перекрещивающихся в двух направлениях. При такой конструкции покрытие работает как одно целое, причем все стержни несут приблизительно одинаковую нагрузку, что позволяет изготавливать их одного сечения. Говорят, идея использования сетчатых конструкций у Шухова родилась благодаря казусу, аналогичному тому, который позволил Ньютону открыть закон всемирного тяготения. В роли яблока послужило обычное цветочное кашпо, сплетенное из прутьев. Его прочность оказалась достаточной, чтобы выдержать вес взрослого человека, вставшего на него одной ногой. Это и стало причиной экспериментов с конструкциями, аналогичными по своему устройству тому самому «плетеному горшку».

«Второе дыхание»
На протяжении всей первой половины XX века сетчатые оболочки чаще всего применялись в промышленном строительстве. С их помощью перекрывали производственные цеха и выставочные павильоны, где требовалось с минимальными затратами металла перекрыть пролеты более 30-40 м.
При строительстве жилых и административных зданий сетчатые оболочки до недавнего времени применялись крайне редко. Жесткие рамки безраздельно властвующего в 20-50-х годах XX века воинствующего Корбюзианско-Райтовского функционализма сводили к минимуму возможность использования обтекаемых сетчатых «выпуклостей» в светских постройках. Вторую жизнь этим, к тому времени достаточно «затертым» промышленной архитектурой, конструкциям вернуло увлечение многих мировых архитекторов эстетикой филигранно спроектированных и исполненных в материале различных конструкций. Впоследствии это увлечение стало называться «стилем Hi-Tech».
Сетчатые оболочки как нельзя кстати пришлись для манифестации новых подходов в формообразовании. С одной стороны, их вид крайне «технотронен», что позволяет без ущерба для общей композиционной идеи вживлять их в самые экстремальные Hi-Tech-постройки. С другой — с помощью сетчатых оболочек можно создать максимально биоморфный объем. Это отвечает еще одному крайне модному в последние 20 лет веянию в архитектуре — стремлению создать «экологические» по формообразованию постройки. В этой области занятен опыт чешского архитектора и инженера Яна Каплицки, который создал множество проектов так называемых био-домов. Большая часть из них предполагала использование металлических сетчатых оболочек в качестве несущих конструкций для остекления. К сожалению, ни один более или менее серьезный проект неистового чеха так и не был реализован. Немецким же архитекторам Хьюго Херингу и Фрай Отто повезло больше, и в 1974-76 годах им удалось с использованием сетчатых оболочек возвести торговый павильон в Мангейме. Внушительные размеры сооружения(160 м в длину и 85 м в ширину)как нельзя лучше продемонстрировали конструктивный потенциал этого вида конструкций. Получившийся в результате объем здания стал ассоциативно напоминать гигантского моллюска или гипертрофированный микроорганизм, внезапно возникший посреди зелени городского парка.
Не обошел вниманием сетчатые оболочки и такой апологет Hi-Tech, как Норманн Фостер. Одна из его недавних построек — здание факультета права в Кембридже, как раз и стала своеобразной «галочкой» в формотворческой биографии мастера. Кстати сказать, в знаменитом проекте реконструкции Рейхстага в Берлине Фостер также использовал открытый сетчатый купол. Как известно, именно этот купол помог архитектору выиграть конкурс, и именно этот проект лег в основу реальной реконструкции.

Технологические нюансы
Несмотря на внешнюю ажурность и легкость сетчатых оболочек, их изготовление до сих пор остается крайне дорогостоящим и трудоемким делом. Именно сложность технологии строительства сдерживает более широкое применение этих конструкций. Главная проблема любых сетчатых оболочек — узлы соединения перекрещивающихся стержней. В самом элементарном варианте, когда собирается оболочка небольших размеров, эти стержни попросту свариваются между собой газовой или электросваркой. Но при увеличении габаритов и, прежде всего, пролетов оболочек, сечение несущих элементов становится больше. В результате возникает необходимость разработки специальных узлов соединения. Как правило, изготовление этих узлов требует заводской точности, что, естественно, значительно удорожает их производство.
В момент сборки оболочки также необходима филигранная точность монтажа, не всегда доступная (особенно в России).
Сейчас учеными ведутся работы по снижению себестоимости возведения сетчатых оболочек. И кто знает, может быть через 10-20 лет эти конструкции станут настолько привычными и дешевыми, что из них будут собирать крытые овощные рынки и автостоянки в новостройках.

