Новости и блог
 

Сетчатые оболочки - здания свободной формы с большими пролетами

Органичная форма и безколонное пространство сетчатых оболочек обеспечивают неограниченную свободу для творчества архитекторов и инженеров-строителей. Эти инновационные пространственно стержневые конструкция черпают свои силы в двойном искривлении их общей формы. В этом они похожи на геодезические купола. Но, в то время как геодезические купола ограничены сферическими покрытиями, сетчатая оболочка может принимать различные формы в каждом из двух взаимно перпендикулярных направлений.

Aviary gridshell dome

 

Искусное использование геометрии позволяет легким сетчатым оболочкам охватывать обширные пространства. Они обеспечивают всю эффективность геодезических куполов, но с разнообразными формами и причудливыми условиями поддержки конструкции. Сетчатые оболочки также известны, как: купола свободной формы, купола свободного стиля, пространственные решетки или сетчатые купола. Комапния Geometrica называет свои сетчатые оболочки Freedomes®. Freedomes - это зарегистрированная торговая марка для таких конструкций, используемая с середины 1990-х годов.

История сетчатой оболочки

У сетчатых оболочек интересная история. Под сетчатыми оболочками, особенно в Европе, понимали комбинации свободной формы в виде кривизны купольного типа и обратной кривизны в одной решетке. Но поначалу сетчатые оболочки имели, как положительную кривизну, как у геодезических куполов, так и отрицательную кривизну, как у гиперболоида. В последнем десятилетии 19-го века русский инженер Владимир Шухов построил высокие башни с перекрестным скрещиванием прямой линии. Это были строения, которые создали революцию в гиперболоидах. В конце 1920-х годов Вальтер Бауэрсфельд создал первый геодезический купол в качестве опалубки для планетария в Германии, а в последствии Бакминстер Фуллер начал популяризацию этого вида конструкций в 1950-х.

 

Douglas Wright Seminal Paper on Gridshells

 

В феврале 1965 года доктор Дуглас Райт (Douglas Wright) директор-основатель компании Geometrica опубликовал новаторскую статью о дизайне сетчатых оболочек «Мембранная сила и прогиб в сетчатых оболочках» в журнале структурного подразделения Американского общества гражданских инженеров. Статья объясняла, как эти красивые конструкции могут быть разработаны на основе рациональных принципов механики, еще до того, как компьютеры стали активно использоваться для проектирования подобных конструкций. Эта статья - самый обсуждаемый материал структурного подразделения Американского общества гражданских инженеров по сегодняшний день и она дает возможность рационально использовать данную форму конструкции.

 

Hyperbolic paraboloid gridshells in a 40m X 40m array

 

С помощью это исследования Ф. Кастаньо-старший (F. Castano Sr.) отец генерального директора Geometrica и Дуглас Райт совместно разработали несколько гиперболических параболоидов сетчатых оболочек в конце 60-х годов, в том числе: мексиканский павильон на ЭКСПО-67 в Монреале, Дворец спорта в Мехико для Олимпиады 1968 года и различные другие демонстрационные здания.

 

Toluca Gridshell

 

Возможно, первой настоящей сетчатой оболочкой свободной формы была аудитория в г. Толука, Мексика (Toluca Auditorium). Архитекторами были Галло (Gallo) и Азорин (Azorin), а инженерами Дуглас Райт и Ф. Кастаньо-старший. Аудитория была задумана, как здание прямоугольной планировки с произвольным, не-алгебраическим покрытием пространственной решетки, которая имела непрерывно изменяющийся радиус кривизны. Компания Ф. Кастаньо-старшего, которая была предшественником компании Geometrica построила эту замечательную сетчатую оболочку в 1967 году. Результат был ошеломляющим. Конструкция выиграла национальную архитектурную премию Мексики в 1967 году.

 

Matadores Gridshell under Construction

 

Geometrica продолжает использовать и развивать это наследие и по сей день, строя легкие сетчатые оболочки с длинными пролетами по всему миру для архитектурных и природоохранных целей. Сетчатые оболочки Geometrica используют трехмерные характеристики строительной конструкции для достижения архитектурных и бюджетных целей в строительных проектах, описанных далее. Но, для начала, сравнение.

Сравнение сетчатых оболочек с геодезическими куполами

Хорошо известно, что сферическая поверхность геодезических куполов дает максимальный объем охвата для необходимой площади поверхности. Но объем сферы или даже ее сегмента, идеально подходящий для хранения материалов, не так удобен для многих видов деятельности, и может вызвать потери в территории или пространстве.

 

Geodesic domes are ideal for material storage

 

Во многих строениях сферическое сечение находится либо слишком высоко в центре, либо слишком низко по краям, если край купола не поднят стеной или колонами. В сетчатых оболочках профиль может быть отрегулирован таким образом, чтобы подниматься для обеспечения достаточной высоты свеса, а затем следуют пролеты с низким наклоном для экономии неиспользуемого пространства. Сетчатые оболочки могут иметь поверхность вращения положительной и отрицательной кривизны, а также их обеих.

 

Gridshell springs from Seussian supports

 

Существует буквально бесконечное количество возможных дизайнов сетчатых оболочек. Самым распространенным являются использование вариаций прямоугольника, но использование форм звезды, треугольных, овальных, а также практически любых других форм также возможно. Меридиан может быть параболической, эллиптической, круглой или любой другой гладкой кривой. Точка изгиба может быть разнообразной, как в дизайне, так и в высоте. Такая конструкционная свобода предусматривает эффективное использование земли, а также красивое внутреннее пространство.

