Большепролетные конструкции в архитектуре зданий и сооружений

 
 
 
 
 
Н. А. Бузало, А. А. Тумасов, Н. Г. Царитова 
 
 
 
 
 
 
БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ 
В АРХИТЕКТУРЕ ЗДАНИЙ 
И СООРУЖЕНИЙ 
 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 
1 

УДК 69.07 
ББК 38.44:39.112 
Б90 
 
 
 
 
Рецензенты: 
профессор, доктор технических наук (ЮРГПУ(НПИ)) Г. М. Скибин;  
профессор, доктор технических наук (ДГТУ) С. Г. Шеина  
 
 
 
 
Бузало, Н. А. 
Б90   Большепролетные конструкции в архитектуре зданий и сооружений : 
учебное пособие / Н. А. Бузало, А. А. Тумасов, Н. Г. Царитова. – Москва ; 
Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. – 144 с. : ил. 
ISBN 978-5-9729-0965-0 
 
Выполнена классификация большепролетных покрытий зданий и сооружений, показаны принципы формообразования и характерные особенности различных видов покрытий, даны примеры авторских работ известных архитекторов. Рассмотрены системы мостостроения. 
Для студентов строительных направлений подготовки. 
 
УДК 69.07 
ББК 38.44:39.112 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0965-0 
© Бузало Н. А., Тумасов А. А., Царитова Н. Г., 2022 
 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ 
............................................................................................................... 5 
Глава 1. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ..................................... 7 
Глава 2. БИОНИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ  
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 
................................................... 16 
2.1. Методологические направления формообразования 
.................................... 16 
2.2. Природообразные формы  в эволюционном развитии  
архитектуры ............................................................................................................. 18 
Глава 3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ  
ПОКРЫТИЙ. КОНСТРУКЦИИ НА ПРОЛЕТ И ЖЕСТКИЕ  
ОБОЛОЧКИ ........................................................................................................... 27 
3.1. Конструкции «на пролет» 
................................................................................ 27 
3.1.1. Плиты-настилы ........................................................................................ 28 
3.1.2. Складки 
....................................................................................................... 30 
3.1.3. Цилиндрические оболочки 
......................................................................... 32 
3.1.4. Сводчатые конструкции .......................................................................... 35 
3.2. Жесткие оболочки ............................................................................................ 38 
3.2.1. Крестовые своды ...................................................................................... 38 
3.2.2. Сомкнутые своды ..................................................................................... 40 
3.2.3. Оболочки положительной Гауссовой кривизны .................................... 41 
3.2.4. Оболочки отрицательной Гауссовой кривизны 
..................................... 44 
3.2.5. Зонтичные оболочки ................................................................................. 47 
3.2.6. Жесткие купола 
......................................................................................... 48 
Глава 4. СИСТЕМЫ РЕГУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ 
..................................... 54 
4.1. Структурные плиты с перекрестными ребрами 
............................................ 56 
4.2. Плиты регулярной структуры из отдельных стержней 
и из объемных элементов ....................................................................................... 57 
4.3. Плиты регулярной структуры пластинчатые ................................................ 61 
4.4. Сетчатые своды и оболочки ............................................................................ 62 
4.5. Сетчатые купола ............................................................................................... 64 
Глава 5. ВИСЯЧИЕ ПОКРЫТИЯ ..................................................................... 69 
5.1. Подвесные системы 
.......................................................................................... 69 
5.2. Фермы из тросов 
............................................................................................... 71 
5.3. Сетки из тросов 
................................................................................................. 73 
5.4. Сетки из тросов и балок 
................................................................................... 75 
5.5. Висячие оболочки 
............................................................................................. 76 
5.6. Покрытия с жесткими вантами ....................................................................... 77 
5.7. Мембранные покрытия .................................................................................... 79 
5.8. Комбинированные системы висячих покрытий 
............................................ 82 
Глава 6. ТРАНСФОРМИРУЕМЫЕ ПОКРЫТИЯ ......................................... 85 
6.1. Тентовые покрытия .......................................................................................... 85 
6.2. Пневматические конструкции 
......................................................................... 90 
3 

6.2.1. Пневмоопорные конструкции .................................................................. 92 
6.2.2. Пневмонапряженные конструкции 
......................................................... 99 
6.3. Трансформируемые жесткие системы ......................................................... 100 
Глава 7. МОСТОВЫЕ СООРУЖЕНИЯ 
......................................................... 105 
7.1. Основные системы мостов ............................................................................ 105 
7.2. Балочные мосты 
.............................................................................................. 110 
7.3. Рамные мосты ................................................................................................. 113 
7.4. Арочные мосты 
............................................................................................... 114 
7.5. Висячие и вантовые мосты 
............................................................................ 116 
7.5.1. Висячие мосты ........................................................................................ 119 
7.5.2. Вантовые мосты .................................................................................... 121 
Глава 8. БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫЕ  СПОРТИВНЫЕ  
СООРУЖЕНИЯ 
................................................................................................... 123 
БИБЛИОГРАФИЯ .............................................................................................. 141 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 