Гиперболическая башня Шухова — пожалуй, первая, и до сих пор самая известная постройка с использованием сетчатых конструкций.

Одни из первых сетчатых оболочек в полном смысле этого слова — перекрытие Выксунского завода оболочкой двоякой кривизны, построенное в 1893 году, слева — сетчатые шатровые навесы Нижегородской выставки (1896 год). Оба эти сооружения «принадлежат перу» Шухова.

Торговые павильоны в г. Мангейм (Германия), построенные по проекту Хьюго Херинга и Фрая Отто. Оба павильона практически целиком изготовлены из сетчатых оболочек, перекрывающих площадь 9500 м 2 . Стеклянные заполнения ячеек «сетки» позволяют осуществить естественное освещение интерьера по всей поверхности «стен» и «кровли».

Лучезарные фантазии чешского архитектора Яна Каплицки: супермаркет в Бирмигеме Яна Каплицки

Концепт-проект «Green Building» («Зеленый дом»)

Проект нового здания музея в афинском Акрополе.

Музей фруктов в г. Яманаши (Япония) — традиционный специфический японский взгляд на сетчатые оболочки, насыщенно выраженный уроженкой Страны восходящего солнца Итсуко Хосегава. Здесь оболочки используются и как несущие конструкции для остекления, и просто как металлическая решетка, обозначающая объем сооружения.

Купол над Рейхстагом в Берлине, выполненный в виде открытой металлической сетчатой оболочки. В 1994 году это изящное архитектурно-конструктивное решение принесло победу сэру Норманну Фостеру в международном конкурсе на реконструкцию здания — символа объединенной Германии. Внутри оболочки расположен конусообразный стеклянный рефлектор, который направляет солнечные лучи во внутренние помещения здания немецкого парламента. Под ажурным, практически неосязаемым металлическим куполом расположена спиралевидная смотровая площадка для посетителей.

Еще одна «сетчатая» работа Норманна Фостера — здание Факультета Права в Кембридже (Великобритания). Довольно массивная сетчатая оболочка из стальных труб со сварными узлами поддерживает фасадное остекление, которое выполнено из треугольных сегментов, дублирующих ячейки оболочки. Видимо в этом сооружении сечения элементов сетчатой оболочки специально были «гипертрофированы» , чтобы создать ощущение тяжелого и замысловатого барьера на пути к внешней среде. По конструктивным соображениям все стержни могли быть на порядок «тоньше».

Стальные сетчатые оболочки кто применил

Если у вас не работает один из способов авторизации, сконвертируйте свой аккаунт по ссылке

Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal

В Выксе на Выксунском металлургическом заводе находится уникальный памятник промышленной архитектуры и технического искусства, построенный великим русским инженером, архитектором и учёным академиком Владимиром Григорьевичем Шуховым в 1897 году. Это цех с первыми в мире стальными сетчатыми перекрытиями-оболочками двоякой кривизны. Парусообразные перекрытия цеха в Выксе — единственные сохранившиеся в России стальные сетчатые перекрытия-оболочки из более тридцати, возведённых по проектам В.Г.Шухова. В XXI веке, благодаря применению компьютеров для расчёта конструкций, сетчатые оболочки-перекрытия используются ведущими архитекторами мира, такими как Лорд Норман Фостер, Заха Хадид, Сантьяго Калатрава, Поль Андре, Максимилиан Фуксас и другими.

