Геодезически куполи с най-съвременен дизайн
Генадий Павлов, Анатолий Супрун
Авариите на строителни конструкции през последните години, придружени с човешки жертви, задължават архитектите и строителите да обърнат специално внимание на осигуряването на достатъчна здравина, устойчивост и жизнеспособност на проектираните обекти. Един от начините за постигане на тази цел е използването на конструктивни елементи, които са надлежно проучени и изпитани в строителната практика. Такива елементи от класа черупкови покрития включват сферични, по-специално геодезични куполи. Последните се отличават с определена специфика на разделянето на сферата на съставни монтажни елементи.
До средата на 20-ти век куполите се сглобяват от елементи, проектирани чрез меридионално-пръстенообразно съчленяване на осесиметрични повърхности. Започвайки от куполите на Тадж Махал, Света София и до наши дни, хиляди композиционни форми на куполи с различни стилистични интерпретации са изградени според този принцип на разбивка.
Значителен недостатък на използването на меридионално-пръстенови оформления е голям брой видове съставни елементи, които се увеличават с увеличаване на обхвата на припокриващото се пространство. Поради тази причина, а също и в резултат на търсенето на нови архитектурни решения, от средата на ХХ век се използват сферични черупки, разбити на елементи от геодезични линии кръгове с радиуси, равни на радиуса на сферата. Този подход направи възможно изграждането на мрежи за залагане със значително по-малък брой стандартни размери, отколкото в мрежите, изградени съгласно принципа на меридионалния пръстен. Освен това беше отбелязано, че естетическите качества на геодезичните куполи се отличават със специфична пластичност на повърхностите, обусловена от избраниятип разбивка. Така започнаха да се постигат разнообразни варианти за стилистични интерпретации на куполни конструкции без допълнителна декоративна обработка, което оскъпява строителството.
Тези предимства на геодезичното оформление доведоха до факта, че от 60-те години на миналия век започнаха да се издигат предимно геодезични куполи. Въпреки това, проектантската практика показва, че поради монтажните ограничения на размерите на елементите на корпуса, желанието да се покрият големи участъци с геодезични куполи води до много голям общ брой конструктивни елементи и съответно до трудоемки математически изчисления, свързани с определяне на техните размери и позиция в сглобената обвивка.
Поради тази причина геодезичните куполи са проектирани и построени само в страни с високо ниво на строителни технологии. В същото време бяха извършени математически изчисления с помощта на специални програми, които автоматизират изграждането на някои системи за разрушаване на корпуса до получаването на необходимата чертежна документация.
В същото време съвременните технологии за компютърно проектиране предоставят на архитекта възможност да работи интерактивно с доста убедителен графичен модел на сградата, което улеснява разработването на концепции за проектирания обект.
Съвременните софтуерни системи за проектиране на сгради и конструкции обаче не предвиждат възможността дизайнерът да работи с виртуални обекти, използвайки геодезични куполи като техни елементи. Това обстоятелство несъмнено възпрепятства използването в строителството на обвивки с голям обхват с геодезическа разбивка.
Тази статия описва автоматизираните инструменти, разработени в Университета по архитектура и строителство в Нижни Новгородрешение на посочения проблем в системата ArchiCAD, допълнено със специални библиотечни елементи. Елементите на библиотеката предоставят възможност за използване на някоя от следните четири системи за разбивка на обвивката:
• едноконтурна система от плоски шестоъгълници и петоъгълници (“P” система фиг. 1а);
• едноконтурна система от шестоъгълници и петоъгълници, в която са въведени няколко неравнинни елемента, за да се намали броят на стандартните размери (система “PR” фиг. 1b);
Фиг. 1. Опции за разделяне на повърхността на сферата на елементи
Брой триъгълни лица на повърхността на пълна сфера
• двуконтурна система, състояща се от пет- и шестстранни пирамиди, чиито върхове са свързани с пръти (система "P" фиг. 1c);
• двуконтурна система с тристенни пирамиди, чиито върхове също са свързани с пръти (система "C" фиг. 1d).
Обърнете внимание, че двуконтурната версия на черупката позволява по-високо ниво на структурна твърдост, което прави възможно проектирането на черупки с големи разстояния.
Във всяка система за залагане потребителят може да избере една от дванадесет опции за залагане, които се различават по броя на разделянията на пълната сфера на елементи (виж таблицата). За системите "P" и "PR" броят на триъгълните лица, посочени в таблицата, означава общият брой на триъгълниците, които съставляват шестоъгълните и петоъгълните елементи.
Фиг. 3. Примери за показване на фрагменти от библиотечни елементи
Фиг. 4. Пример за дизайн на виртуален купол, използващ библиотечни елементи
На фиг. 3 показва няколко примера на фрагменти от черупки, показани на екрана под формата на една секция (типичен елемент на триъгълника на Мьобиусразделяне на пълната сфера на 20 еднакви секции), две секции, пет секции и произволно избрана фигура върху сферата.
На фиг. 4 е пример за дизайн на виртуален купол, използващ пет секции на библиотечен елемент.
По този начин описаната система за автоматизирано проектиране предоставя на архитекта широки възможности за творческа работа на съвременното ниво на софтуерно приложение.