РОЗДІЛ III. ПРОСТОРОВІ ВЕЛИКОПРОЛІТНІ КОНСТРУКЦІЇ Й СПОРУДИ 1922-1965 ГГ. БУДІВЛІ І ОСНОВИ ЛІНІЙНОЇ ТЕОРІЇ ТОНКИХ ОБОЛОНОК

ПЕРЕДУМОВИ ДЛЯ ПОЯВИ ПРОСТОРОВИХ ВЕЛИКОПРОЛІТНИХ КОНСТРУКЦІЙ, СТРУКТУР І ОБОЛОНОК І ОСНОВИ ТЕОРІЇ ТОНКИХ ОБОЛОНОК

В результаті вивчення даного розділу студент повинен:

знати

  • • зразки перших куполів, побудованих в Західній Європі, Росії, Азії та Африці;
  • • основи диференціальної геометрії кривих і поверхонь;
  • • основи класичної теорії розрахунку тонких оболонок, включаючи розрахунок оболонок по безмоментной теорії і розрахунок осесиметричних оболонок обертання в лініях кривизни;
  • • умови існування безмоментного напруженого стану тонких оболонок;
  • • імена найбільш відомих інженерів і вчених-механіків, які зробили значний внесок у розробку методів розрахунку просторових споруд;
  • • існуючі чисельні методи розрахунку оболонок;

вміти

  • • розбиратися в результатах комп'ютерного розрахунку тонких оболонок, спираючись па знання параметрів внутрішніх силових факторів;
  • • знаходити самостійно необхідну наукову і технічну літературу по статичному розрахунку тонких оболонок;

володіти

  • • просторовою уявою для створення віртуального геометричного об'ємного образу споруди;
  • • навичками завдання і геометричного опису серединних поверхонь оболонок;
  • • інформацією про історію розвитку будівельної механіки оболонок з XIX в. до наших днів;
  • • навичками наближеного розрахунку оболонок по безмоментной теорії;
  • • основами методів статичного розрахунку тонких оболонок на прикладі осесиметричних оболонок обертання.

Початковий етап будівництва оболонок: купола, склепіння і зонтичні оболонки (I-XVIII ст.)

Уже на початку своєї діяльності будівельники встановили, що купольні конструкції є найбільш вигідною конструктивною формою, так як в них виникають стискають напруги. Куполи зазвичай зводили на круглому плані, а форма купола приймалася в формі поверхонь обертання. Нижній край оболонки купола спирався на розтягнуте кільце, котра сприймає розпір. Куполи бувають замкнуті в вершині або незамкнуті з центральним отвором для світлового або аераційного ліхтаря. Наведемо визначення деяких геометричних форм оболонок, що використовувалися в різні часи:

  • звід - циліндрична разомкнутая оболонка, вісь якої паралельна землі;
  • купол - оболонка, окреслена по поверхні обертання;
  • хрестовий звід - оболонка, що отримується при перетині двох кругових циліндричних склепінь з еліптичними діагональними ребрами;
  • непорушений звід - це але суті хрестовий звід, але діагональні ребра замінені більш простими напівциркульними абрисами;
  • вітрильний звід - відсутні діагональні ребра.

Історія проектування та будівництва куполів налічує вже 2000 років. Вона дуже повчальна і цікава. Їх будували практично у всіх стародавніх державах світу. Розглянемо хоча б деякі з них.

Огляд почнемо з найбільш досконалого, краще за всіх зберігся храму-ротонди Пантеону в Римі (близько 125 м), з діаметром купола 43,2 м (рис. 7.1). У Пантеоні блискуче вирішені конструктивні і художні завдання створення найбільшого в Римі споруди з неперевершеним до XX в. Великопролітні куполом. Сферичний купол виконаний з горизонтальних шарів бетону і обпаленої цегли. Для полегшення ваги купола його товщина поступово зменшується до вершини. Купол спирається на циліндричну стіну товщиною 6 м, а нагорі його товщина - 1,5 м. Загальна маса купола - близько 5000 т. Сферичний купол має в центрі кругле, обрамлене бронзовим бордюром отвір діаметром 9 м, це - єдине джерело освітлення. Купол піднімається над ротондою на 22 м.

Сферичний купол храму-ротонди (Пантеон).  Італія, м Рим, 125 р

Мал. 7.1. Сферичний купол храму-ротонди (Пантеон). Італія, м Рим, 125 р

Європейську історію застосування параболоїда обертання можна почати з купола собору Святого Петра в Римі. Надалі багато архітекторів брали за основу форми свого творіння зразок купола собору Святого Петра. Римські склепіння зводилися по дерев'яним кружалам.