"The First Doubly Curved Gridshell Structure — Shukhov's Building for the Plate Rolling Workshop in Vyksa.

In the year 1897, the renowned Russian engineer-polymath Vladimir Shukhov built a production hall in the town of Vyksa, a steel mill 150km southwest of Nizhny Novgorod. This building entails the first doubly curved gridshell structure. . The production hall is on the vast premises of the Vyksa Steel Works, a manufacturer of metallurgical products, founded in 1757. The building was designed in 1897 and construction could be completed a year later. The building was in use until the 1980ies. Abandoned and neglected for more than two decades, the building is today in a disastrous state of repair. The construction with a footprint of 73.00m x 38.40m consists of five 14.60m wide bays, which are separated by four trussed arches. In the longitudinal direction, the building is braced by six vertical cantilevers, which are integrated into the front facades, and connected to the arches with tie rods.
The polygonal top chord of the frames provides the base for the grid shell. In the following, the construction of the arches and the front facade structure will be explicated."

"Suchovs Gitterschalen in Vyksa

Auf dem Gelände der Hüttenwerke in Vyksa, ca. 300km östlich von Moskau, sind fünf Hallen von Suchov aus dem Jahr 1897 erhalten. Sie werden seit ca. 20 Jahren nicht mehr genutzt. Die Originalsubstanz ist im Wesentlichen erhalten allerdings durch Korrosion stark geschädigt.

Bereits erstellt wurde eine umfangreiche Bestands— und Schadensaufnahme (Bearbeiter Dipl.-Ing. Matthias Beckh und Dipl.-Ing. Christian Kayser), erforderliche Instandsetzungsmaßnahmen wurden konzipiert und vorgeschlagen. In Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Graefe, Institut für Architekturtheorie und Baugeschichte der Universität Innsbruck und Prof. Dr.-Ing. Schuller, Lehrstuhl für Baugeschichte, Historische Bauforschung und Denkmalpflege der TUM wird derzeit eine umfassende Dokumentation des Bestandes erarbeitet."

Matthias Beckh, Rainer Barthel: The first doubly curved gridshell structure — Shukhov's building for the plate rolling workshop in Vyksa. In: Proceedings of the Third International Congress on Construction History. 2009. Berlin: Neunplus1. S.159-166.

Rainer Barthel, Matthias Beckh, Andrij Kutnyi, Manfred Schuller: Ein Meilenstein im Schalenbau — Schuchovs Halle für das Blechwalzwerk in Vyksa. In: Juliane Mayer (Hg.) Forschen, Lehren und Erhalten — Festschrift für Rainer Graefe. Innsbruck 2009. S. 105 — 122

Kooperationspartner:
Prof. Dr. Graefe, Universität Innsbruck, Institut für Architekturtheorie und Baugeschichte,
Prof. Dr.-Ing. Manfred Schuller, Technische Universität München, Lehrstuhl für Baugeschichte, historische Bauforschung und Denkmaplfege,
Prof. Dr.-Ing. Uta Hassler, ETH Zürich, Institut für Denkmalpflege,

Prof. Dr. Murat Gappoev, Staatliche Universität für Bauwesen Moskau,
Prof. Dr.-Ing. Klaus Hanke, Prof. Dr.-Ing. Albert Grimm-Pitzinger, Arbeitsbereich Vermessung und Geoinformation, Universität Innsbruck.

"En 1897, l'ingenieur russe Vladimir Shukhov a concu et construit un hall de production pour une entreprise siderurgique dans la ville de Vyksa, un batiment comportant la premiere structure de gridshell a double courbure (Beckh and Barthel 2009). Le batiment, d'une supercie de 73,00m x 38,40m se compose de cinq larges baies separees entre elles par quatre arcs en treillis. Dans le sens longitudinal, la construction est soutenue par six consoles verticales qui sont integrees dans les facades et reliees aux arcs par des tirants. A cette epoque, les gridshells n'etaient pas connus et il n'existe aucune preuve historique sur la fa»con dont Shukhov a genere la forme de la structure."

