Возникновение и развитие структурных конструкций

Исторически пространственные стержневые системы возникли как развитие идеи плоских ферм в конце XIX в. Автором первых структурных конструкций был американский ученый и изобретатель Александр Г. Белл (1847–1922). В первом десятилетии XX в. он создал пространственные фермы па основе октаэдрических и тетраэдрических ячеек. Его конструкции обладали всеми чертами, присущими современным структурам: легкостью, прочностью, модульностью, технологичностью в изготовлении. Первоначально они были предназначены для использования в летательных аппаратах, однако в своей статье (1903) Белл отмечал, что они могут быть использованы и при строительстве сооружений. В 1907 г. Белл построил в Канаде одну из первых стальных структурных конструкций – наблюдательную вышку, состоящую из трубчатых стержневых элементов и литых узлов. Несмотря на замечательные работы Белла, структурные конструкции не находили своего применения в архитектуре примерно до середины XX в. Первая пространственная стержневая система, изготавливаемая серийно, была разработана в Германии в 1943 г. М. Мерингхаузеном и получила название системы "Меро". Конструкция состоит из отдельных трубчатых элементов, соединяемых в узловом элементе при помощи болтов, работающих на растяжение-сжатие. Эта система оказалась настолько удачной, что применяется и в настоящее время. На ее основе позже был создан ряд новых усовершенствованных систем, например "МЛрхИ" и "Кисловодск" (СССР).

В 1950– 1960-е гг. структурные конструкции стали стремительно приобретать известность. Эстетика регулярной решетки привлекла внимание архитекторов. Инженеры исследовали возможности различных строительных материалов, создавали новые типы узловых соединений и типы решеток. Ричард Бакминстер Фуллер (1895–1981) создал свою систему "Октет Трасс" на основе принципа плотной упаковки шаров.

Название системы происходит от октаэдрическо-тетраэдрической геометрической схемы, образованной линиями, соединяющими центры шаров, упакованных таким образом, что каждый шар окружен двенадцатью другими шарами. Стержневые элементы системы располагаются вдоль этих линий. По системе "Октет Трасс" в 1953 г. был построен алюминиевый купол здания ротонды одного из заводов Форда в штате Мичиган, США (рис. 10.3). Купол диаметром 28,4 м изготовлен из алюминиевых профилей и весит 8,5 т. Стержневые элементы соединяются друг с другом на болтах без использования специальных узловых элементов. Этот купол является ярким примером криволинейной пространственной структурной конструкции. От однопоясных сетчатых оболочек, рассмотренных ранее, его отличают повышенная жесткость и устойчивость формы.

В это же время разрабатываются системы Конрада Ваксмана (ФРГ), Стефана Дю-Шато (Франция), система "Триодетик" (Кана

Рис. 10.3. Алюминиевый купол системы "Октет Трасс" Р. Б. Фуллера

да) и др. Многие из них создавались по заказам военной промышленности для быстрого возведения авиационных ангаров и других объектов.

Перед авторами этих систем стояла задача достичь унификации элементов при вариабельности планировочных решений, высокой скорости сборки, компактности системы при транспортировке, возможности повторной сборки.

1960–1980-е гг. стали периодом расцвета структурных конструкций. В это время появляются самые известные сооружения с использованием регулярных пространственных стержневых систем. Среди них – сооружения Всемирных выставок "Экспо-67" и "Экспо-70": купол "Биосфера" Р. Б. Фуллера (рис. 10.4), павильоны "Человек- исследователь" и "Человек-созидатель" ("Экспо-67"); а также покрытие над фестивальной площадью ("Экспо-70"), ставшее крупнейшей в мире структурной конструкцией.

Рис. 10.4. Купол "Биосфера" Р. Б. Фуллера