Конструктивное проектирование

Лариса Золотарева

В монографии исследуется проблема конструирования, выбора и применения конструктивных систем на стадии эскизного проектирования. Новизна исследования заключается в его междисциплинарном характере, обусловленном стремлением авторов разработать целостную теорию синтеза архитектурного замысла с логичной структурой конструктивной системы здания (сооружения). Рассмотрены конкретные примеры применения разнообразных структурных систем в зарубежных постройках. Для специалистов инвестиционно-строительной сферы деятельности (проектировщиков, архитекторов, строителей), а также для преподавателей, аспирантов и студентов архитектурно-строительных вузов.

Введение

В монографии на основе анализа и обобщения выводов научных исследований отечественных и зарубежных ученых, в результате практической (образовательной и проектной) деятельности и собственных исследований авторов по различным аспектам архитектурно-строительной науки, сделана попытка создания целостной теории синтеза архитектурного замысла с логичной структурой предполагаемой конструктивной системы здания (сооружения), т. е. «сложение и кристаллизация архитектурной формы в процессе проектирования» [37].

Тема исследования обусловлена отсутствием комплексного изучения архитектурно-строительных принципов применения конструктивных требований к объемно-планировочным схемам и соответствия их сложившемуся образу (во время эскизного проектирования). Аналогичные исследования конструктивных и несущих систем рассматривались по принципу систематизации: графическая систематизация несущих систем по видам у Хайно Энгеля; систематизация в порядке возведения здания, по типологии зданий из унифицированных типовых элементов «от детали к дому» и по типу геометрической схемы несущих вертикальных конструкций у А.И. Шерешевского; систематизация по группам закономерностей и формообразующих факторов у Сомова Г.Ю.; систематизация конструктивных схем и систем в гражданском и промышленном строительстве, в высотных зданиях д.т.н. проф. Т.Г. Маклаковой и новейшие конструктивные системы к В.Ф. Колейчука. Факторы, влияющие на отдельные системы схематичных решений организации архитектурного объекта, принципы строения систем, совмещающие коммуникативно-средовый уровень, функционально-пространственную организацию объекта и конструктивно-технические системы, весьма многогранны. На фоне обширного материала по данной проблеме формируется противоречие, которое имеет место и в теории, и в практике. Противоречие заключается в отсутствии комплексного анализа обеих сторон проблемы: строительной и архитектурной и требует междисциплинарного обобщения исследований.

Научная проблема исследования заключается в следующем:

1. Как сконструировать наилучшим образом структуру архитектурного объекта, при необходимости получения сопротивляемости элементов системы «основание — внутреннее пространство — сооружение», следуя архитектурному образу сооружения.

2. Как оптимизировать геометрические параметры элемента системы «основание — внутреннее пространство — сооружение», следуя конструктивным принципам проектирования при сохранении экономических возможностей создания сооружения и сохранения архитектурного образа.

3. Как эффективно использовать физические свойства элемента системы «основание — внутреннее пространство — сооружение», следуя тем же конструктивным принципам проектирования.

Разработке общих принципов и методов проектирования рациональных конструктивных систем, обладающих необходимой сопротивляемостью внешним и внутренним силам и воздействиям и при этом отвечающих эстетическому замыслу архитектора, посвящена настоящая монография.

Решение проблемы методологии рационального проектирования, а именно выявление принципов и обоснование методов инженерных (технических) решений, связано с арсеналом понятий и результатов науки об эффективности действий на основе всестороннего анализа потребительских и полезных эффектов — праксеологии, важным разделом которой является праксиометрия, включающая методы количественной оценки результатов действия [4].

Основной целью написания монографии является развитие у студентов-архитекторов и молодых специалистов-архитекторов конструктивного мышления и понимания термина «конструирование» как широкого спектра возможностей обогащения выразительности архитектурной формы за счет структурной.

Предмет исследования — совокупность процессов архитектурно-строительного проектирования, выбор структурной системы в процессе проектирования.

Гипотеза — система обоснования критериев и методов выбора инженерно-технического решения в процессе архитектурно-строительного проектирования, которая будет способствовать реализации архитектурной концепции.

Теоретико-методологическая основа. Теоретической и методической основой исследования явились труды отечественных и зарубежных авторов в области архитектуры и строительства (библиография из 55 наименований).

