Конструктивное проектирование

Министерство образования и науки российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«ЮЖнЫй ФедераЛЬнЫй университет»
академия архитектуры и искусств

Л. А. ЗоЛотАревА, о. Д. АЛексеевА

конструктивное 
проектировАние

Монография

ростов-на-дону – таганрог
издательство Южного федерального университета
2018

удк 69.04:72.01
ббк  38
з802

Печатается по решению редакционно-издательского совета
Южного федерального университета 
(протокол ¹ 3 от 27 мая 2016 г.)

рецензенты:

и. о. зав. кафедрой строительной механики и конструкций академии 
архитектуры и искусств Южного федерального университета, кандидат 
технических наук, профессор О. А. Кудинов;

декан факультета «Школа архитектуры, дизайна и искусств»  
донского государственного технического университета, доктор 
архитектуры, профессор В. В. Пищулина.

 
Золотарева, Л. А.
з802  
конструктивное проектирование : монография / Л. а. золотарева, о. д. алексеева ; Южный федеральный университет. – 
ростов-на-дону; таганрог: издательство Южного федерального 
университета, 2018. – 116 с.

ISBN 978-5-9275-2414-3
в монографии исследуется проблема конструирования, выбора и применения конструктивных систем на стадии эскизного проектирования. 
новизна исследования заключается в его междисциплинарном характере, 
обусловленном стремлением авторов разработать целостную теорию синтеза архитектурного замысла с логичной структурой конструктивной системы здания (сооружения). рассмотрены конкретные примеры применения 
разнообразных структурных систем в зарубежных постройках.
для специалистов инвестиционно-строительной сферы деятельности 
(проектировщиков, архитекторов, строителей), а также для преподавателей, аспирантов и студентов архитектурно-строительных вузов.

© Южный федеральный университет, 2018
©  золотарева Л. а., алексеева о. д., 2018
©  оформление. Макет. издательство 
Южного федерального университета, 2018

уДк 69.04:72.01
ББк 38 

ISBN 978-5-9275-2414-3

огЛАвЛение

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

глава 1. Методологические основы современного архитектурностроительного проектирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1.  Фундаментальные и прикладные исследования в науке 
и отражение их в современном архитектурно-строительном 
проектировании . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.  архитектурная наука и новые технологии как инструмент 
в проектировании простых и сложных формообразующих 
структур. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

глава 2. основные критерии выбора конструктивных систем 
структурных форм архитектурного пространства . . . . . . . . . . . . . . 36
2.1.  внешние и внутренние факторы, влияющие при 
проектировании архитектурного сооружения . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.  закономерности формирования конструктивных систем 
и условия их применения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.  Понимание распределения нагрузки при работе несущей 
конструкции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

глава 3. Анализ наиболее ярких и спорных архитектурных 
произведений и изучение влияния конструктивных систем 
на образ и форму сооружения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.1. исследование двух зданий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.1.1. British Record Industry Trust (BRIT). . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.1.2. Baumschulenweg Crematorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.2.  взаимоотношение между архитектурной и структурной 
формами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.1. архитектурная форма. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2.2. структурная форма. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.3. синтез архитектурной и структурной форм . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3.1. оболочковые структуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3.2. тканевые структуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.3.3. висячие покрытия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.3.4. ребристые структуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.3.5. арки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.6. рамные конструкции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.3.7. стены . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.3.8. Гармоничные формы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.3.9. контрастирующие формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.4. резюме. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

преДисЛовие

целью монографии является выделение и исследование проблемы конструирования, выбора и применения конструктивных систем на стадии эскизного проектирования студентамиархитекторами.
в первой главе формулируются методы критического исследования современной архитектурной деятельности и возможности развития теории архитектурно-строительного проектирования, расширяя значение и возможности конструктивного проектирования.
во второй главе рассматривается последовательность архитектурного конструирования как процесса и возможности новых 
технологий, влияющих на качество этого процесса. в этой главе сделан краткий обзор и выводы отечественных и зарубежных 
архитекторов-теоретиков и практиков, на основании работ которых сформулированы критерии, правила и условия успешного 
проектирования структур.
в третьей главе иллюстрируются тексты и фотографии наиболее успешного и новаторского применения разнообразных структурных систем в зарубежных постройках. Эта глава ярко иллюстрирует огромный спектр возможностей структур и структурных форм для подчеркивания смыслов архитектуры.

