Современное значение и принципы складчатых конструкций в архитектуре

Принципы складчатых конструкций в архитектуре

В инженерной и архитектурной практике складчатые конструкции занимают особое место благодаря сочетанию выразительности и рациональности. Такие решения легко распознать по характерному рельефу на фасадах зданий или покрытиях кровель — они состоят из чередующихся плоских тонких граней, которые соединяются между собой под разными углами. Эти пространственные структуры считаются одним из наиболее элементарных, но в то же время действенных видов оболочек, и могут выполняться как из железобетона (сборного или монолитного), так и из металла, дерева или даже современных композитных материалов.

Для надежности подобных систем выполняются детальные расчеты по методике предельных состояний. Особенность их геометрии в том, что складчатая форма позволяет выдерживать большие нагрузки при минимальной толщине — за счет работы на изгиб и сжатие.

Наибольшее распространение складчатые конструкции нашли в 1960–80-х годах, в эпоху активной индустриализации строительства и архитектурного модернизма. Именно в этот период данный конструктив стал своеобразным символом нового подхода — с его помощью достигалась выразительность образа без традиционного орнамента. Дополнительным плюсом складчатых систем является высокая устойчивость к температурным и осадочным деформациям грунта, а также внутренним напряжениям, что особенно важно при эксплуатации в сложных климатических или геологических условиях.

История появления и развитие складчатой архитектуры

Появление складчатых конструкций связано с целым рядом этапов и инженерных открытий:

• 1937 год — создан первый запатентованный образец жёсткого настила, собранного из треугольных металлических панелей;
• 1940–1950-е — ведутся активные опыты с бескаркасными арочными кровлями и сводами из складчатых элементов;
• 1945 год — в СССР регистрируется первая модель складчатого свода из листового материала;
• 1950–1960-е — происходят многочисленные эксперименты с лоткообразными, ромбовидными и треугольными складками, растёт количество патентов на такие системы;
• К концу XX века — общее число зарегистрированных изобретений и решений по складчатым конструкциям превышает шестьдесят.

В советском строительстве из всего многообразия складчатых конструкций наиболее широко применялись лоткообразные модули и производные от них системы, что было обусловлено ориентацией массового домостроения на унификацию железобетонных элементов.

Среди объективных достоинств таких конструкций: высокая прочность и жёсткость при сравнительно малой массе, отличная сопротивляемость вибрациям и динамическим воздействиям, а также свои акустические аспекты, позволяющие эффективно использовать складку для рассечения или поглощения звука. Сегодня технологии, основанные на складчатых принципах, служат не только при создании несущих систем, но и применяются для разработки облегчённых заполнителей на основе ячеистой структуры.

К числу интересных реализованных объектов можно отнести крыши комплекса Курского вокзала, купол Даниловского рынка или выставочный павильон СССР на международной выставке. Интерес представляют сооружения на государственных границах, где складчатая форма позволяла собирать значительные пролёты без дополнительных опор. 

Классификационные особенности складчатых систем

Геометрическое многообразие и функциональное предназначение предопределяют достаточно широкую классификацию складчатых конструкций. Обычно их делят по типу образования формы, и наиболее применяемыми считаются:

• Призматические, трапециевидные и зубчатые складки (они востребованы при проектировании промышленных сооружений);
• Пилообразные с треугольными модулями, подходящие для освещения через шедовые фонари;
• Шатровые системы с ровной или наклонной верхней плоскостью;
• Капитель-складки, которые используются в колонных залах для создания перекрытий;
• Замкнутые шатровые покрытия с опущенными кромками;
• Многогранные купола и сложные пространственные шатры;
• Сборные призматические покрытия из типовых сложенных элементов;
• Комбинированные системы из стандартных плоских плит.

Дополнительно складчатые конструкции могут подразделяться на линейные (по одной оси), многоугольные или перекрёстные. Архитектор, исходя из задачи объекта, комбинирует размер сечений, способ размещения складок и систему верхнего света. Их геометрия может быть ориентирована рядами, радиально, навстречу друг другу либо способом, комбинирующим оба приёма.

Работа на изгиб складчатой конструкции отличается от поведения обычных плит и балок: распределение внутренних усилий происходит по сложной траектории, нейтральная ось смещается к опорам, а основные растягивающие нагрузки приходится учитывать в нижней зоне конструкции — что отражается и на армировании железобетонных складок.

Отсылая к традициям модернизма, инженеры вновь и вновь возвращаются к складке как выраженному пластическому элементу, объединяющему эстетику и логику конструкции.

Современные вычислительные инструменты дают возможность проектировать нерегулярные формы складчатых конструкций, оптимизированные не только с точки зрения архитектуры, но и инженерных требований. Это помогает решать задачи энергоэффективности, экономии материала и создавать экологичные, долговечные здания, где конструктивная рациональность сочетается с выразительностью облика.