 

Hyperboloid gridshell for water tower

 

Другой пример: гиперболоидные водонапорные башни имеют отрицательную кривизну и оптимизированную геометрию для сдерживания поднимаемой воды. В результате эта форма превращается в элегантную крышу.

 

Hyperboloid gridshell roof

 

Проектирование сетчатых оболочек

 

Существует один простой алгоритм планирования формы однопролетных сетчатых оболочек. Для этого требуется только четыре параметра:

  • Граница купола;

  • Высота вершины;

  • Один меридиан;

  • Угол в проекте, касательно, которого берется выбранный меридиан.

 

Чтобы приспособиться к меняющемуся краю купола, меридиан будет меняться в других направлениях. Но достаточно показать на эскизе только одну из частей проекта, чтобы полностью определить геометрию. После того, как геометрия и условия поддержки строения определены, инженеры Geometrica могут предложить наиболее эффективные модели и варианты слоев для вашего строения, или вы можете выбрать модель самостоятельно. Другие алгоритмы поиска формы также возможны. Например, форма сетчатой оболочки может быть найдена с помощью математического релаксационного метода или с помощью физических аналогий, таких как поверхность минимальных значений или предел прочности при растяжении сеток.

 

Gridshell in Qatar

 

Опорами могут быть: бетонные или стальные колонны, стены, края балки или плиты. Купол может быть усилен интегральным стяжным кольцом, чтобы он мог выдержать свою горизонтальную реакцию под действием нагрузок силы тяжести. Другие интересные варианты основных форм сетчатой оболочки включают:

  • При необходимости, точки изгиба сетчатой оболочки могут отличаться по высоте. Это может позволить использовать боковую и угловую поддержку или более высокие края для специальных отверстий.

  • Проектирование вершины не в центре строения может быть полезно, когда одна сторона строения не поддерживается, например, у амфитеатра или птичника.

    Nemak gridshell spans 224m x 84m

     

    Еще одним плюсом эффективности Freedome® является возможность минимального покрытия. Это самое небольшое покрытие, необходимое для охвата определенной территории. Оно может быть достигнуто путем изменения высоты поддержки. Другие варианты минимального покрытия могут быть достигнуты путем использования нагрузки для того чтобы накрыть покрытие. Например, емкость для воды может быть построена в виде капли воды, в результате чего поверхность оболочки получает равномерное натяжение.

     

    Drop-shaped gridshell water tank

    Прошло 50 лет, 50 лет впереди

     

    Прошли годы с того момента, как Дуглас Райт (Douglas Wrigh) провел свои новаторские исследования, компьютеры стали доступны, а сетчатые оболочки стали популярными. Архитекторы всего мира могут представить и спроектировать удивительные, искривленные покрытия, охватывающие сотни метров без промежуточных опор. Свет попадает внутрь строений, как никогда ранее, благодаря воздушности и тонкости металлических сетчатых оболочек. Но одна проблема все еще делает сетчатые оболочки менее распространенными, чем постройки с четкой формой. Их структурной эффективности сопутствует высокая стоимость. Такие конструкции с сотней тысяч компонентов слишком сложны и дорогостоящи в производстве и сборке, ведь каждая отдельная часть отличается от любой другой. Из-за этой проблемы, несмотря на их потенциал, сетчатые оболочки часто ограничены в использовании в очень крупных проектах с большими бюджетами.

    Matadores Gridshell

     

    Но компания Geometrica решила эту проблему. Теперь с помощью сборного строительства Geometrica и технологии Freedome® неотъемлемая структурная эффективность и красота сетчатых оболочек доступна для всех проектов. Построенные из легкой и прочной оцинкованной стали или алюминия, сетчатые оболочки Geometrica могут быть использованы и используются в производственных строениях, а так же в зданиях с необычной архитектурой.

     

    Velodrome gridshell

     

    Конструкционные трубы Geometrica изготовляются на компьютеризированном производстве и собираются на месте строительства с помощью эффективных алюминиевых втулок. Втулки обеспечивают неограниченное разнообразие форм. Отдельные детали штампуются, помечаются компьютером и упаковываются для эффективного использования на месте. Пластичность достигается тем, что соединение развивает 130% от рассчитанной устойчивости к деформации стальных труб и передает изгиб. Когда все трубы и втулки собраны, соединение крепится шайбами ​​и одним болтом.

     

    Nemak Gridshells

    Компания Geometrica построила крупнейшее промышленны сетчатые оболочки-купола в мире, используя технологию Freedome® и достигнув не только 18000 м2 площади покрытия, но и 224 метровых осей пролетов (показано на фото выше) или 145 м в диаметре и 94 м в высоте (показано на фото ниже). Другие примеры включают: купол Freedome для хранения угля в Тайване, 122 метровый купол-близнец для JEA во Флориде, 5000 м2 завода Coemin Freedome, 135 метровый купол Ruwais в Абу-Даби и 140 метровый купол Сан-Кристобаль в Боливии.
    Следующие 50 лет строительства сетчатых оболочек будут действительно восхитительны.

     

    Gridshell with 145m Base Dimension and 94m Height

     

    Geometrica - мировой лидер в архитектуре сводчатых строений и строений свободной формы, геодезических куполов и сетчатых оболочек. Заполните форму, указанную ниже, чтобы узнать о том, как Geometrica может помочь вам в вашем проекте.