CC BY
56УДК 721.001
ПРИМЕНЕНИЕ КОНЦЕПЦИИ «ГОРОД ПОД КУПОЛОМ» В ГРАДОСТРОИТЕЛЬНЫХ ЦЕЛЯХ, ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Кашина И.В., Шульга Д. А.
Академия строительства и архитектуры, ФБГОУ ВО ДГТУ Адрес: г.Ростов-на-Дону, ул. Социалисттическая, 162 1 e-mail: akbcf84@yandex.ru, 2e-mail: akbcf84@yandex.ru,
Аннотация статьи Мировой опыт строительства с древних времен показывает, что одной из эффективных форм пространственных конструкций являются купола. Они обладают рядом преимуществ, которые делают их уникальными архитектурными сооружениями: большой несущей способностью, и чем больше купол, тем она выше. В статье рассмотрены некоторые примеры купольного строительства, их особенности, а также предпосылки их строительства.
Ключевые слова строительство, город-купол, пространство, конструкции, архитектура
ВВЕДЕНИЕ
Город под куполом (англ. domed city) — разновидность теоретической или вымышленной структуры, которая представляет собой большую урбанизированную область, помещённую под единую крышу. Их строительство связано с улучшение комфортных условий проживания людей - загрязнение воздуха и иные виды разрушения окружающей среды. В середине 20 века купола использовали для возведения климатронов, помещений с воспроизведением определенных климатических условий для создания растительных сообществ, типичные для определенных географических зон. Первый такой «Климатрон» был построенный в Сент Луисе, штат Миссури (США) в 1960 году, диаметром 53 метра, сделанный из алюминиевых несущих рам.
В Советском союзе в 1971 году был построен климатрон высотой 30 метров и общей площадью около 1000 м2, а в 1984 году было завершено сооружение купольной оранжереи высотой 18 м общей площадью 532 м2 на территории Ботанического сада им. А.В. Фомина.
Каркасы купольной системы можно оснастить внутренними поддерживающими конструкциями, опорой для которых служит накрываемое куполом здание. Такой каркас сделает купол более жестким и снимет значительную часть нагрузки с внешней сетчатой оболочки, что позволит делать ее из серийного профиля, который дешев и повсеместно доступен. Стандартные ячейки с тремя слоями купольной пленки обладают достаточно высокими теплозащитными свойствами, сравнимыми с трехслойными пластиковыми стеклопакетами. Но для севера их можно усилить несколькими дополнительными слоями пленки, до десяти слоев.
Таким образом, купольная система дает большие преимущества в плане сохранения тепла
зимой, позволяя в несколько раз снизить расход энергоносителей и эффективно использовать альтернативные источники тепла.
Преимущества купола:
• изогнутая форма купола делает его устойчивым от ветра и шторма;
• во время землетрясений купол двигается с землей, вместо того, чтобы упасть;
• купол не может быть поврежден в результате пожара, гнили, или насекомых.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ, МАТЕРИАЛОВ, МЕТОДОВ
Геодезический купол — это конструкция сферической формы, собранная из тетраэдров. Ричарда Бакминстера Фуллера считают ее изобретателем, но это верно лишь отчасти. Первую сферическую сетку разработал инженер Вальтер Баурфельд для планетария компании «Цейс» в Йене в 1925 году. Впрочем, Фуллер занимался исследованием формы сферы самостоятельно. В 1948 году он демонстрировал студентам Mountain college первые бумажные модели геодезического купола, а в 1950-е годы запатентовал его как конструкцию и получил несколько заказов на ее сооружение, в том числе и от компании «Форд». Настоящая слава пришла к Фуллеру в 1967 году, когда геодезический купол был сооружен для павильона США на Всемирной выставке в Монреале (сохранился). Диаметром чуть больше 76 метров, он до сих пор остается самым большим в мире геодезическим куполом.