ГГЖЕЖОЙЖ 
 
Во все этапы развития архитектуры пространственные конструкции воплощали последние достижения технической мысли человека в сочетании с художественным представлением о форме и 
пространстве. Пространственные сооружения выражали стремление 
к бесконечному, легкому и многообразному. 
Термин «пространственные» определяет конструкции, имеющие 
трехмерную организацию по сравнению с плоскостными, имеющими значительные размеры по длине и высоте и концентрацию материала (фермы, балки). Все гармонично сформированные пространственные конструкции, как правило, имеют природные аналоги, отвечают требованиям оптимального распределения материала, минимальной массы не только за счет прочностных свойств материала, но 
и за счет оптимальности формы. Природа веками шлифовала пространственные формы своих произведений (кости скелета, стебли и 
листья растений, скорлупа ореха, панцирь моллюска и многих других), которые имеют оптимальные показатели прочности, жесткости, 
устойчивости, приспособленности к окружающей среде, сохранив 
при этом изящество и художественное совершенство. 
Пространственные конструкции позволяют перекрывать все 
большие и большие пролеты сооружений, необходимость в которых 
связана с социальными и функциональными процессами, требующими свободных объемов для проведения спортивных и зрелищных 
мероприятий, политических и выставочных форумов, концертов, фестивалей, ярмарок. За последние десятилетия активно вошли в городскую среду, соперничая между собой в элегантности и красоте, 
легкости и нереальной мощи, современные трехмерные конструкции, находящиеся в авангарде передовых архитектурных течений. 
Создатели таких конструкций не прекращают творческие поиски 
новых решений, так как появляется новый социальный заказ на высокодуховную и оптимально организованную среду. Появление новых строительных материалов, поиски новых принципов формообразования и конструирования, возможность использования средств 
компьютерного моделирования и точных методов расчета позволяют 
совершенствовать все виды пространственных конструкций, выявлять композиционные средства их художественной выразительности. 
5 

Пространственные конструкции и реализованные ими формы 
создают художественно активные объекты среды, позволяющие 
композиционно сформировать градостроительный ансамбль как в 
новой, так и в исторической застройке. 
Геометрическое многообразие пространственных (трехмерных 
конструкций) представлено в данном пособии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 

Дмбгб 1 
 
РСПТУСБОТУГЖООЬЖ ЛПОТУСФЛЧЙЙ 
 
История развития архитектуры и строительства неразрывно связана с историей человечества, так как формируя ту или иную пространственную среду строитель призван был выполнять социальный 
заказ общества. Традиционные и новые функциональные процессы, 
культовые церемонии требовали все больших и больших размеров 
помещений, что стало одной из предпосылок создания конструкций, 
способных перекрывать значительные пролеты. Особое место среди 
конструкций, способных перекрывать средние и большие пролеты  
(от 18 до 200 метров), принадлежит пространственным. 
Особенность пространственных конструкций заключается в их 
органичной связи с формой, что дает право говорить об архитектурно-конструктивной системе, где форма есть следствие оптимально 
работающей конструкции, где конструкция реагирует на эстетические и художественные требования создаваемой формы. Эта совокупность создает значительное многообразие архитектурно-композиционных возможностей, позволяющих решать художественные задачи формирования той или иной среды. Известные олимпийские ансамбли Токио и Сочи (рис. 1.1, 1.2), запоминающийся образ Оперного 
театра в Сиднее (рис. 1.3), градоформирующее значение римского 
Пантеона (рис. 1.4), поразительный масштаб футбольного стадиона в 
Милане (рис. 1.5) – эти запоминающиеся образы есть продукт творческого осмысления различных архитектурно-конструктивных систем. 
В строительной практике мы знаем примеры ситуаций, когда новые материалы и конструкции давали начало стилеобразованию, очевидно, что современные пространственные системы формируют стилистику творческого многообразия поразительной легкости и масштабов. 
Пространственные архитектурно-конструктивные системы – визитная карточка современности, олицетворяющая передовую инженерно-техническую и художественную мысль человечества на данном этапе развития и демонстрирующая неограниченные возможности науки и техники. 
7 

 
а 
 
 
б 
 
Рис. 1.1. Олимпийский спортивный комплекс йоги в Токио.  
1961–1964 гг., арх. К. Танге: 
а – общий вид; б – бассейн 
8 

 
 
Рис. 1.2. Комплекс олимпийских спортивных сооружений  
в г. Сочи. 2014 г. 
 
 
 
Рис. 1.3. Оперный театр в г. Сиднее (Австралия).  
1973 г., арх. Й. Утзон 
 
История развития пространственных конструкций – это история 
борьбы проектировщика за освоение пространства неограниченных 
размеров, борьба с силами гравитации, поиски необходимых для этих 
целей материалов и форм, часто заимствованных у природы. Особыми индикаторами развития конструкций в истории человечества являлись такие сооружения как крытые стадионы и мосты. С увеличением пролетов перекрываемых пространств плоскостные конструкции стали трансформироваться в пространственные. 
9 

 
а 
 
 
б 
 
Рис. 1.4. Пантеон в Риме, 125 г.: 
а – внешний вид, б – внутреннее пространство 
10