The Shukhov Tower in Vyksa:

На территории Выксунского металлургического завода расположена также стальная сетчатая гиперболоидная башня-оболочка В.Г.Шухова.

Сетчатые оболочки – конструкции XXI века

В статье описана технология проектирования и строительства быстровозводимых конструкций с использованием пространственно-стержневых конструкций. Такие сооружения могут найти широкое применение в хозяйстве, в особенности эта технология может быть востребована для высоких широт. Приведены различные варианты типов каркасов, геодезических структур и соединительных элементов.

Использование пространственно-стержневых конструкций не является новой технологией: строительство с их применением имеет более чем полувековую историю. Сетчатые оболочки чаще всего применялись в промышленном строительстве, где требовалось с минимальными затратами металла перекрыть пролеты более 30–40 м.

На заре развития отрасли сетчатые оболочки применялись в своих простейших геометрических формах — геодезических куполах. Это было обусловлено относительной простотой при расчете отдельных элементов конструкции. Первые геодезические купола были разработаны Ричардом Фуллером в 40-х гг. прошлого века. Фуллер разложил купольную конструкцию на треугольники, стороны которых располагаются на геодезических линиях, соединяющих две точки на криволинейной поверхности. Такая конструкция позволила покрывать максимально возможное пространство с использованием наименьшего количества строительных материалов. Труды Р. Фуллера принесли свои результаты: мировое сообщество обратило внимание на новый многообещающий тип конструкций, что позволило в последующие десятилетия создать несколько интересных проектов, среди которых:

Рис. 1. Выставочный павильон США «Экспо-67» в Монреале (высота 62 м, диаметр 76 м). 1967 г. Рис. 2. Сент-Луис, США. Геодезический купол «Климатрон», используемый как оранжерея ботанического сада (высота 21 м, диаметр 53 м). Выполнен в алюминиевых конструкциях. 1960 г.

Новый вектор развития отрасли был задан относительно недавно, в связи с совершенствованием и повсеместным внедрением вычислительной техники.

Появление новых систем автоматизированного проектирования (САПР) и программируемых станков (ЧПУ) позволило выйти за пределы простейших конфигураций сетчатых оболочек, строить не только геодезические купола, но и придавать объектам разнообразные формы. Огромные массивы данных теперь могут быть обработаны автоматически, и большое количество однотипных элементов конструкций, отличающихся тем не менее в небольшом диапазоне параметров, могут быть созданы в полуавтоматическом режиме с использованием ЧПУ при минимальном участии человека.

Рис. 3. Пример проектов сетчатых оболочек произвольных конфигураций

Свойства сетчатых оболочек

Характерной чертой сетчатых оболочек является отсутствие несущих конструкций в виде различных колонн, балок, перекрытий. Конструкция является самонесущей и в большинстве случаев обладает более высокими несущими свойствами в сравнении с конструкциями другого типа. Это происходит из-за равномерного распределения нагрузок на все стержни конструкции, что фактически исключает хрупкое разрушение. Конструкции на основе геодезического купола помимо высоких несущих свойств имеет и хорошие аэродинамические показатели, что расширяет спектр его применения.

Сборка сетчатых оболочек осуществляется в более быстрые сроки и требует на порядок меньше трудовых ресурсов по сравнению с конструкциями традиционного типа. Для монтажа не требуется специальная строительная техника, оборудование и оснастки — основным рабочим инструментом является гаечный ключ.

Для покрытия купольных конструкций часто применяют мембранные материалы. Мембрана, является высокотехнологичным, универсальным покрытием. Такие покрытия удобны в перевозке и монтаже, компактны и не горючи. В условиях сурового российского климата возможно использование утепленных мембран. Помимо мембран для покрытия могут быть использованы стальные листовые материалы, сэндвичи и т.д., вырезанные в виде треугольников. Они крепятся между собой болтовыми и клепальными соединениями.

