В  современной зарубежной архитектуре последних десятилетий обилие нестандартных конструктивных решений стало очевидным компонентом успеха. Многие известные архитекторы в своих работах используют конструкции с криволинейными очертаниями, используя при этом покрытия на основе сетчатых оболочек.

Попытки создания криволинейных покрытий предпринимались еще в Древнем Риме.

Многочисленные купола и своды, собранные из кирпичей специальной формы, могут по праву считаться первыми оболочками. Мастера различных эпох и архитектурных школ использовали возможности таких конструкций, ограниченные весом кирпичного покрытия, вплоть до XIX века, когда в строительстве активно начали использоваться сталь и чугун.

Применение металла позволило не только снизить массу оболочки, но и сделать ее светопрозрачной благодаря использованию стекла. Пассажи, оранжереи, выставочные комплексы с огромными куполами и сводами стали неотъемлемой частью архитектуры тех времен.

Необычные конструкции поражали воображение своих современников. Именно в это время появились конструкции, созданные российским инженером Шуховым, которого и принято считать изобретателем первых сетчатых оболочек и несущих конструкций на их основе.

В. Г. Шухов изобрел и запатентовал три вида сетчатых несущих оболочек – висячие, выпуклые и башни-оболочки.

Для Всероссийской промышленной выставки 1896 года В. Г. Шухов построил восемь гигантских павильонов с первыми в мире перекрытиями в виде сетчатых оболочек и первую в мире ажурную сетчатую башню-оболочку.

Шухов

Владимир Григорьевич Шухов


До 1890 г. Шуховым были созданы исключительно легкие арочные конструкции с тонкими наклонными затяжками. И сегодня эти арки служат в качестве несущих элементов стеклянных сводов над крупнейшими московскими магазинами: ГУМом (бывшие Верхние торговые ряды) и Петровским пассажем.


В 1895 году Шухов подал заявку на получение патента по сетчатым покрытиям в виде оболочек. При этом имелись в виду сетки из полосовой и уголковой стали с ромбовидными ячейками. Из них изготавливались большепролетные легкие висячие покрытия и сетчатые своды. Разработка этих сетчатых покрытий ознаменовала собой создание совершенно нового типа несущей конструкции.

Шухов впервые придал висячему покрытию законченную форму пространственной конструкции, которая была вновь использована лишь спустя десятилетия. Даже по сравнению с высокоразвитой к тому времени конструкцией металлических сводов его сетчатые своды, образованные только из одного типа стержневого элемента, представляли собой значительный шаг вперед


“Конструкции Шухова завершают усилия инженеров XIX столетия в создании оригинальной металлической конструкции и одновременно указывают путь далеко в XX век. Они знаменуют собой значительный прогресс: опирающаяся на основные и вспомогательные элементы стержневая решетка традиционных для того времени пространственных ферм была заменена сетью равноценных конструктивных элементов”Христиан Шедлих

Всероссийской выставки в Нижнем Новгороде в 1896 году впервые представил на суд общественности свои новые конструкции перекрытий. Фирма Бари построила в общей сложности восемь выставочных павильонов достаточно внушительных размеров. Четыре павильона были с висячими покрытиями, четыре других — с цилиндрическими сетчатыми сводами.

Кроме того, один из залов с сетчатым висячим покрытием имел в центре висячее покрытие из тонкой жести (мембрану), чего никогда раньше в строительстве не применялось. Кроме этих павильонов были построены водонапорная башня, в которой Шухов перенес свою сетку на вертикальную решетчатую конструкцию гиперболоидной формы.


Сооружения получили широкий резонанс, даже в зарубежной прессе подробно сообщалось о шуховских конструкциях. Удивление вызывало высокое техническое совершенство сооружений. Сохранившиеся фотоснимки демонстрируют довольно неприметные по внешнему виду сооружения. Однако внутренние помещения под взметнувшейся ввысь сетью висячих перекрытий, под филигранными сетчатыми сводами различной длины выглядят исключительно эффектно.


Самый большой коммерческий успех имела выставленная в Нижнем Новгороде конструкция башни в форме гиперболоида. Это изобретение Шухов запатентовал незадолго до открытия выставки. Оболочка вращения гиперболоида явилась совершенно новой, никогда раньше не применявшейся строительной формой. Она позволила создать пространственно изогнутую сетчатую поверхность из прямых, наклонно установленных стержней. В итоге получилась легкая, жесткая конструкция башни, которую можно просто и изящно рассчитать и построить.

Наибольшую высоту среди гиперболоидных башен такого типа имеет башня Аджигольского маяка — 68 метров. Это прекрасное сооружение сохранилось и находится в 80 километрах к юго-западу от Херсона.


Для Московского Главного почтамта, построенного в 1912 году, Шухов спроектировал стеклянное покрытие операционного зала с верхним светом. Он изобрел для этого горизонтальную (ровную) пространственную ферму, которую можно рассматривать как предшественницу разработанных в сороковых годах К.Ваксманом и М.Менгерингхаузеном пространственных ферм из бесшовных труб.