Проведенные исследования базируются на абстрактно-логическом методе, принципах системного подхода к анализу процесса проектирования.

Основной универсальный метод, использовавшийся в работе, — анализ технических документов и специальной и популярной литературы в области архитектуры и строительства. Изучение документов позволило выявить тенденции и динамику развития системы обоснования критериев и методов выбора технического решения в архитектурно-строительном проектировании современных зданий.

В первой главе рассматриваются методологические основы познавательной деятельности в современном архитектурно — конструктивном проектировании. Методологическая основа критического исследования современной архитектурной деятельности базируется на совокупности существующих различных методов исследования, которые носят общий универсальный характер, а также на профессиональных методах исследования, характерных для архитектурной науки, таких как композиционный, морфологический, функциональный, образный, концептуальный, структурный.

Во второй главе выделяются и описываются характерные особенности основных типов конструктивных систем зданий (сооружений) и основные принципы их применения в зависимости от внешних и внутренних геометрических параметров структуры здания (сооружения), которые формируются в зависимости от функционально-пространственной организации объекта проектирования.

В монографии анализируется напряженно-деформируемое состояние основных и комбинируемых конструктивных систем, запроектированных в зависимости от типологии здания (сооружения). Задача любого элемента конструктивной системы состоит в сохранении и поддержании равновесия, для выполнения которого в элементе конструкции должны возникать силы, уравновешивающие внешние нагрузки, действующие на нее. При этом природа сил не имеет никакого значения. Но положительные эмоции, порождаемые архитектурной средой, как следствие ее комфортности, защищенности и эмоциональности, определяют характер восприятия содержательного архитектурного окружения, что подчеркивает взаимозависимость конструктивной системы и архитектурных решений при проектировании зданий (сооружений).

В монографии приводятся схемы, средства и способы осуществления процесса конструирования и другие детерминанты, которые также включаются в дальнейшее протекание процесса проектирования в качестве новых внутренних условий. Вся эта процедура воплощена в теории строительной механики, определяющей условия, при которых конструкционные материалы воспринимают и передают нагрузки, сопротивляются им, но в процессе проектирования необходимо предусматривать варианты напряженно-деформируемого состояния конструктивной системы здания (сооружения) на всех этапах жизнедеятельности здания (сооружения): проектирования, возведения и эксплуатации.

В середине второй главы рассматриваются вопросы оптимизации и совершенствования расчетных схем основных конструктивных элементов с выявлением проблем изменения потенциальной энергии деформаций конструкций в зависимости от расположения опор. Анализируются соотношения, определяющие условия реализации предельных состояний, учитываемые при расчете сооружений на наиболее неблагоприятные условия, которые могут возникнуть при его возведении и эксплуатации.

Третья глава посвящена анализу некоторых наиболее ярких архитектурных работ, систематизированных по категориям структурных систем, и изучению влияния внешних и внутренних структур на образ и форму этих построек.

В заключении приводятся результаты комплексного анализа конструктивных и архитектурных проблем, результаты междисциплинарного обобщения исследований: анализ конструкций зданий, начиная от выбора конструктивных систем и материала несущих конструкций до отдельных элементов сооружений, с учетом требований комплексной безопасности, экономической целесообразности и архитектурной и структурной выразительности для различных типов зданий (сооружений).

В монографии систематизированы материалы, охватывающие комплекс проблем и вопросов, связанных с проектированием и возведением (реализацией) оптимальных конструктивных систем.

Рассмотрено влияние рациональных конструкций, новых материалов и современных технологий на формирование строительных и конструктивных систем зданий (сооружений) с различными геометрическими параметрами и типологией.

Выявлены возможности синтеза современных объемно-планировочных решений, конструктивной системы и экономической целесообразности в формировании архитектурных композиций проектируемых объектов.

Приведены общие принципы и методы проектирования рациональных конструктивных систем, обладающих необходимой сопротивляемостью внешним и внутренним силам и воздействиям и при этом отвечающие эстетическому замыслу архитектора.

Авторский коллектив полагает, что монография может быть интересна для всех специалистов инвестиционно-строительной сферы деятельности: проектировщиков, архитекторов, строителей, а также для преподавателей, аспирантов и студентов архитектурно-строительных вузов.