Широкое применение получило – остекление оболочек. Такое покрытие наиболее привлекательно с архитектурной и эстетической точек зрения, однако использование стекла в качестве ограждающей конструкции всегда приводит к удорожанию и увеличению металлоемкости вследствие уменьшения допусков перемещений элементов конструкции и осадки.

Геодезический купол

Геодезический купол, как было уже сказано, представляет собой частный случай сетчатой оболочки и является наиболее эффективным при создании полусферических конструкций. Форма купола, по сравнению с традиционными прямоугольными зданиями, идеальна при сильных сейсмических, ветровых и снеговых нагрузках. Возведенный купол значительно сложнее разрушить ударными нагрузками; даже поврежденная в одном или нескольких местах до 30%, она не утрачивает своей несущей способности и не разрушается. Геодезический купол является быстровозводимым сооружением, не требующим значительного количества строительной техники. В качестве покрытия конструкции возможно установить тканную или полимерную структуру, стеклопакеты, оргстекло, непрозрачную сэндвич-панель, поликарбонат и прочее.

Рис. 4. Визуализация геодезического купола диаметром 10 метров Рис. 5. Геодезический купол компании «Росинжиниринг», установленный для детской горнолыжной школы (собран бригадой из 5 чел. ручным инструментом за 24 часа в декабре 2014 г.)

Использование пространственно-стержневых конструкций в арктических широтах

Технология пространственно-стержневых конструкций в России стала активно развиваться в связи с планами по освоению континентального шельфа Арктики. Благодаря совокупности несущих, аэродинамических, конструктивных свойств, быстроте и простоте сборки, компактности доставки, геодезические купола будут с успехом применяться в суровых климатических условиях Крайнего Севера.

Преимуществами сетчатых конструкций перед обычными являются мобильность и скорость сборки; конструкцию можно разобрать и собрать повторно; стержневые элементы и коннекторы, распределенные по типам, умещаются в компактную упаковку; доставляются любым видом транспорта до места сборки; узловые и стержневые элементы промаркированы, имеют стандартные габариты, а инструкция по сборке понятна и проста, работа по сборке не требует специализированных навыков.

На фундамент приходятся небольшие нагрузки (за счет равномерного распределения внутренних усилий в сечениях стержней), что позволяет использовать множество типов фундаментов. Наиболее эффективно и целесообразно применение винтовых свай, за счет их быстрой установкой и адаптивностью к условиям вечной мерзлоты. Такие фундаменты имеют небольшие габариты и удобны в транспортировке.

Подводя итог, можно сказать, что купольные конструкции сетчатого типа — одно из наиболее эффективных сооружений для полярных и субполярных районов Земли для создания комфортных условий проживания и ведения деятельности.

Об этом свидетельствует и практика зарубежных партнеров, в частности успешно установленный купол на полярной станции имени Амундсена-Скотта — это внутриконтинентальная полярная станция США, расположенная на леднике в Антарктиде. Купол был установлен в 1975 г., его диаметр — 50 м и высота — 16 м. Данное сооружение стало достопримечательностью станции; в нём находились даже магазин, почтовое отделение и паб.

Рис. 6. Внутриконтинентальная полярная станция США на леднике в Антарктиде

Проектирование свободных форм

Процесс проектирования сетчатых оболочек ведется в специализированных программных комплексах систем автоматизированного проектирования (САПР). Данные расчетные программы отвечают всем требованиям и нормам, предусмотренным российским законодательством.

Процесс создания модели и расчета прочности включает в себя несколько этапов:

1. Определяются форма и размеры поверхности в зависимости от назначения здания или сооружения, архитектурной и дизайнерской концепции, пожеланий заказчика.

Существует безграничное множество поверхностей, применяемых в строительстве. Самым простым примером служит поверхность вращения.

Рис. 7. Схематическое построение поверхности вращения

Направляющими для вращения могут служить парабола, окружность, эллипс.