Последней значительной работой, выполненной Шуховым до революции, был дебаркадер Киевского (тогда Брянского) вокзала в Москве (1912—1917 гг., ширина пролета — 48 м, высота — 30 м, длина — 230 м). Проект всего вокзального сооружения принадлежал Ивану Рербергу.

Шухов использовал исключительно рациональную технику монтажа. Весь процесс монтажа был зафиксирован в фотодокументации. Аналогичный проект Шухова для трехпролётного покрытия над путями и перекрытия пассажирского зала Казанского вокзала (арх. А. Щусев, 1913—1926 гг.) остался неосуществленным.

Один из самых главных строительных заказов Шухов получил вскоре после образования Советской России: сооружение башни для радиостанции на Шаболовке в Москве. Уже в феврале 1919 года Шухов представил первоначальный проект и расчет башни высотой 350 метров. Однако для такой высокой конструкции в стране не было необходимого количества металла.


Башня явилась дальнейшей модификацией сетчатых гиперболоидных конструкций и состояла из шести блоков соответствующей формы. Этот тип конструкции позволил осуществить строительство башни оригинальным, удивительно простым «телескопическим» методом монтажа. Внутри нижней опорной секции башни на земле монтировались элементы последующих блоков.

С помощью пяти простых деревянных кранов, которые в процессе строительства башни всегда находились на верхней секции, блоки один за другим поднимались наверх. В середине марта 1922 года башня радиостанции была сдана в эксплуатацию. Эта невероятно легкая, ажурная башня с деталями, подкупающими своей простотой и своеобразной формой, является образцом блестящей конструкции и верхом строительного искусства.

Шуховская Башня

Башня Шухова

Сооружение башни Шухова вызывало всеобщий восторг. Алексей Толстой, вдохновленный строительством башни, создаёт роман “Гиперболоид инженера Гарина”(1926г.).
Девять лет спустя Шухов превзошел эту башенную конструкцию, построив три пары сетчатых многоярусных гиперболоидных опор перехода через Оку ЛЭП НИГРЭС под Нижним Новгородом. Их высота была 20, 69 и 128 метров, длина перехода - 1800 метров.

И хотя опоры должны были выдерживать вес многотонных электропроводов с учетом намерзания льда, их конструкция еще более легкая и элегантная, а ступенчатое изменение сетчатых структур снизу вверх следует определенным правилам. Этот значительный памятник технической мысли сооружен на реке Оке в стороне от главных магистралей.

Последней работой Шухова в области строительной техники стало сохранение архитектурного памятника. Минарет знаменитого медресе Улугбека в Самарканде, сооружение которого относится к XV в., накренился после землетрясения, так что создалась угроза его падения.

Шухов представил необычный проект. С его помощью башня на своеобразном коромысле конструкции Шухова была выправлена и выведена в состояние равновесия. Эта тяжелая работа была успешно выполнена не только по проекту Шухова, но и под его руководством. Остается лишь пожелать, чтобы сооружения выдающегося инженера восстанавливали и сохраняли с такой же тщательностью и с таким же умением.

Позднее конструкции гиперболической формы использовали в своём творчестве такие знаменитые архитекторы, как Антонио Гауди, Ле Корбюзье, Оскар Нимейер. Авторами проектов современных сетчатых оболочек являются Норман Фостер, Фрэнк Гери, Сантьяго Калатрава.


Середина XX в. принесла с собой специфическую красоту конструкций из напряженного железобетона (Луиджи Нерви в Италии), из сборных металлических стержней (Бакминстер Фуллер в США), стальных тросов, подвешенных к далеко разнесенным опорам (Отто Фрей в Германии).

Но только лишь к 80-м годам совершенствование технологий привело к возникновению чрезвычайно серьезной и очень элегантной архитектуры, признанным лидером которой вскоре стал британец Норман Фостер..."

Hа протяжении всей первой половины XX века сетчатые оболочки чаще всего применялись в промышленном строительстве. С их помощью перекрывали производственные цеха и выставочные павильоны, где требовалось с минимальными затратами металла перекрыть пролеты более 30–40 м. При строительстве жилых и административных зданий сетчатые оболочки до недавнего времени применялись крайне редко.


Большой вклад во внедрение несущих сетчатых оболочек в мировую архитектуру внесли знаменитые архитекторы Бакминстер Фуллер, Норман Фостер, Фрэнк Гери, Николас Гримшоу, Сантьяго Калатрава.

В последние годы в строительной практике железобетонные несущие оболочки постепенно вытесняются сетчатыми оболочками. Полный цикл изготовления сетчатых оболочек сосредоточен на производстве и при необходимости включает в себя контрольную сборку.

Транспортировка готовых изделий до объекта строи-тельства осуществляется в разобранном и компактно сложенном виде. На стройплощадке элементы без специальных инструментов быстро монтируются в сетчатые блоки (секции) снаружи или внутри зданий.

Уникальные сетчатые оболочки способны быстро и экономно облагородить фасады высотных зданий, стадионов, музеев, отелей, аэропортов и автомобильных парковок.

http://fasad-rus.ru/stat/fotos/862644918.jpg

Al Ain Stadium

Российская разработка шаростержневых конструкций для создания сетчатых оболочек позволяет взаимозаменять любые элементы конструкции без изменения несущей способности строения.

Сборка элементов осуществляется болтовым соединением без применения сварки, что позволяет обеспечивать быстрый и качественный монтаж (500 кв. м в смену одной бригадой). И весит значительно легче традиционных прототипов.

http://fasad-rus.ru/stat/fotos/894891214.jpg

Элемент конструкции Mech System

За счет меньшего количества опор (конструкция из пространственных ферм – самонесущая) и тщательно подобранного сечения стержневых элементов уменьшается вес сооружения и нагрузка на стены и фундамент.

А пространственная модель конструкции позволяет распределять нагрузку по всей площади равномерно. Изготовление деталей системы производится на высокоточном оборудовании, что позволяет избежать ошибок, связанных с человеческим фактором.

http://fasad-rus.ru/stat/fotos/531141510.jpg

Купол вокзала Новосибирск-Южный

Несмотря на внешнюю сложность сетчатых оболочек,  можно легко смонтировать самое сложное сооружение. Простота технологии обеспечивает легкость, быстроту возведения и экономичность строительства.

Одни из первых сетчатых оболочек в полном смысле этого слова — перекрытие Выксунского завода оболочкой двоякой кривизны, построенное в 1893 году, слева — сетчатые шатровые навесы Нижегородской выставки (1896 год). Оба эти сооружения «принадлежат перу» Шухова.  Торговые павильоны в г. Мангейм (Германия), построенные по проекту Хьюго Херинга и Фрая Отто. Оба павильона практически целиком изготовлены из сетчатых оболочек, перекрывающих площадь 9500 м 2 . Стеклянные заполнения ячеек «сетки» позволяют осуществить естественное освещение интерьера по всей поверхности «стен» и «кровли». Лучезарные фантазии чешского архитектора Яна Каплицки: супермаркет в Бирмигеме Яна Каплицки

Концепт-проект «Green Building» («Зеленый дом»)  Проект нового здания музея в афинском Акрополе. Музей фруктов в г. Яманаши (Япония) — традиционный специфический японский взгляд на сетчатые оболочки, насыщенно выраженный уроженкой Страны восходящего солнца Итсуко Хосегава.

Здесь оболочки используются и как несущие конструкции для остекления, и просто как металлическая решетка, обозначающая объем сооружения. Купол над Рейхстагом в Берлине , выполненный в виде открытой металлической сетчатой оболочки.

В 1994 году это изящное архитектурно-конструктивное решение принесло победу сэру Норманну Фостеру в международном конкурсе на реконструкцию здания — символа объединенной Германии. Внутри оболочки расположен конусообразный стеклянный рефлектор, который направляет солнечные лучи во внутренние помещения здания немецкого парламента.

Под ажурным, практически неосязаемым металлическим куполом расположена спиралевидная смотровая площадка для посетителей.  Еще одна «сетчатая» работа Норманна Фостера — здание Факультета Права в Кембридже (Великобритания). Довольно массивная сетчатая оболочка из стальных труб со сварными узлами поддерживает фасадное остекление, которое выполнено из треугольных сегментов, дублирующих ячейки оболочки.

Видимо в этом сооружении сечения элементов сетчатой оболочки специально были «гипертрофированы» , чтобы создать ощущение тяжелого и замысловатого барьера на пути к внешней среде. По конструктивным соображениям все стержни могли быть на порядок «тоньше».

сетчатые
шатровые навесы Нижегородской
выставки (1896 год), Шухов перекрытие Выксунского завода оболочкой двоякой кривизны, Шухов Торговые павильоны в г. Мангейм (Германия), Хьюго Харинг, Отто Фрай

вид на сетчатую оболочку из интерьера павильонов проект Каплицки в перспективе улицы Концепт-проект «Green Building», Ян Каплицки

 эскиз нового здания музея в афинском Акрополе, Ян Каплицки проект нового здания музея в афинском Акрополе в здании музея оболочки используются и как несущиеконструкции для остекления, и как металлическая решетка

интерьер Музея Фруктов, Хосегава Музей фруктов в г. Яманаши (Япония), Итсуко Хосегава

Купол над Рейхстагом в Берлине, выполненный в виде открытой металлической сетчатой оболочки

здание Факультета Права в Кембридже (Великобритания), Норман Фостер массивная сетчатая оболочка из стальных труб со сварными узлами поддерживает фасадное остекление, которое выполнено из треугольных сегментов, дублирующих ячейки оболочки

grani-r.narod.ru/page1/gradfutur2.html