Приведены преимущества купольных конструкций, относительно прямоугольных решений. Обобщены технологии формообразования купольных конструкций: геодезический купол, стратодезическая сфера, пневмокаркасные технологии, блочно-заводские конструкции. Выявлены достоинства и недостатки отдельных технологий формообразования.
Ключевые слова: конструкция, формообразование, геодезический купол, стратодезический купол, пневмокаркас.
Современное строительство характеризуется высокой архитектурной выразительностью с использованием форм домостроения, отличных от традиционных прямоугольных конструкций. Преимущества купольного домостроения перед прямоугольными формами связаны не только с привлекательностью внешнего и внутреннего дизайна строений, но и с лучшей устойчивостью к ветровым и снеговым нагрузкам, герметичностью и прочностью конструкции, большим внутренним объемом, технологичностью и быстротой возведения и т. д. [1].
Наибольшее распространение получила технология формообразования купольных конструкций на основе сетчатых несущих структур, в общем виде представляющих собой совокупность ребер жесткости и узлов их соединения. Так, при формообразовании купола по технологии геодезической сферы, конструкция преобразуется в систему треугольных элементов, где в каждой точке системы сходятся по шесть граней. Грани могут исполняться из алюминиевых, стальных, деревянных, пластиковых и композитных материалов с применением различных коннекторов в местах их соединения [2] (рис.1).
Рис. 1. Пример формообразования купола по технологии геодезической сферы: а) чертеж каркаса; б) купол из сетчатого металлокаркаса
При сравнении сетчатых геодезических куполов с ребристыми куполами из металла и древесины, посредством расчетов в программе SCAD, установлено, что расход металла на геодезическую конструкцию будет на 35 %, а древесины на 13–14 % ниже, чем на купола ребристых форм. Также в сетчатом куполе возможна большая вариативность типоразмеров узловых соединений, в связи с разнообразием пространственной ориентации стержней; отсутствуют межстержневые сверхострые углы у верхнего опорного кольца, характерные для ребристых форм, что облегчает конструирование узлов [3].
К недостаткам геодезического купола можно отнести использование треугольных стекол, размеры которых определяются конструкцией и частотой сетки, что затрудняет фабричное производство остекления, повышает объем отходов при резке и увеличивает трудоемкость возведения.
Данные проблемы частично снимаются при сетчатом формообразовании по технологии стратодезического купола, где каркас представляет собой изогнуто-выпуклые ребра жесткости, со схождением к центру в верхней части купола и поперечной сетки, параллельной нижней плоскости купола (Рис. 2а). Данный способ формобразования конструкции купола более экономичен в части расхода материалов и трудозатрат, т. к. позволяет использовать остекление стандартной прямоугольной формы, что в свою очередь облегчает применение открывающихся рам. Кроме того, в данную конструкцию технологично встраиваются солнечные коллекторы для повышения энергоэффективности сооружения [4].
Рис. 2. Формообразование куполов (а) по технологии стратодезической сферы; (б) по пневмокаркасной технологии
Альтернативой сетчатым купольным конструкциям, которые при остеклении воспринимаются как легкие и воздушные, но требуют прогнозов тепловых потерь в связи с предпосылками к развитию мостиков холода, является формообразование монолитного железобетонного купола с применением пневмокаркасной технологии (Рис. 2б).
В данном случае выгибается каркас из металлических прутьев, с внутренней стороны решетки выдувается пленочный пневмокаркас. Далее, с внешней стороны обрешетки послойно напыляется связующее, например из торкет-бетона, до достижения нужной толщины купола. Затем внутренняя ограничительная пневмооболочка сдувается и устраняется. Такие конструкции более энергоэффективны относительно сетчатых, в связи с меньшим числом разнородных соединительных элементов, устойчивее к ветру и снеговым нагрузкам. Кроме того, внутренне пространство свободно от несущих конструкций и колонн [5].
Пневмокаркасные технологии купольного домостроения требуют специального оборудования и сложны в исполнении работ по возведению относительно куполов с применением блоков заводского производства. В последнем случае формообразование может осуществляться посредством применения готовых пенополистирольных блоков, что значительно сокращает сроки возведения объектов, а также снижает вес конструкции, допуская использование ленточных фундаментов. Наиболее технологичным будет возведение фабричных купольных сооружений, где в готовом решении уже предусмотрены оконные, дверные проемы и изделия под них, а также вентиляция, фасадная отделка, теплоизоляция и т. д. [4].
Таким образом, рассмотрены различные технологии формообразования куполов, с указанием их достоинств и недостатков. В заключении следует отметить, что решение о конструкции купола принимается в зависимости от назначения объекта: для большепролетных аэропортов, торговых центров, спортивных объектов сложных форм используются сетчатые конструкции, в то время как в частном домостроении экономичнее применять готовые легкие блочные конструкции.
Литература:
- Попова, Е. И. Поверхность купола как элемент энергоэффективности ограждающих конструкций — Текст: непосредственный / Е. И. Попова, Н. Н. Бащенко, А. И. Сорвачев, О. Д. Чуприна // Вестник Сибирского государственного политехнического университета. — 2017. — № 2 (20). — С. 30–34.
- Жданова, А. С. Технология возведения купольных зданий — Текст: непосредственный / Жданова А. С., Мажирина А. Д. // Advanced science: сб. статей X Межд. науч.-практ. конф. Пенза, 2019. — С. 249–251.
- Молева, Р. И. Сравнительный анализ конструктивных решений деревянных куполов — Текст: непосредственный / Р. И. Молева // 14-ый Российский архитектурно-строительный форум: труды науч. конгресса. Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. — С. 37–39.
- Зубарева, Г. И. Уникальный купольный дом — Текст: непосредственный / Г. И. Зубарева, И. В. Соргутов // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. — 2019. — Т. 10 — № 1. — С. 134–142.
- Андреева, Н. В. Формообразование купольных зданий на основе торкрет-бетона — Текст: непосредственный / Н. В. Андреева, Е. Коблова // Наука и образование: отечественный и зарубежный опыт: сб. трудов конф. Белгород, 2019. — С. 402–412.