Структурные формы куполов могут быть комбинированными, параболическими или инвертированными. А также возможна двоякая кривизна в одном направлении или в противоположных направлениях. Возможно создание поверхности свободной формы.

Один из концептуальных проектов был выполнен компанией «Росинжиниринг» — многофункциональный спортивный комплекс общей площадью 10 542 м2. Конструкция состоит из двух сплюснутых полусфер диаметром 66 м, соединенных между собой. Общая длина здания 120,55 м, высота — 23 м. Сооружение представляет собой пространственно-стержневое конструкцию на болтовом соединении с узловыми элементами в виде многогранника с подсистемой для остекления. Внутри здания располагается административно-хозяйственный блок, выполненный из металлических балок и стоек.

Рис. 8. Архитектурная концепция многофункционально-
спортивного комплекса

2. После определения поверхности производится разбиение на треугольники (триангуляция).
Узор, форма и размеры ячейки сетки треугольников могут быть различными. Наиболее популярным разбиением на треугольники сферических поверхностей является геодезическая структура, основанная на векторном разбитии икосаэдра. Также применяется ромбовидная система разбиения, которая является универсальной, подходящей для любого типа оболочек свободной формы.

Каркас, состоящий из треугольных ячеек, может быть однослойным либо многослойным.

Тип каркаса выбирается в зависимости от величины пролета, сейсмики, климатических условий и других факторов.

В куполах диаметром менее 30 м применяют однослойную структуру стержней. При пролетах более 30 м, как правило, применяют двухслойную ферму первого или второго типа в зависимости от формы поверхности, внешних нагрузок и выбора типа конструктивных элементов.

3. Когда «проволочная» модель конструкции готова, ее импортируют в расчетную программу для определения жесткости стержневых элементов. В зависимости от района строительства выбираются нагрузки на конструкцию в соответствии с нормативными документами.

4. Последним этапом являются создание 3D-модели конструкции, разработка проектной и рабочей документации.

Автоматизация проектирования

После создания «проволочной» модели конструкции, она импортируется в САПР, где будут выполнены все дальнейшие проектные работы. Построение и расчет отдельных узлов и стержней осуществляются на базе исходной модели полностью встроенными средствами САПР и не вызывают затруднений. Однако для конструкции, содержащей десятки тысяч таких элементов, ручное проектирование потребует огромного количества времени. Кроме того, малейшее внесение изменений в исходную «проволочную» модель конструкции опять же потребует пересчета всех элементов.

В целях снижения трудозатрат и временных затрат на проектирование, целесообразным представляется решение вопроса автоматизации этого процесса. Но универсальных программных средств для обработки сетчатых оболочек на рынке не представлено, или их нет в открытом доступе. Это в т.ч. связано с уникальностью устройства стержней и узлов.

Принимая во внимание важность решения этой задачи, в компании «Росинжиниринг» было принято решение о разработке специализированного программное обеспечение (ПО) для автоматизации процесса проектирования сетчатых оболочек — RoingGeoDome.

Построение трехмерной геометрии всего объекта, расчет характеристик элементов, создание сборочных чертежей и спецификаций теперь могут быть выполнены с поразительной скоростью, путем нескольких итераций в интерфейсе программы. В ПО реализована поддержка нескольких необходимых типов узлов и стержней, но при необходимости могут быть добавлены любые другие при минимальном участии программиста.

В базовые задачи ПО входят вычисление местоположения узлов на основе «проволочной модели», вычисление нормалей узлов и углов закрепления стержней, вычисление углов между проекциями стержней на ось нормали узла и др. Далее выполняются расчеты, характерные для каждого из типов узлов — например, для узла типа “Polyhedron”, вычисляется диаметр узла на основе диаметров стержней и углов их закрепления.

Типы применяемых элементов

Любая структура купола состоит из стержневых и узловых элементов. Стержень представляет собой трубу круглого или квадратного сечения. Он крепится к узловому элементу или, как его называют, коннектору.