Розвиток купольних композицій храмів є найважливішим внеском Візантії в історію світового зодчества V-XV ст. Тут з'явилися нові типи структур - купольна базиліка, купол на восьми опорах (V-XIII ст.) І хрестово-купольна система (XIII-XV ст.). Стіни зазвичай складалися з цегли або тесаного каменю, а також з цегли з кам'яними прокладками або з каменю з прокладками з цегли. Склепіння робилися з цегли або каменю. Цеглини укладалися на розчині. Найбільш часто вживається цегла мав розміри 35,5 × 35,5 X 5,1 см. Кладка склепінь і куполів велася окремими кільцями з похилими рядами цегли без застосування дорогих лісів. Куполи і склепіння покривалися черепицею або свинцевими листами. При будівництві склепінь застосовувалися металеві або дерев'яні затяжки. У куполах закладали розтяжні кільця з дубових брусів або смугового заліза. У східних областях імперії застосовувалися кладки з тесаного каменю на розчині, з вапняку і туфу. У розчині використовували вапно з добавками товченого запашного цегли. Розчин укладався горизонтальними шарами товщиною в кілька сантиметрів. Тут склепіння і куполи зводилися по кружалам [1] .

Найбільш грандіозним і найвидатнішим твором візантійського зодчества є купольна базиліка собору Святої Софії в Константинополі, побудована грецькими архітекторами Анфімієм з Трал та Ісидором з Мілета в 532-537 рр. (Рис. 7.2). Собор Софії був головною будівлею Візантійської імперії. Для полегшення купола його ребра і заповнення між ребрами викладалися з пемзової цегли. Купол назвали восьмим чудом світу.

Купол собору Санта-Марія дель Фьоре (Флоренція, 1462 г., діаметр - 42 м) побудований архітектором-інженером Філіпа Брунеллески. Флорентійський купол зведено з природного каменю і цегли, причому будувався він без дерев'яних арок і кружало. Звід подібного прольоту ніколи не був повторений (рис. 7.3).

Собор Святої Софії в Константинополі.  Туреччина, м.Стамбул

Мал. 7.2. Собор Святої Софії в Константинополі. Туреччина, м.Стамбул

Джерело: Вл. Сєдов, projectclassica.ru

Купол собору Санта-Марія дель Фьоре.  Італія, Флоренція, 1462 р

Мал. 7.3. Купол собору Санта-Марія дель Фьоре. Італія, Флоренція, 1462 р

Його автор Ф. Брунеллески так і не розкрив, в чому ж полягає секрет зведення цегляної купола без кружало.

Перенесемося в Середню Азію. Мініатюрна конструкція, що зводиться на прямокутному підставі, відома під назвою "Балх" (афг.), Поширена в Середній Азії з Середніх століть. Кладка ведеться похилими відрізками від чотирьох кутів. Спосіб зведення параболічного купола названий за місцем його першого застосування (найбільше місто середньовічного Сходу, Афганістану).

Мавзолей Саманідів розташований в парку в центрі Бухари (рис. 7.4). Мавзолей, який будувався між 892 і 943 рр., Вважається одним з архітектурних шедеврів Центральної Азії. Центрально-купольний споруда, квадратна в плані, виконано з випаленої цегли. Будівля, позбавлене надмірностей, являє собою звужується до вершини куб зі сферичним куполом нагорі, є свідченням пізнього зодчества вогнян, що зазнав зміни під впливом ісламу.

Зонтичні купола також відомі з давніх часів, наприклад вілла в Тіволі (Італія, 134 м). Розташований в Жамбилська районі Казахстану мавзолей Бабаджі Хатун є унікальним архітектурним пам'ятником XI-XII ст. Мавзолей знаменитий своїм оригінальним 16-реберним парасольковим куполом на конічної кругової контурної поверхні (рис. 7.5). Парасолькове ребристе по-

Мавзолей Саманідів.  Узбекистан, м Бухара, IX-X ст.

Мал. 7.4. Мавзолей Саманідів. Узбекистан, м Бухара, IX-X ст.

Мавзолей Бабаджі Хатун.  Казахстан, XI-XII ст.

Мал. 7.5. Мавзолей Бабаджі Хатун. Казахстан, XI-XII ст.

Купол церкви Святої Божої Матері.  Нагірний Карабах, 1201 р

Мал. 7.6. Купол церкви Святої Божої Матері. Нагірний Карабах, 1201 р

Колишня столиця Хорезмского регіону - м КуняУргенч на березі річки Амудар'ї.  Туркменістан, 1321-13 * 36 рр.

Мал. 7.7. Колишня столиця Хорезмского регіону - м КуняУргенч на березі річки Амудар'ї. Туркменістан, 1321-13 * 36 рр.

криття купола не має, по суті, прямих аналогів в сучасній йому середньоазіатської архітектури. Дуже близький за задумом, по вирішено інакше зонтичний купол церкви Святої Божої Матері (рис. 7.6).

Кругові конічні оболонки теж застосовувалися вже в стародавні часи. Одним з найважливіших містоутворюючих елементів мусульманських міст Сходу і Заходу є мінарети, вбудовані в будівлі мечетей або стоять поруч з ними. Саме мінарети своїми стрункими вежами височіють над усією іншою забудовою і визначають неповторний силует міста. Зазвичай стовбурах мінаретів надається конічна форма. На рис. 7.7 відтворено фрагмент стародавнього Ургенча, який є яскравою ілюстрацією видатних досягнень в архітектурі, яких досягла стародавня цивілізація хорезмшахов.