ввеДение

в монографии на основе анализа и обобщения выводов научных исследований отечественных и зарубежных ученых, в результате практической (образовательной и проектной) деятельности и собственных исследований авторов по различным аспектам архитектурно-строительной науки, сделана попытка создания целостной теории синтеза архитектурного замысла с логичной структурой предполагаемой конструктивной системы здания 
(сооружения), т. е. «сложение и кристаллизация архитектурной 
формы в процессе проектирования» [37]. 
тема исследования обусловлена отсутствием комплексного  
изучения архитектурно-строительных принципов применения 
конструктивных требований к объемно-планировочным схемам 
и соответствия их сложившемуся образу (во время эскизного проектирования). аналогичные исследования конструктивных и несущих систем рассматривались по принципу систематизации: 
графическая систематизация несущих систем по видам у Хайно 
Энгеля; систематизация в порядке возведения здания, по типологии зданий из унифицированных типовых элементов «от детали 
к дому» и по типу геометрической схемы несущих вертикальных 
конструкций у а.и. Шерешевского; систематизация по группам 
закономерностей и формообразующих факторов у сомова Г.Ю.; 
систематизация конструктивных схем и систем в гражданском 
и промышленном строительстве, в высотных зданиях д.т.н. проф. 
т.Г. Маклаковой и новейшие конструктивные системы к в.Ф. 
колейчука. Факторы, влияющие на отдельные системы схематичных решений организации архитектурного объекта, принципы строения систем, совмещающие коммуникативно-средовый 
уровень, функционально-пространственную организацию объекта и конструктивно-технические системы, весьма многогранны. 
на фоне обширного материала по данной проблеме формируется противоречие, которое имеет место и в теории, и в практике. 
Противоречие заключается в отсутствии комплексного анализа 
обеих сторон проблемы: строительной и архитектурной и требует 
междисциплинарного обобщения исследований. 
научная проблема исследования заключается в следующем:
1. как сконструировать наилучшим образом структуру архитектурного объекта, при необходимости получения сопротив

ляемости элементов системы «основание – внутреннее пространство – сооружение», следуя архитектурному образу сооружения.
2. как оптимизировать геометрические параметры элемента 
системы «основание – внутреннее пространство – сооружение», 
следуя конструктивным принципам проектирования при сохранении экономических возможностей создания сооружения и сохранения архитектурного образа.
3. как эффективно использовать физические свойства элемента системы «основание – внутреннее пространство – сооружение», следуя тем же конструктивным принципам проектирования.
разработке общих принципов и методов проектирования рациональных конструктивных систем, обладающих необходимой 
сопротивляемостью внешним и внутренним силам и воздействиям и при этом отвечающих эстетическому замыслу архитектора, 
посвящена настоящая монография. 
решение проблемы методологии рационального проектирования, а именно выявление принципов и обоснование методов 
инженерных (технических) решений, связано с арсеналом понятий и результатов науки об эффективности действий на основе 
всестороннего анализа потребительских и полезных эффектов – 
праксеологии, важным разделом которой является праксиометрия, включающая методы количественной оценки результатов 
действия [4].
основной целью написания монографии является развитие 
у студентов-архитекторов и молодых специалистов-архитекторов 
конструктивного мышления и понимания термина «конструирование» как широкого спектра возможностей обогащения выразительности архитектурной формы за счет структурной.
Предмет исследования – совокупность процессов архитек- 
турно-строительного проектирования, выбор структурной системы в процессе проектирования.
Гипотеза – система обоснования критериев и методов выбора инженерно-технического решения в процессе архитектурностроительного проектирования, которая будет способствовать реализации архитектурной концепции. 
теоретико-методологическая основа. теоретической и методической основой исследования явились труды отечественных 
и зарубежных авторов в области архитектуры и строительства 
(библиография из 55 наименований). 

Проведенные 
исследования 
базируются 
на 
абстрактнологическом методе, принципах системного подхода к анализу 
процесса проектирования.
основной универсальный метод, использовавшийся в работе, – анализ технических документов и специальной и популярной литературы в области архитектуры и строительства. изучение документов позволило выявить тенденции и динамику развития системы обоснования критериев и методов выбора технического решения в архитектурно-строительном проектировании 
современных зданий. 
в первой главе рассматриваются методологические основы 
познавательной деятельности в современном архитектурно – конструктивном проектировании. Методологическая основа критического исследования современной архитектурной деятельности базируется на совокупности существующих различных методов исследования, которые носят общий универсальный характер, а также на профессиональных методах исследования, характерных для архитектурной науки, таких как композиционный, морфологический, функциональный, образный, концептуальный, структурный. 
во второй главе выделяются и описываются характерные особенности основных типов конструктивных систем зданий (сооружений) и основные принципы их применения в зависимости 
от внешних и внутренних геометрических параметров структуры здания (сооружения), которые формируются в зависимости 
от функционально-пространственной организации объекта проектирования. 
в монографии анализируется напряженно-деформируемое состояние основных и комбинируемых конструктивных систем, запроектированных в зависимости от типологии здания (сооружения). задача любого элемента конструктивной системы состоит 
в сохранении и поддержании равновесия, для выполнения которого в элементе конструкции должны возникать силы, уравновешивающие внешние нагрузки, действующие на нее. При 
этом природа сил не имеет никакого значения. но положительные эмоции, порождаемые архитектурной средой, как следствие 
ее комфортности, защищенности и эмоциональности, определяют характер восприятия содержательного архитектурного окружения, что подчеркивает взаимозависимость конструктивной системы и архитектурных решений при проектировании зданий 
(сооружений). 