Инженеры компании «Росинжиниринг» при разработке конструкций применяют множество типов соединений узлового и стержневого элементов. Рассмотрим основные из них:

1. Соединение “Light”. Применяется для легких временных конструкций или конструкций малого диаметра. Трубы круглого сечения, сплюснутые по концам, имеют простое болтовое соединение с круглой пластиной. Болт меньшего размера дополнительно устанавливается в одном из стержней коннектора, чтобы устранить закручивание последнего.

2. Соединение ”Basic”. Применяется, как правило, в геодезических куполах диаметром от 10 до 30 м при круглогодичной эксплуатации. Квадратные трубы соединяются с узловыми элементами с помощью болтов. Узловой элемент представляет собой цилиндр с приваренными пластинами с отверстиями под болты.

3. Соединение “Polyhedron” (в переводе с англ. — «многогранник»). Применение таких конструкций широко распространено в большепролетных сооружениях и в сооружениях свободной формы. Впервые на территории СССР узлы такого типа были применены еще в 1969 г. профессором В. К. Файбишенко для большепролетных строений и нашли широкое применение в нашей стране. Узловой элемент представляет собой сточенный цилиндр, который со стороны каждого стержня имеет на этих плоскостях резьбовое отверстие. Для присоединения к коннектору на концах трубчатых стержней предусмотрены конические наконечники с вставным болтом и муфтой. Вращением муфты болт ввинчивается в отверстие узла.

4. Соединение “ASC”. За основу взят опыт канадской компании, которая применяет данное соединение повсеместно в конструкциях складов, спортивных площадок, фабрик и заводов. Внеся конструктивные изменения, с учетом использования на российском рынке компания «Росинжиниринг» проектирует конструкции с данным соединением. Узел представляет собой цилиндр с прорезями рифленого профиля из алюминиевых сплавов. Число пазов может достигать 9. Стержневой элемент из стального круглого профиля обрезается до нужной длины, а концы спрессовываются под нужным углом в специальной пресс-форме. Все стержни фиксируются в прорезях одним болтом. Данный узел имеет жесткое защемление в вертикальном направлении и шарнирное в горизонтальном.

Применение того или иного соединения в первую очередь обусловлено размерами конструкций и районом строительства, от чего и зависит стоимость сооружения.

В настоящее время специалистами компании разработаны конструкторские чертежи пространственной металлоконструкции физкультурно-оздоровительного комплекса в виде сфероида.

Рис. 16. Конструкция здания физкультурно-оздоровительного комплекса

Здание физкультурно-оздоровительного комплекса в плане имеет форму правильного эллипса с размерами большой и малой полуосей 42,5 и 28 м соответственно.

Несущий стальной каркас является сетчатой оболочкой, представленной в виде геодезического купола. Геодезический купол разбит по типу II с частотой 16 v. Многогранником этого типа является октаэдр.

Площадь основания — 3738,5 м2.

Выводы

Сетчатые оболочки, безусловно, являются одним из перспективных направлений в строительстве. Они оправдывают название «конструкций XXI века», как их успели окрестить инженеры. Об этом свидетельствует неуклонно растущее количество сооружений, выполненных по данной технологии и интерес заказчиков.

Потенциал технологии велик, особые перспективы конструкциям специалисты предрекают в практически неограниченных возможностях архитектурных форм, успешном применении в суровых и меняющихся климатических условиях, в проекции на будущие, значительно меняющиеся условия сосуществования населения Земли. Но для реализации этого потенциала потребуется выполнить еще немало разработок в области развития материаловедения, автоматизации проектирования, строительных норм и правил.

Читайте также:

  
• Сталь 12х18н10т гост 5949 2018
  
• Фибра анкерная стальная 1 50
  
• Как обжечь новый садж правильно стальной
  
• Как приварить сталь к чугуну полуавтоматом
  
• Проблемы как закалялась сталь