Развитие конструктивных систем в архитектуре

                                РЕФЕРАТ 

              по дисциплине  «Конструкции»:

           «развитие конструктивных систем

                               в архитектуре» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                  Выполнил

                                                                                            студент заочн.  отделения

                                                                                        4 курса факультета дизайн

                                                                             Фесянов Евгений  Владимирович 
 

                                                                 Симферополь 2011

1.Введение

2.Единство архитектурной  композиции

3.Конструктивные системы зданий

4. Тенденции развития конструктивных систем

5.Вывод

6.Источники 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                    ВВЕДЕНИЕ 

      Архитектура (лат. architectura, от греч. architéкtón - строитель) - зодчество, система зданий и сооружений, формирующих пространственную среду  для жизни и деятельности людей, а также само искусство создавать  эти здания и сооружения в соответствии с законами красоты. Архитектура - область  деятельности, задачей которой является создание искусственной среды (пространственной), в которой протекают все жизненные  процессы общества и отдельных людей - труд, быт, культура, общение, отдых  и пр. Архитектура составляет необходимую  часть средств производства (промышленная архитектура - здания заводов, фабрик, электростанций и др.) и материальных средств существования человеческого  общества (гражданская архитектура - жилые дома, общественные здания и  др.). Её художественные образы играют значительную роль в духовной жизни  общества. Функциональные, конструктивные и эстетического качества архитектура (польза, прочность, красота) взаимосвязаны.

      Произведениями  архитектуры являются здания с организованным внутренним пространством, ансамбли зданий, а также сооружения, служащие для  оформления открытых пространств (монументы, террасы, набережные и т.п.).

      Предметом целеустремлённой организации является и пространство населенного места  в целом. Создание городов, посёлков и регулирование всей системы  расселения выделились в особую область, нераздельно связанную с архитектура, - градостроительство.

      Архитектура создаётся в соответствии с потребностями  и возможностями общества, которое  определяет функциональное назначение и художественный строй архитектурных  произведений. Она не только обеспечивает необходимые для жизненных процессов  материальные условия, но и является одним из факторов, направляющих эти  процессы. Будучи вещественной реальностью, архитектура способствует выполнению обществом его многообразных  жизненных функций, т. е. оказывает на него обратное влияние. Архитектурная организация жизненных процессов является одним из главных источников формообразования в архитектуре, необходимой базой её образного строя, наконец, условием, игнорируя которое, архитектура не может успешно выполнять свои идеологические и эстетические задачи.

      В классовом обществе произведения архитектуре  создавались, как правило, с учётом экономических, идеологических и социально-бытовых  требований правящего класса. При  социализме целью архитектуры стало  максимально возможное удовлетворение материальных и духовных потребностей всего общества. Новые проблемы архитектуры  во многом определяются высокими темпами  социального и технического прогресса. Чтобы моральное старение сооружений не опережало их конструктивную долговечность, структура произведения архитектуры  должна создаваться с учётом научного прогноза и предусматривать возможность  функциональных изменений.

      Важнейшим средством практического решения  функцией, и идейно-художественных задач архитектуры является строительная техника. Она определяет возможность  и экономическую целесообразность осуществления тех или иных пространственных систем. От конструктивного решения  во многом зависят и эстетические свойства произведений архитектуры  Здание должно не только быть, но и выглядеть  прочным. Излишек материала вызывает впечатление чрезмерной тяжести; зримая (кажущаяся) недостаточность материала  ассоциируется с неустойчивостью, ненадёжностью и вызывает отрицательную  эмоции. В ходе развития строительной техники новые принципы архитектурной  композиции, отвечающие свойствам новых  материалов и конструкций, могут  вступать в конфликт с традиционными  эстетическими взглядами. Но по мере распространения и дальнейшего  освоения конструкции определяемые ею формы не только перестают восприниматься как необычные, но и превращаются в массовом сознании в источник эмоционально-эстетического  воздействия. Что же касается традиционных форм, то при изменении конструктивных приёмов они могут сохраняться как декоративные либо как символическое выражение определенного эстетического идеала, утратив прямую связь с конструкцией. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2. ЕДИНСТВО АРХИТЕКТУРНОЙ КОМПОЗИЦИИ.

 Особенность архитектуры как искусства заключается  в создании единства архитектурной  композиции из множества архитектурных  форм.

          Единство архитектурного произведения достигается рядом композиционных и художественных средств. Простейшее средство создания единства - придание объему здания простой геометрической формы. В сложном ансамбле здания единство достигается соподчинением: главному объему (композиционному центру) подчиняются второстепенные части здания. Композиционными средствами являются также тектоника (художественно выявленное конструктивное строение здания) и ориентация (или направленность) частей архитектурного сооружения в сторону композиционного центра.

          Важное средство достижения единства и художественной выразительности композиции в архитектуре - симметрия. Симметрия - закономерное расположение одинаковых архитектурных форм и объемов относительно оси или плоскости, проходящей через центр композиции Симметричными считают тождественные элементы формы относительно точки (центра), оси или плоскости симметрии. Симметрия является одним из действенных средств организации объемов и пространств, т.к. имеет психофизическую базу в симметричности органов восприятия. Симметрия - проявление завершенности, устойчивости и законченности формы. В крупных зданиях со сложной функциональной схемой симметричное построение композиции трудно осуществимо. В этих случаях применяют в архитектуре асимметрию. Средством создания единства в асимметричных композициях является зрительное равновесие частей по массе, фактуре, цвету и пр. Роль асимметрии в композиции архитектурных форм - в выявлении динамики художественного образа сооружения. В сложных композициях могут сочетаться симметрия и асимметрия.

         Различные виды симметрии применяют в особой области убранства архитектуры - орнаментальном декоре. Орнамент - ритмично повторяющийся рисунок, основанный на симметричной композиции его элементов и выражаемый линией, цветом или рельефом.

 Исторически сложилось несколько типов орнаментов на основе двух источников - природных  форм и геометрических фигур. Основные типы орнаментов - сетчатые, прямолинейные (ленточные) орнаментальные полосы, круговые (кольцевые) орнаментальные композиции, центрические (розеты), основанные на симметрии многоугольников, и др. Примеры сетчатого геометрического орнамента можно увидеть в композициях ряда металлических решеток и оград, плиточных покрытий полов, в декоративном решении стен с узорной кирпичной кладкой.

         Ленточный орнамент использован в порезках карнизов античных храмов, в росписях стен древнерусских храмов. Розеты различных видов симметрии применены, например, в заполнении кессонов потолков, в русских цветных рельефных изразцах. Орнаментальные заполнения филенок, пилястр и панно чаще имели симметричные композиции, за исключением стилей рококо и модерн, где встречались асимметричные.

         Специфика архитектурных орнаментальных композиций - в сочетании орнамента с содержанием композиции здания. На конструкциях и деталях, несущих нагрузку, характер орнамента выявляет их напряженность, на несомых и особенно на венчающих элементах - их легкость. Особенности орнамента интерьеров в его камерности, изяществе, более детальной проработке, что можно видеть на примере интерьеров Московского метрополитена.

         Ритм и метр являются средствами гармонизации и обеспечения единства архитектурной композиции за счет повторяемости элемента. Ритм - закономерное чередование одинаковых или однохарактерных элементов композиции и интервалов между ними, динамично развивающиеся по вертикали и горизонтали, либо по обоим направлениям. Метр - простейшая и наиболее распространенная форма ритма, точное повторение форм и интервалов между ними. Метр может быть простым, при одинаковом чередовании одной формы или сложным, при чередовании группы или двух форм.

        Важнейшее композиционное средство - пропорции: закономерное соотношение геометрических размеров здания по высоте, ширине и длине. Эти соотношения отрезков, площадей и объемов выражаются целыми (1:2, 2:3 и т.д.) и иррациональными числами. Пример отношений целых чисел - "египетский треугольник" - 3:4:5, примененный в пирамидах Древнего Египта, пример иррациональных отношений - "золотое сечение" - деление отрезка на две неравные части так, чтобы целое относилось к большей части, как большая часть к меньшей. Приближенный ряд чисел "золотого сечения" (3:5, 5:8, 8:13, 13:21 и т.д.) назван рядом Фибоначчи в честь итальянского математика XII в. Пропорции определяют соразмерность и гармоничность элементов архитектурных форм.

       Свойствами архитектурной композиции является ее масштабность и масштаб. Масштабность - взаимосвязь членений архитектурной формы с габаритами человека. Наиболее действенными средствами выявления масштабности сооружения являются элементы и детали, соразмерные человеку (ступень, окно). Масштаб характеризуется крупностью членений архитектурной формы по отношению к размерам самого здания и окружающей застройки. Крупный масштаб членений придает монументальность композиции и позволяет при небольших размерах здания придать ему значимость.  
 
 
 
 
 
 

                        3. КОНСТРУКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЗДАНИЙ. 

  Элемены здания в зависимости от назначения могут быть:

1. ограждающими - изолирующими от внешних воздействий или разделяющими одни конструкции от других;
2. несущими - воспринимающие нагрузки вышележащих элементов;
3. совмещающими - одновременно ограждающие и несущие.

В здании различают подземную часть и надземную.

                                  Конструктивные элементы:

1. фундамент - подземная часть здания, воспринимающая нагрузки от вышележащей конструкции и передающая их на основание;
2. стены - наружные и внутренние вертикальные ограждения, защищающие помещения и другие конструкции от внешней среды. Воспринимают нагрузки от перекрытий и передают их на фундамент. 
   По характеру работы стены могут быть: несущие - воспринимают нагрузки от собственного веса и вышележащих конструкций и передают их на фундамент; самонесущие - воспринимают нагрузку от собственного веса и передают ее на фундамент; навесные - воспринимают нагрузку от собственного веса в пределах этажа и передают ее на плиту перекрытия;
3. опоры - железобетонные колонны, кирпичные столбы. Передают нагрузку от вышележащих конструкций на фундамент;
4. ригели - горизонтальные конструктивные элементы, опоры для плит перекрытия;
5. перекрытие - горизонтальный конструктивный элемент. Разделяет здание на этажи и передает нагрузку на стены или колонны. По местоположению в здании бывают: междуэтажные, надподвальные и чердачные;
6. перегородки - вертикальные ограждения, разделяющие смежные помещения;
7. лестница - конструктивные элементы для сообщения между этажами;
8. крыша - завершает здание и защищает его от внешних воздействий. По конструктивному решению бывают: чердачные - имеющие пространство между перекрытием последнего этажа и крышей; безчердачные - объединяющие в один конструктивный элемент перекрытие последнего этажа и крышу;
9. окна - светопрозрачное ограждение для естественного освещения;
10. двери - подвижные ограждения для связи между помещениями входа и выхода из здания.

                                    Конструктивные типы зданий

Конструктивные  элементы зданий соединяясь между собой  образуют несущий остов (скелет) здания.

    По виду несущих элементов различают следующие типы зданий:

1. бескаркасный - несущие элементы: стены. Такой тип зданий применяется в жилом строительстве, для школ, больниц и т.д.;
2. каркасный - несущие элементы: колонны, ригели, плиты перекрытия; ограждающие элементы: стены. Применяется в высотных домах и больших помещениях;
3. с неполным каркасом - несущие элементы: внутренние колонны и наружные стены. Применяется редко.

Каждый конструктивный тип здания имеет несколько конструктивных схем, которые отличаются расположением  несущих элементов.

Для бескаркасного конструктивного типа:

1. с продольным расположением несущих стен;
2. с поперечным расположением несущих стен;
3. с перекрестным расположением несущих стен. Применяется только для панельных зданий.

Для каркасного конструктивного типа зданий:

1. с продольным расположением ригелей;
2. с поперечным расположением ригелей;
3. безригельные.

                         Обеспечение пространственной жесткости

Здание и его  элементы подвергаются воздействию  горизонтальных и вертикальных нагрузок. Устойчивость и пространственная жесткость  обеспечивается:

1. в бескаркасных зданиях. Надежное соединение поперечных стен и стен лестничных клеток с продольными стенами. Надежное соединение междуэтажных перекрытий между собой и стенами;
2. в каркасных зданиях. Надежное соединение колонн, ригелей и перекрытий в геометрически неизменяемую систему (многоярусная рама). Установка между колоннами диафрагмы жесткости на каждом этаже. Укладка в междуэтажных перекрытиях плит распорок между колоннами.

    4. ТЕНДЕНЦИИ  РАЗВИТИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ СИСТЕМ.

На  сегодняшний день различают пять основных конструктивных систем зданий.

1. Каркасная система,  когда основные  нагрузки воспринимаются  несущим каркасом  здания.