Перші збереглися до нашого часу кам'яні храми Давньої Русі відносяться до середини XI ст. За основу бралася хрестово-купольна система, успадкована від Візантії. Застосовувалися цегла, камінь і вапняний розчин. У найбільших російських містах були побудовані величні храми домонгольської Русі: собор Софії в Києві (1037), Спасо-Преображенський собор у Чернігові (1036) і Софійський собор у Новгороді (1045-1052, рис. 7.8). Собори Києва і Новгорода відносяться до найбільших культових споруд тієї епохи. З початку XIII в. на Русі з'являється власний стиль при будівництві храмів, відмінний від візантійського, наприклад П'ятницька церква в Чернігові (кінець XII - початок XIII ст., рис. 7.9).

Софійський собор.  Новгород, 1045-1052 рр.

Мал. 7.8. Софійський собор. Новгород, 1045-1052 рр.

П'ятницька церква.  Україна, м Чернігів

Мал. 7.9. П'ятницька церква. Україна, м Чернігів

Храм Покрова на Нерлн близько Володимира (реконструкція Η. Н. Вороніна)

Мал. 7.10. Храм Покрова на Нерлн близько Володимира (реконструкція Η. Н. Вороніна)

Джерело: zagraevsky.com

Не можна не згадати храм Покрова на Перли близько Володимира (одна тисяча сто шістьдесят п'ять). Це найбільш досконале творіння володимирських зодчих. Для додання легкості зорового сприйняття важкого купола його барабан полегшений світловими прорізами (рис. 7.10).

Навіть настільки мала кількість згаданих храмів з куполами Стародавньої Русі показує високу культуру будівництва російських майстрів і зодчих. На окрему увагу заслуговує опис кремлівських соборів і палаців Москви, які повинні були підкреслити значення Москви як центру могутнього російського держави. Але обмежимося вищесказаним і перейдемо до інших регіонів світу.

Труллі - це традиційні кам'яні житла в містах Апулії (Італія) з конічними дахами, які будувалися без застосування цементу або розчину. Дах складалася з двох шарів: нижнього, який викладався з блоків вапняку, і верхнього, з плоских вапнякових плит, який забезпечував водонепроникність конструкції. Стіни дуже товсті, це забезпечувало прохолоду в жарку погоду і теплоізоляцію від холоду в зимовий час. Багатокімнатний будинок має кілька дахів- конусів (рис. 7.11). Багато трулли знаходяться під захистом ЮНЕСКО, найстаріші з них відносяться до XVI ст. [2]

Великопролітні купола і склепіння застосовували також в Месопота-

Труллі.  Італія

Мал. 7.11. Труллі. Італія

Найдавніше збереглося буддистська святилище.  Індія, м Санчи, 40 км від м Бхопала

Мал. 7.12. Найдавніше збереглося буддистська святилище. Індія, м Санчи, 40 км від м Бхопала

Центральний купол мавзолею-мечеті Тадж-Махал

Мал. 7.13. Центральний купол мавзолею-мечеті Тадж-Махал

мии, Сирії, Ірані. До теперішнього часу викликають захоплення купола Індії (рис. 7.12), ступи Шрі-Ланки. Жодне дослідження, присвячене історії будівництва куполів-оболонок, не обходиться без згадки Тадж-Махала, мавзолею-мечеті, що знаходиться в Агре (Індія), на березі річки Ямуна. Тадж-Махал, перлина мусульманського мистецтва, вважається кращим прикладом архітектури стилю моголів, який поєднує в собі елементи перського, індійського та ісламського архітектурних стилів. Будівлю почали будувати приблизно в 1632 р і завершили у 1653 р Найбільш відомим елементом всього цього комплексу є купол з білого мармуру (рис. 7.13). Мармур має таку особливість, що при яскравому денному світлі він виглядає білим, на зорі - рожевим, а в місячну ніч - сріблястим.

Уже багато століть в Центральній Африці будують глиняні житлові купола на одну сім'ю, армовані соломою, в формі параболоїда обертання (рис. 7.14).

І на закінчення параграфа можна згадати купола зі снігу або снігових блоків, які століттями будували північні народи Канади і Росії (рис. 7.15).

африканські купола

Мал. 7.14. Африканські купола

Джерело: domesworld.ru

Яранга ескімосів

Мал. 7.15. Яранга ескімосів

Таким чином, і в Африці, і на Півночі будівельники інтуїтивно або шляхом проб і помилок прийшли до самої раціональної формі купола - параболоїда обертання, в якому в основному виникають стискають нормальні напруги. Як показують наведені приклади, зведені тисячу років тому будівлі досі викликають захоплення.

  • [1] Див .: Архітектура Візантії. URL: vpnews.ru.
  • [2] URL: fine-archi.blogspot.com/20l0/10/blog-post_l0.html.
 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >