10870

Расчет балки в сечении 2-2 (рис.4):

Если бы балка имела постоянное сечение, то значение напряжения в сечении 2-2 получилось бы очень маленькое. В данной работе рассмотрена выгодная балка, так как материал примерно равнонагружен.

Пластичная модель для решения балки третьим способом создана в программе Structure CAD с помощью метода конечных элементов.

Результаты представлены на рис.5. Каждому цвету соответствует свое напряжение в кН/см2. Можно заметить, что напряжения изменяются согласно формуле Новье. Для проверки проведены сечения 1-1 и 2-2 (рис.6). В обоих случаях полученные в результате расчета напряжения

110

немного меньше напряжений, полученных с помощью гипотез сопротивления материалов. Из этого следует, что использование формул сопротивления материалов для расчета балок переменного сечения возможно, учитывая также, что они дают небольшой запас. Эпюра в сечении 3-3 показывает, что напряжения практически постоянно по всей длине балки (рис.7). Если бы балка имела постоянное сечение, то эпюра в сечении 3-3 напоминала бы эпюру изгибающих моментов.

Рис.5. Расчет балки по теории пластинчатых оболочек

Рис.6. Эпюра σz в сечении 1-1 и сечении 3-3

Рис.7. Эпюра σz сечении 3-3

Литература

1.Биргер И.А. Сопротивление материалов: учебник / И.А. Биргер, Р.Р. Мавлютов. -Москва: Наука, 1986. – 560 с.

2.Лампси Б.Б. Анализ напряженно-деформированного состояния перфорированной балки: учебное пособие / Б.Б. Лампси, П.А. Хазов, Б.Б. Лампси, Н.Ю. Трянина. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2013. – 17 с.

111

Анущенко А.М.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ВОЗВЕДЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ КУПОЛОВ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ РАЗВИТИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ НАУКИ

Геодезический купол можно отнести к наиболее совершенным пространственным покрытиям. Благодаря выразительному архитектурному облику, большим перекрываемым пролетам, малой массе и высокой сейсмоустойчивости он относится к одним из наиболее перспективных конструкций XXI века. Как показала практика, наибольший эффект при строительстве дает применение легких материалов, в частности, древесины. Обладая относительно высокой прочностью и небольшой плотностью, она позволяет возводить сооружения диаметром свыше 100 м, т. к. масса 1 м2 покрытия обычно не превышает 20-50 кг. Немаловажным фактором выбора являются уникальные эстетические и художественные качества древесины, а также возможность создания в помещении особого микроклимата в связи с её экологичностью. Некоторые преимущества конструкций из древесины перед конструкциями из прочих материалов отражены в таблице 1.

Таблица 1. Преимущества применения деревянных конструкций

Проектирование и расчет деревянных геодезических куполов осуществляется в следующей последовательности:

1.Выполняется геометрический расчет купола, заключающийся в определении всех необходимых для статического расчета размеров и углов: радиус сферы, центральный угол, радиус основания купола, высота.

2.По безмоментной теории производится расчет каркаса.

3.Подбираются сечения каркаса купола. Подбор сечений деревянных элементов производится с учетом действия на них максимальных усилий.

4.Производится проверка принятых сечений.

Правомерность применения безмоментной теории при проектировании была неоднократно подтверждена в результате многочисленных экспериментов, хотя в большинстве случаев условия, позволяющие рассматривать напряженное состояние купола как безмоментное, не достижимы.

Сегодня деревянные геодезические купола применяются в основном в туристическом и санаторно-курортном бизнесе при строительстве небольших зданий гостиниц, ресторанов, саун и бань, а также в сфере индивидуального жилищного строительства (например, жилой дом в с. Высокое (рис. 1), Крым, арх. Р. Богдашко, 2011 г.) Они привлекают не только своим необычным внешним видом, но и целым рядом достоинств перед традиционными домами, возможностью сборки без помощи профессионалов-строителей и использования специальной строительной техники (рис. 2).

Широкое распространение в строительной практике получили два способа постройки деревянных геодезических куполов: коннекторный, когда купол собирается с помощью коннекторов и ребер (отрезков бруса), и бесконнекторный, когда купол собирается из готовых треугольных панелей.

Геодезические купола подтвердили свою энергоэффективность при возведении жилых домов. Она обеспечивается особенностями геометрии и

113

технологии их сборки. Так, сферическая форма имеет наименьшее отношение площади наружных стен к внутреннему объёму здания среди прочих фигур той же ёмкости, а, соответственно, наибольшее значение КПД энергозатрат на отопление помещений. Стоит также отметить, что геодезические купола отличаются и превосходными световыми характеристиками, так как сферические формы имеют свойство рассеивать свет, в то время как прямоугольные поглощают его. Акустические преимущества включают равномерное распределение звука, отсутствие резонирующего звука и значительно меньшее проникновение внешних шумов, чем у традиционных домов.

В настоящее время в мировой практике существует небольшое число примеров большепролетных сооружений, перекрытых деревянными геодезическими куполами, причем в большинстве своем они были построены во второй половине ХХ века: стадион Superior Dome (рис. 3) Северо-Мичиганского университета (США) (диаметр 163,4 м; в его конструкции применена 781 деревянная балка); спортзал на 15 000 мест в Солт-Лейк-Сити (США); стадион Tacoma Dome (США) (рис. 4).

Рис. 3. Стадион Superior Dome, США Рис. 4. Стадион Tacoma Dome, США

Использование деревянных геодезических куполов при строительстве большепролетных сооружений не нашло широкого применения прежде всего в связи с отсутствием совершенных методов расчетов. Применительно к России, например, нужно отметить, что в нормативной литературе не отражено влияние физической и конструктивной нелинейностей на работу сжато-изгибаемых элементов сплошного сечения, отсутствуют рекомендации по расчету сжатоизгибаемых треугольных трехслойных панелей купольного покрытия.

По-прежнему остается достаточно сложным процессом формообразование куполов, хотя выбор и расчет геометрической схемы является первоочередной задачей на стадии проектирования, именно от неё будут зависеть число элементов, конструкции узлов сопряжений, способы изготовления и монтажа элементов.

114

На данный момент существенным сдерживающим фактором в области проектирования деревянных геодезических куполов является отсутствие систематизированных сведений о всех практически применимых типах разбивок. Кроме того, отмечается, что в опубликованных таблицах параметров сетевых разбивок приводятся только тригонометрические данные, в то время как для архитектурного и строительного проектирования необходимы данные в виде таблиц координат узловых точек.

На сегодняшний день вопросы общей устойчивости геодезических куполов являются одними из важнейших в строительной практике: ведутся экспериментальные исследования (рис. 5) устойчивости при несимметричных нагрузках от снега, ветра и других факторов на моделях в связи с объективными трудностями аналитических расчетов.

Рис. 5. Сегмент деревянного геодезического купола - экспериментальная установка

Подытоживая все выше сказанное, хотелось бы ещё раз отметить, что исследования в сфере проектирования и возведения геодезических куполов являются одними из наиболее перспективных. Человечество стоит на пороге новой эры в развитии строительной науки. Планомерные разработки, направленные на совершенствование методов расчета и автоматизацию проектирования, безусловно, позволят более активно обращаться к высоко эффективному сочетанию геодезических купольных конструкций и древесины.

115

Анущенко А.М.

(ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»)

ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЕ МАСТЕРСТВО АРХИТЕКТОРА Ф.М. РОСЛЯКОВА

Филимон Меркурьевич Росляков (1758 - 1806) - ученик казанской архитектурной школы В.И. Кафтырева. В 1785 году произведен в губернские архитекторы города Вятки. Выполнил 826 проектов планов и фасадов гражданских зданий, свыше 130 проектов церквей, колоколен, оград и иконостасов по заказу консистории и сельских приходов.

Главным делом Ф.М. Рослякова на поприще губернского архитектора стала реализация первого регулярного плана Вятки (рис. 1), который был разработан «Комиссией о строении Санкт-Петербурга и Москвы» и утвержден Екатериной II 13 августа 1784 года.

Рис. 1. План-схема города Хлынова (название до 1780 года) конца XVIII века с наложением фрагментов регулярного плана города Вятки. Реконструкция А.Г.

Тинского.

По присланному из столицы плану территория города должна была приобрести форму прямоугольника с геометрически правильной сеткой улиц, пересекающихся под прямым углом. Строящиеся дома следовало ставить по красной линии продольных улиц, поперечные не застраивались и предназначались для размещения хозяйственных построек и оград. На центральных улицах было разрешено исключительно каменное

116

строительство, деревянное оттеснялось на окраины.

На практике все это означало полную замену существующей веерной планировочной структуры в условиях хаотично и плотно застроенного города, и, конечно, требовало сноса большинства существовавших зданий. Стоит также отметить, что при возникновении противоречий между разработанным планом и реальной ситуацией на местности зодчий не имел права изменять размеры кварталов, расширять и сужать улицы. [1,2]

Перепланировка и застройка города по регулярному плану началась с закладки в 1787 году двух каменных зданий Присутственных мест (рис. 2). Их возведение потребовало ликвидации 17 старых дворов. В первый год работы на должности губернского архитектора Ф.М. Росляков был занят обозначением на местности улиц и площадей вехами и канавками. Затем на его плечи легли работы по отведению мест под строительство, составлению проектов домов, надзору за их постройкой, контролю за исправностью казенных зданий, дорог и мостов, определению назначения запроектированных площадей.

Работы по перепланировке растянулись на несколько десятилетий, а их завершение произошло уже после смерти архитектора. Дело в том, что снос зданий, мешавших реализации плана, был возможен только после их расселения и строительства новых, поэтому Рослякову нередко приходилось оборудовать хозяйственные постройки для временного жилья. Всего же к моменту начала реализации плана в Вятке насчитывалось более 800 дворов и 100 торговых лавок, т. е. общий объем работ по строительству был колоссальным.

Возведение зданий Присутственных мест стало первым и немаловажным шагом по формированию неповторимого речного фасада города и ансамбля набережной реки Вятки. Продолжая работу в этом направлении, Росляков проектирует комплекс домов для служителей Кафедрального собора (рис. 3). К 1804 году вдоль красной линии набережной на основе осевой композиции были построены четыре двухэтажных дома, отличающиеся общностью пропорций.

117

Центральная часть Вятки в период с 1786 по 1806 год застраивается только по проектам Рослякова. В соответствии с регулярным планом здания предписывалось строить по присланным из столицы шести «образцовым» проектам. Всего лишь за восемь лет с 1796 по 1804 год архитектор составил для Вятки 246 проектов. Зодчему удалось обеспечить стилистическую однородность застройки. Он строил комплексно, целыми кварталами (рис. 4). Уже к концу XVIII века на центральных городских улицах было построено более 20 каменных домов: 9 - на улице Московской, 8 - на Спасской, 3 - на Преображенской, 2 - на Спенчинской, по одному на Никитской и Монастырской набережной. Все они закрепили новую планировку города. [1]

Ф.М. Росляков занимается формированием торговой зоны площади Общего торга и прилегающих к ней кварталов. На самой площади появляются корпуса деревянных лавок, а в 1799 - 1803 г.г. на пересечении Спасской и Казанской улиц строятся четыре одноэтажных корпуса каменных лавок, один корпус - за алтарем Спасского собора, три корпуса - по Спасской улице. Начинает формироваться неповторимый облик торгового комплекса города.

Вначале XIX века становится ясно, что дальнейшее развитие Вятки будет происходить в южном направлении, однако Росляков стремится вести строительство в западной части города. В результате на одной из окраинных улиц - Спенчинской - были возведены дома Ласкина (1790 г.), Ф. Злыгостева (1798 г.), И. Двойнишникова (1804 г.), А. Пыхтеева (1805 г.). Расположенную на ней же Хлебную площадь зодчий первой полностью застраивает деревянными лавками и амбарами. За западной границей города Ф.М. Росляков с 1789 года возводит ансамбль Вятской духовной семинарии (рис. 5), включающий семь каменных зданий жилого и общественного назначения, один водный канал и пруд. Весь комплекс дошёл до наших дней с незначительными изменениям и является крупнейшим архитектурным ансамблем гражданских зданий того периода. Фактически Росляков предвосхищает будущих градостроителей более чем на столетие, т. к. только в ХХ веке начнется застройка территорий в западном направлении от города, а бывшая Хлебная площадь станет главной городской площадью, административно-культурным центром. [2]

В1796 году Ф.М. Росляков составляет проект земляного моста через кремлевский ров. Архитектор решает соединить площадь Общего торга и колокольню Кафедрального собора, попутно продлевая новую Московскую улицу и включая территорию Кремля в её композицию. Его сооружение потребовало проведение работ по вертикальной планировке: были ликвидированы остатки старого вала северного берега, повышен уровень южного берега рва, ручей заключен в трубу. В 1802 году Росляков представляет 2 проекта мостов через овраг Засора, строительство которых

было необходимым для дальнейшего развития города в южном

118

направлении. Их конструкция была представлена бревенчатым накатом с дощатым настилом на продольных балках, перекинутых между береговыми устоями-ряжами. Срубы, закрепляющие берега, образовывали клети, которые засыпались землей и хвоей для защиты от дождевых и талых вод. Одновременно с этим Ф.М. Росляков проводит мероприятия по выравниванию предмостных площадей, предписав горожанам засыпать рвы и места, в которых предполагалось строительство новых мостов. [3]

До конца XVIII века город, к которому стекались Казанский и Московский тракт, не имел постоянной переправы через реку Вятку, откуда начинался Сибирский тракт. Понимая важную транзитную роль города, Ф.М. Росляков проектирует и возводит в 1798 году первый деревянный на пазухах сборно-разборный мост, который действовал в летний период, зимой же по старинке использовали ледовую переправу. [3]

Задачи, поставленные перед Ф.М. Росляковым как губернским архитектором, были решены им наилучшим образом. Самое главное, что он сумел реализовать на местности первый регулярный план города, предопределив его развитие на последующие 2 столетия. Несмотря на использование «образцовых» проектов при строительстве каменных зданий на рубеже XVIII и XIX столетий, архитектору удалось начать создание уникального градостроительного ансамбля, который был высоко отмечен впоследствии императором Александром I следующими словами: «Очень красивый город — походит на Ярославль в малом виде!» [4, с. 71] Произведения, созданные Ф.М. Росляковым стали опорной точкой для развития вятской архитектуры XIX века.

119