Также Фуллер считал, что геодезическими куполами можно накрывать целые города. В частности, куполом диаметром в две мили (чуть больше трех километров) он хотел накрыть Манхеттен. Притом, что жители могли бы по-прежнему видеть небо, никаких связанных с этим неприятностей, вроде осадков, они бы не
испытывали. Кроме того, купол позволил бы существенно экономить энергию, тепло и холод. Поверхность купола составила бы всего 1/85 часть от площади поверхности всех зданий на Манхеттене, а это значит, что энергии на создание искусственного климата внутри него ушло бы в 85 раз меньше. Но за проект никто никогда не брался всерьез.
Купола фуллерна не нашли широкого применения в архитектуре, но они используются при проектировании некоторых зданий инновационного дизайна, получивших репутацию новых архитектурных чудес, таких как:
- Купол «Климатрон», построенный в Сент Луисе в 1960 году;
- Купол - «Миллениум», «Тысячелетие», созданный в 1999 году в английском «Гринвиче», имеющий 50 метров в высоту и 320 метров в диаметре, со сложной системой поддерживающих тросов.
- Ботанический сад - «Эдем» спроектирован архитектором Николасом Гримшоу (Nicholas Grimshaw&Partners) в 2001г., имеющий форму ряда куполов, построенный в 2002 году в Англии, в окрестностях Корнуэлла.
Здание национального пекинского плавательного комплекса в Китае. Построенное в форме квадрата из ассиметричных несущих ячеек, 30 метровой высоты и 170 метров в длину, прозванный «Водяной куб» из за своей геометрии.
Это только некоторые архитектурные сооружения с использованием геодезического купола, получивших славу новых архитектурных чудес.
Также город под куполом излюбленная тема российских архитекторов. На сегодня ими на самом высоком уровне предложено два профильных проекта — финансирования пока ни один не получил.
Полярный город Умка. Проект города под куполом за полярным кругом разработал заслуженный архитектор России Валерий Ржевский. Город должен напоминать гигантскую — 1,5 км в длину, 800 м в ширину — международную космическую станцию, при этом не нуждающуюся в обслуживании. Здесь будет не только искусственный климат, но и полностью замкнутый цикл жизнеобеспечения: в полях под куполом заколосится рожь, в прудах станет нереститься рыба, на фермах — нестись несушки. Само собой, запланированы спорткомплекс и аквапарк. Жители города — ученые, а также нефте-и газодобытчики — будут передвигаться на электромобильчиках.
Экогород-2020 в Якутии. Идея многоуровневого подземного города под куполом
принадлежит архитектурному бюро "Аб Эллис". В 2010 году специалисты бюро предложили использовать карьер неподалеку от города Мирный, оставшийся после промышленной добычи алмазов. Работа на этом карьере, одном из крупнейших в мире, прекратилась еще в 2001 году. Теперь же по проекту архитекторов огромный котлован диаметром почти 1,2 км и глубиной более 550 м можно накрыть прозрачным куполом и возвести под ним трехуровневый город с жилыми зонами и зонами для отдыха и развлечений, в котором смогут проживать 100 тыс. человек [1].
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Цель исследования: изучение купольных построек и выявление пространственных возможностей теории «Город под куполом».
Задачи исследования: изучение особенностей проектных, конструктивных, технических и технологических решений при использовании концепции «Город под куполом» для строительства и эксплуатации уникальных большепролетных проектов
ОСНОВНОЙ РАЗДЕЛ С РЕЗУЛЬТАТАМИ И ИХ АНАЛИЗОМ
Мировой опыт строительства показывает, что одной из эффективных форм пространственных конструкций являются купола. Наиболее рациональными они оказываются при перекрытии больших пролетов. Так, если плоскостные конструкции пролетом до 40 м по металлоемкости еще могут конкурировать с купольными, то с увеличением пролета преимущество купольных очевидно. Эффективность этих конструкций возрастает с увеличением пролета и не случайно, что большинство покрытий более 200 м являются купольными. Велики и композиционные возможности таких конструкций. Они позволяют перекрывать здания универсального назначения, создавать прекрасные образцы архитектурного творчества.