в монографии приводятся схемы, средства и способы осуществления процесса конструирования и другие детерминанты, 
которые также включаются в дальнейшее протекание процесса 
проектирования в качестве новых внутренних условий. вся эта 
процедура воплощена в теории строительной механики, определяющей условия, при которых конструкционные материалы воспринимают и передают нагрузки, сопротивляются им, но в процессе проектирования необходимо предусматривать варианты 
напряженно-деформируемого состояния конструктивной системы здания (сооружения) на всех этапах жизнедеятельности здания (сооружения): проектирования, возведения и эксплуатации. 
в середине второй главы рассматриваются вопросы оптимизации и совершенствования расчетных схем основных конструктивных элементов с выявлением проблем изменения потенциальной энергии деформаций конструкций в зависимости от расположения опор. анализируются соотношения, определяющие условия реализации предельных состояний, учитываемые при расчете сооружений на наиболее неблагоприятные условия, которые 
могут возникнуть при его возведении и эксплуатации.
третья глава посвящена анализу некоторых наиболее ярких архитектурных работ, систематизированных по категориям 
структурных систем, и изучению влияния внешних и внутренних структур на образ и форму этих построек. 
в заключении приводятся результаты комплексного анализа конструктивных и архитектурных проблем, результаты междисциплинарного обобщения исследований: анализ конструкций 
зданий, начиная от выбора конструктивных систем и материала несущих конструкций до отдельных элементов сооружений, 
с учетом требований комплексной безопасности, экономической 
целесообразности и архитектурной и структурной выразительности для различных типов зданий (сооружений). 
в монографии систематизированы материалы, охватывающие комплекс проблем и вопросов, связанных с проектированием и возведением (реализацией) оптимальных конструктивных 
систем. 
рассмотрено влияние рациональных конструкций, новых материалов и современных технологий на формирование строительных и конструктивных систем зданий (сооружений) с различными геометрическими параметрами и типологией. 
выявлены возможности синтеза современных объемнопланировочных решений, конструктивной системы и экономиче

ской целесообразности в формировании архитектурных композиций проектируемых объектов. 
Приведены общие принципы и методы проектирования рациональных конструктивных систем, обладающих необходимой 
сопротивляемостью внешним и внутренним силам и воздействиям и при этом отвечающие эстетическому замыслу архитектора.
авторский коллектив полагает, что монография может быть 
интересна для всех специалистов инвестиционно-строительной 
сферы деятельности: проектировщиков, архитекторов, строителей, а также для преподавателей, аспирантов и студентов 
архитектурно-строительных вузов. 

глава 1. МетоДоЛогические основы 
совреМенного АрхитектурностроитеЛЬного проектировАниЯ

1.1. Фундаментальные и прикладные исследования в науке 
и отражение их в современном архитектурно-строительном 
проектировании

особенность научного познания заключена в ориентации науки на изучение объектов, которые могут быть включены в деятельность, и их исследование как подчиняющихся объективным 
законам функционирования и развития. на процесс научного познания влияют и особенности изучаемого объекта и многочисленные факторы социокультурного характера.
Прикладное исследование – это такое исследование, направление которого задает заказчик по своему усмотрению, фундаментальное исследование направлено в основном научному сообществу.
теоретическая (научная) и практическая (проектная) архитектурно – строительная деятельность архитектора в современных условиях направлена на создание архитектурных проектов, удовлетворяющих современным эстетическим и техническим требованиям, а также на устойчивое развитие архитектурной среды и поддержание культуры.
«архитектурная наука – многогранное и специфическое социальное явление, зарождающееся при определенной зрелости 
архитектурно-строительной сферы. будучи частью науки вообще, она обладает общенаучными чертами и вместе с тем ей присущи свои особенности. отдельные составляющие архитектурной науки возникли и формировались вместе с развитием общества…» [54]. 
По своей направленности, по непосредственному отношению 
к практике архитектурная наука, как и любая другая, подразделяется на фундаментальную и прикладную. в соответствии 
с официальными определениями [¹ 127-Фз, ст. 2]., можно говорить о том, что в архитектурной науке фундаментальные исследования направлены на получение новых знаний об основ