Первые металлические оболочки

С давних пор железо употреблялось в качестве усиливающего элемента в каменной кладке. Железо было применено при строительстве античных храмов, в частности Пантеона. Но оно превратилось в строительный материал лишь после появления современной металлургии. Хрустальный дворец в Лондоне, который, к сожалению, сгорел, был сооружен в 1851 г. из кованого железа и стекла. Из тех же материалов была построена Галерея машин на Парижской выставке 1889 г. (арх. А. Дюбер). Наряду с ангарами для дирижаблей Э. Фрейсине (1916) эти здания заложили основы новой архитектуры. Менее известно круговое депо Николаевской железной дороги (арх. К. Тон) с металлическим куполом (рис. 8.40, а),

Рис. 8.40. Круговое депо архитектора К. Тона. Москва:

а – 1850-е гг. (фото И. К. Гофферта); б – наше время (фото Э. Кудрявицкого)

построенное в 1847–1851 гг. (Москва, около Ленинградского вокзала). Купол до настоящего времени не сохранился (рис. 8.40, б).

Сторонники возведения большепролетных пространственных структур из металла считают, что металл есть средство архитектурного освоения пространства и это отражается в многовековой традиции его применения во всех областях зодчества. Преимущества металлических конструкций заключаются в их сборности, легкости, простоте монтажа, в возможности транспортирования элементов заводского изготовления на большие расстояния к месту строительства. Заводское изготовление металлоконструкций позволяет оперировать минимальными допусками отклонений от проектных величин и достигать точной проектной формы оболочки.

Кардинальные изменения в судьбе металлических конструкций последовали в начале XIX в., когда вместо каменных и кирпичных столбов стали использовать чугунные.

Купол Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге (1818–1858) состоит из трех взаимосвязанных частей: внутренней сферической, средней конической и наружной параболической (рис. 8.41). Первые две образованы каждая 36 чугунными фермами. Обе части соединены друг с другом мощными болтами. Внешний параболоид вращения имеет чугунное опорное кольцо диаметром 25,8 м. Купол состоит из меридиональных железных ребер, покрытых медными листами, поверхность которых позолочена.

К первым металлическим оболочкам можно отнести своды В. Г. Шухова, например дебаркадер Киевского (Брянского) вокзала (1912–1917, рис. 8.42), покрытие ГМИИ им. А. С. Пушкина (1912) и др. (см. параграф 8.2).

Параболический свод был использован архитекторами В. С. Андреевым и И. Г. Тарановым при проектировании павильона "Механизация" на Всесоюзной сельскохозяйственной выставке (ВСХВ, 1939). Павильон представлял собой гигантский параболический

Рис. 8.41. Купол Исаакиевского собора. Санкт-Петербург

Рис. 8.42. Использование плоских металлических ферм в дебаркадере Киевского вокзала. Москва, 1912–1917 гг., инж. В. Г. Шухов

свод, перекрывающий широкую аллею (рис. 8.43). Не все архитекторы отнеслись положительно к идее авторов проекта. Например, Н. Уманский отмечал: "Принятая в проекте четкая современная конструкция легкого металлического перекрытия параболической формы требует, естественно, особого подхода к использованию различных изобразительных средств. Поэтому примененная для декорации внутренней поверхности эллинга скульптура находится в конфликте с основной идеей сооружения и не соответствует архитектурному замыслу. От введения венчающих здание украшений можно было безболезненно отказаться. Прекрасно найденная кривая арки создает достаточно четкий и убедительный силуэт и не нуждается ни в каких декоративных придатках"^[1].

В г. Атланте (США) построен спортивный зал, круглый в плане, перекрытый ребристым куполом эллипсоидного очертания диаметром 82,3 м со стрелой подъема 15,24 м (рис. 8.44) . Основной несущей конструкцией покрытия служат 32 стальные полуарки эллиптического очертания, установленные на уровне земли и шарнирно опертые на верхний обрез фундаментов. Верхние концы полуарок стыкуются над центром здания при помощи стального двутаврового кольца диаметром 3,05 м. Центральное кольцо опиралось на монтажную стойку. И. Г. Гохарь-Хар.мандарян считает, что "голый схематизм и отсутствие художественной прорисовки конструктивной формы спортивного зала в г. Атланта придают ему весьма унылый вид" [2].

Купол крытого стадиона в парке г. Сан-Паулу (Бразилия) имеет форму эллипсоида вращения с диаметром в основании 80 м. Стадион рассчитан на 20 000 зрителей (рис. 8.45). Конструкция купольного покрытия выполнена в металле в виде стальных решетчатых полуарок эллиптического очертания, опирающихся вверху на

Рис. 8.44. Спортзал в г. Атланта. США, 1957 г.

Рис. 8.43. Павильон "Механизация" на ВСХВ. Москва, 1939 г.

Рис. 8.45. Крытый стадион в парке в г. Сан-Паулу. Бразилия, 1958 г.

сжатое металлическое решетчатое кольцо. Центральное кольцо устанавливалось на специально возведенную вертикальную стальную решетчатую опору. Нижние концы полуарок шарнирно опираются на оголовки вертикальных опор. Распор купола воспринимается железобетонным кольцом. Шесть железобетонных колец солнцезащитного устройства опоясывают по внешнему периметру наклонные стойки купола.