Купола обладают рядом преимуществ, которые делают их уникальными архитектурными сооружениями. Купола обладают большой несущей способностью, причем, чем больше купол, тем она выше. Простые сооружения создаются очень быстро из достаточно лёгких элементов силами небольшой строительной группы: структуры до 50 метров собираются даже без строительного крана. Купола также обладают идеальной аэродинамической формой, благодаря чему их можно возводить в ветреных и ураганных районах.
Рис. 1. Аквапарк Океанский купол, Япония, город Миядзаки 1993 год Fig. 1. Waterpark Ocean Dome, Japan, Miyazaki City 1993 year
http://user.vse42.ru/files/P_S1280x878q80/Wnone/ui-502b0798eaf495.78464118.jpeg
Океанский Купол является самым большим аквапарком в мире, который занесен в Книгу Рекордов Гинесса. Он находится в Японии в городе Миядзаки на острове Кюсю. Владелецем является сеть отелей Sheraton. Аквапарк был открыт в 1993 году. Крышей является гигантский купол, высотой 38 метров, раздвигающийся в солнечную погоду в стороны от центра, и закрывающий в плохую погоду , создавая и поддерживая температуру воздуха 30 °C и воды 28 °C. Площадь аквапарка Океанский купол просто огромна: около 6
площадей футбольных поле. Одновременно его могут посещать до 10000 человек [2].
Хочется отметить также самый большой деревянный купол в Европе [3]. Крупный европейский энергетический концерн Епе1, стремясь к решению экологических проблем и использованию натуральных материалов для реализации масштабного проекта по строительству складов выбрал деревянные конструкции. Два купола из клееной древесины, диаметром 143 метра каждый оберегают от непогоды складские помещения.
Рис. 2. Деревянный купол, Бриндизи (Италия), 2013 год Fig. 2. Wooden dome, Brindisi (Italy), 2013
https://files1.structurae.de/files/350high/5180/dam_4100.jpg
Следующим представителем большепролетной купольной системы является купол, выполненный в виде однослойной структуры по схеме «lattice» принадлежит спортивно-концертному комплексу «Nagoya Dome» в Японии, построенному в 1997
году. Купол диаметром 188 м состоит из стержней из стальных труб диаметром 65 см и длиной 10 м. Высота 67 м, площадь поверхности 48 тыс. м2 [4] . Комплекс рассчитан на 40 тыс. зрителей.
/Of_J
Рис. 3. Спортивный комплекс «NagoyaDome», Япония, 1997 год Fig. 3. Sports complex "NagoyaDome", Japan, 1997
https://im0-tub-ru.yandex.net/i?id=678a433fe858540b1483da437afe6415&n=13
В 2004 г. было закончено строительство Крытого конькобежного центра в Крылатском, представляющего собой сегмент круга радиусом 117 м с центральным углом - 160°. Покрытие образовано деревометаллическими фермами. Система парных радиальных ферм пролетом 2x50,4 м посередине покрытия через кольцевую балку подвешена к вантам, которые через центральный стальной пилон высотой 50 м и подкрепляющие его две оттяжки
передают усилие на фундамент. Спортивный комплекс «Крылатское» - уникальное сооружение международного уровня как по архитектурно-инженерным решениям, так и по техническому оснащению, его смело можно поставить в один ряд с олимпийскими ледовыми аренами, построенными в Нагано (Япония, 1998); Хамаре (Норвегия, 1994); Солт-Лейк-Сити (США, 2002). Вместимость конькобежного центра - 10 000 зрителей.
Рис. 4. Спортивный комплекс «Крылатское» в Москве, Россия, 2004 год Fig. 4. Krylatskoye sports complex in Moscow, Russia, 2004
https://im0-tub-ru.yandex.net/i?id=369b43e495b2d397eb89662f8cf79ce5&n=13
Яркий представитель 2017 года - стадион «Зенит» на Крестовском острове в Санкт-Петербурге. На стадионе «Зенит» дорогостоящая крыша (вся конструкция стоит порядка 5 млрд. рублей) и системы искусственного климата. Футбольное поле выкатывается со стадиона
целиком, чтобы лучше росла трава. Чтобы такое стало возможным, пришлось под трибунами сделать огромный проем с пролетом 100 метров. Еще есть более 50 лифтов и десятки тысяч метров коммерческих площадей [4].
Рис. 5. Стадион «Зенит» в Санкт-Петербурге, 2017 год Fig. 5. Zenit Stadium in St. Petersburg, 2017
http://archisfera. ru/wp-content/uploads/2017/06/5MBA4k6T2lA.jpg
ВЫВОДЫ
1. Предпосылками создания «Город под куполом» является создание комфортных климатических условий для существования людей. Под куполом должны быть созданы зоны особой тишины, комфорта, чистого воздуха, свежей зелени, всего того, что так недостает жителям современных городов-гигантов. Избавленные от выхлопных газов автомашин и дыма фабричных труб, страшного смога — ядовитой смеси тумана и газов, убивающего столько людей во многих капиталистических городах, пронизывающего ветра, слякоти и непогоды, обитатели «подкупольного рая» будут поистине наслаждаться жизнью.
2. Подходы к проектированию купольных городов зависят от технологических достижений развития материалов строительства. Техническая возможность создания городов под куполом зависит от создания новых сверхпрочных материалов, и технологий недорогого строительства.
3. Анализ зарубежного и отечественного опыта проектирования «Город под куполом» иллюстрирует тенденция формирования концепции развития и пространственной организации купольных сооружений: развитие принципа универсальности, многофункциональности, трансформации и мобильности.
4. Проектирование и строительство купольных сооружений является не новой вехой для России. Основным вопросом в данных проектах остается лишь финансирование.
5. Эффективной формой перспективной эксплуатации, с практической точки зрения, города под куполом - освоение ранее непригодных территорий для жизни. Так как, количество мест, действительно благоприятных для жизни человека, не так велико, и все они плотно заселены.
6. Купольные системы дают массу преимуществ в плане энергосбережения, и способны сделать жизнь в условиях крайнего севера такой же комфортной как в средней полосе, или даже южных регионах.
7. Купольные системы могут решать не только градостроительные задачи, но и задачи круглогодичной эксплуатации отдельно выделенных жилых, общественных или развлекательных систем (торговые центры, жилые районы, аквапарки, лыжные комплексы и т.д.).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Журнал "Коммерсантъ Деньги" №44 (http://kommersant.ru/money/60940) от 07.11.2011, стр. 58
2. http://akva-gid.ru/ akvapark_okeanskij_ kupol.
php
3. https://maistro.ru/articles/stroitelnyj -konstrukcii/ bolsheproletnye-konstrukcii-v-mire-samyj -bolshoj -derevyannyj -kupol-v-evrope
4. Агеева Е.Ю., Филиппова М.А. А 23 Большепролетные спортивные сооружения: архитектурные и конструктивные особенности.: Учебное пособие. -Н. Новгород: Издательство Нижегородского гос. архит.-строительногоуниверситета, 2014. -84 с.
REFERENCES
1. The magazine "Kommersant Dengi" №44 (http://kommersant.ru/money/60940) from 07.11.2011, p. 58
2. http://akva-gid.ru/akvapark_okeanskij_kupol.php
3. https://maistro.ru/articles/stroitelnyj-konstrukcii/ bolsheproletnye-konstrukcii-v-mire-samyj-bolshoj-derevyannyj -kupol-v-evrope
4. Ageeva E.Yu., Filippova M.A. A 23 Large-span sports facilities: architectural and constructive features.: Textbook. -N. Novgorod: Publishing house of the
Nizhny Novgorod state. Architectural-building university, 2014. -84 p.
APPLICATION OF THE CONCEPT «THE CITY UNDER DOME» IN GRANDBUILDING OBJECTIVES, WHEN PROJECTING MORE FLOOR BUILDINGS AND
FACILITIES
Kashina I.V., Shulga A.D.
Summary: World experience of construction since ancient times shows that one of the most effective forms of spatial structures are domes. They have a number of advantages that make them unique architectural structures: a large load-bearing capacity, and the larger the dome, the higher it is. The article considers some examples of dome construction, their features, as well as the prerequisites for their construction. Key words: construction, city-dome, space, structures, architecture.