Первый в мире крытый стадион с искусственным климатом был построен в Хьюстоне (США) и принят в эксплуатацию 9 апреля 1969 г. Строительство начато в 1962 г. Здание круглое в плане, диаметром 216 м, диаметр покрытия стадиона равен 193 м (рис. 8.46). В вершине есть аэрационный фонарь диаметром 12 м. Самая высокая точка стадиона находится на высоте более 60 м. Архитекторы – из архитектурных бюро X. Ллойда и У. Б. Моргана (Неrmоn Lloyd & W. В. Morgan) и Уилсона, Морриса, Крейна и Андерсона (Wilson, Morris, Crain & Anderson). Стальной каркас ребристо-кольцевого купола состоит из 12 главных радиальных арок, опорного кольца, опирающегося на 72 стальные колонны, верхнего кольца и пересекающихся промежуточных ребер, параллельных главным. Все элементы стального каркаса выполнены в виде сварных ферм высотой 1,5 м. По ребрам купола уложены кольцевые прогоны с шагом 2,4 м, па которые уложены железобетонные панели толщиной 8 см с древесно-волокнистым заполнителем. Кровля наносилась набрызгом на панели настила. Нижняя часть купола – глухая, выше – с проемами размером 1 × 2,1 м, закрытыми акриловыми прозрачными панелями в два слоя, которые затем были закрашены, так как днев-

Рис. 8.46. Крытый стадион в г. Хьюстоне. США, 1962–1969 гг.

ной спет мешал спортсменам и зрителям. Расход стали на купол составил 96 кг/м2 горизонтальной проекции.

Л. Л. Павлов 181 утверждает, что "опыт эксплуатации крытых спортивно-зрелищных сооружений показывает, что несмотря на превышение стоимости в несколько раз по сравнению с аналогичными открытыми сооружениями, они при правильной планировке и эксплуатации являются рентабельными, в отличие от открытых. В частности, это связано с круглогодичностью и всепогодностью их использования".

На рис. 8.47 показано купольное покрытие над производственным корпусом Ковдорского горно-обогатительного комбината. Ребристо- кольцевой купол диаметром 54 м со стрелой подъема 8,2 м состоит из 32 радиальных ребер сварного двутаврового сечения, соединенных между собой верхним и нижним опорными кольцами, шестью промежуточными кольцами, образующими совместно жесткую пространственную систему. После установки и выверки очерченных по шаровой поверхности репер по ним раскатали стальной лист толщиной 3 мм, работающий между ребрами как мембрана. Мембрана прикреплена к верхнему поясу ребер высокопрочными болтами.

Рассмотренные выше здания с металлическими сводами и купольными покрытиями представляют собой ребристо-кольцевые структуры с металлической кровлей. Применение первых стальных сетчатых куполов проиллюстрируем на двух примерах.

Центральный зал выставочного павильона на ярмарке в г. Брно (Чехия) перекрыт сферическим металлическим куполом с диаметром в основании 93,5 м (рис. 8.48, а). Трехслойная система стержней

Рис. 8.47. Купол над производственным корпусом Ковдорского горнообогатительного комбината. Мурманская обл., г. Ковдор

Рис. 8.48. Выставочный павильон на ярмарке в г. Брно. Чехия, 1959 г.:

а – общий вид; б – системы трубчатых стержней в трех уровнях павильона

образована двумя системами окружностей, симметричных относительно меридиана, а третья система окружностей совпадает с параллелями, параллельна плоскости пола и расположена на верхнем уровне (рис. 8.48, б). Все системы стержней расположены в разных уровнях и накладываются одна на другую, т.е. нигде не пересекаются. Трубы применялись четырех диаметров – 60, 70, 81 и 102 мм. Диаметр труб уменьшался к вершине купола. Эта трехслойная стержневая система предложена чешским инженером Ф. Ледерером.

Вторым интересным сетчато-стержневым купольным покрытием из стальных трубчатых элементов, изогнутых по радиусу 90 м и уложенных в три слоя по системе чешского инженера Ф. Ледерера, является купол выставочного павильона "Дженерал электрик" в Нью-Йорке. Впервые эта система была применена для покрытия выставочного павильона в Брно (см. рис. 8.48), но в покрытии павильона фирмы "Дженерал электрик" кольцевой слой сетчатой конструкции расположен внизу. Диаметр купола – 70 м (рис. 8.49, а). Нижние концы стержней шарнирно опираются на стальные башмаки нижнего железобетонного распорного кольца (рис. 8.49, б). Крепление трубчатых стержней осуществлялось с помощью хомутов. С нижней стороны системы стержней подвешена металлическая кровля.

Рис. 8.49. Купол выставочного павильона "Дженерал электрик" в г. Нью-Йорке. США, 1964–1965 гг.:

а – общий вид павильона; б – опирание концов верхних двух рядов труб на башмаки распорного кольца

Рассмотрим еще одну область применения металлических оболочек: это сосуды давления, резервуары для хранения воды и другие емкости. С точки зрения прочности тонкостенные эллипсоиды вращения являются оптимальными, но и архитектура этих тонкостенных конструкций также должна удовлетворять эстетическим требованиям.

Проектированием резервуаров в форме сфер и эллипсоидов вращения занимаются многие фирмы, в том числе Compliance Resource Center, ICEM Engineering Company Ltd (рис. 8.50), AEA Technology (The innovation business), Pittsburgh Tank and Tower Со (рис. 8.51) и многие другие.

Рис. 8.50. Заготовка для емкости

Рис. 8.51. Водонапорная башня

Рис. 8.52. Газгольдер

Источник: artlex.com

По-видимому, эта область применения металлических оболочек будет превалировать над другими проектами оболочек из металла (рис. 8.52).

Металлическая архитектура в начале XX в. была сопряжена со многими недостатками, поэтому с появлением железобетона была быстро заменена.