2. Стеновая система,  когда нагрузка  воспринимается продольными  либо поперечными  несущими стенами.

3. Ствольная система,  когда нагрузки  воспринимаются одним  или несколькими  пространственными  стержнями закрытого  или открытого  сечения высотой  на здание.

4. Оболочковая система,  когда здание сложной  конфигурации возводится  в виде оболочек  различной формы  и кривизны.

5. Объемно-блочная  система, когда  здание собирается  из полностью готовых  к эксплуатации  объемных модулей.

В практике проектирования наряду с основными широко применяются  комбинированные конструктивные системы, например, каркасно-стеновая, в которой  сочетаются два типа вертикальных несущих  конструкций: в центральной части  здания нагрузку несут колонны, а  снаружи по периметру здания - стены. В оболочково-стеновой системе внутреннее пространство здания перекрывает пространственная конструкция в виде тонкостенной оболочки, передающей нагрузки на наружные несущие стены.

При проектировании объектов массового строительства  применяют в основном две схемы: каркасную и стеновую. Объемно-блочные  системы, представляющие собой индустриальный вариант стеновой системы, применяются  гораздо реже. Ствольные и оболочковые  системы пока не нашли применения в программах строительства доступного жилья.

Рассмотрим каждую архитектурно-конструктивную систему  в отдельности:

Каркасная архитектурно-конструктивная система из древесины, металлопрофилей  и пластика (фахверковые  конструкции).

Формирование  фахверка как стиля и строительного  метода возведения домов началось в XV веке в Германии. Применение такого метода строительства зданий обуславливалось  не только техническими соображениями, но и экономическим положением, историко-социальными  традициями германского общества того времени.

Предшественниками фахверковых домов можно назвать  постройки старых металлургических заводов, конструкция которых состояла из заглубленных в землю вертикальных деревянных опор, объединенных горизонтальными и наклонными балками и связями в жесткий несущий каркас, на который опиралась кровля. Со временем от заглубления столбов отказались по причине загнивания и вследствие этого недолговечности каркаса, а также большой зависимости таких опор от грунтовых условий. Только в XV веке становится обычным ставить фахверковую конструкцию на горизонтальные шпалы и лаги, а позднее и устраивать фундамент из камня, а в последствии и из бетона.

Заполнение межкаркасного  пространства ранних построек выполнялось  из дерева и часто, особенно в жилых  домах, украшалось резными панелями. Наивысший пик применения резных украшений приходился на конец XVI - начало XVII веков.

С развитием  производства новых пожаробезопасных строительных материалов и их применением  в фахверковом строительстве, а  также с все большей тягой  к историческим постройкам и сохранению уникального колорита и своеобразия, в XX веке фахверк переживает настоящую  “эпоху возрождения”. В теперешней Германии насчитывается около 2 000 000 построек в стиле фахверк, в том  числе и очень древних, изучая конструкцию которых можно проследить всю историю развития этого направления  в архитектуре.

Современный фахверк, конечно же изменился по сравнению  с тем, что строилось 200 лет назад. Облик здания не концентрируется  на “деревянных кружевах”, а применяется  больше стекла, больше балок. Сознательно  применяются конструкции, позволяющие  создать площадь остекления, зрительный эффект “растворения” границы интерьера, сблизить человека с природой.

Новые технологии позволяют строить каркас фахверка не только из древесины, но и из более  эффективных материалов: алюминия и  пластмассы.

Профили из дерева. Древесина - многовековой природный  строительный материал. Этот “самопополняющийся”  вид сырья - материал будущего. Натуральный  цвет деревянной поверхности выглядит всегда очень теплым, но при этом древесину можно окрасить во все  цвета спектра. По сравнению с  другими материалами она обладает лучшими теплоизоляционными свойствами: имея лишь небольшую утечку тепла, она  не допускает образования конденсата. И наконец, материал из древесины  обладает наилучшей звукопоглощающей способностью. Клееная древесина  состоит из тонких, технически хорошо высушенных, склеенных еловых досок, сохраняющих стабильность формы. Поэтому  даже и при больших расстояниях  между опорами не нужно опасаться, что деревянные профили будут  деформироваться или покрываться  трещинами в результате изменения  температуры (внутренней или внешней). В основном несущие элементы конструкции  фахверка покрывают черным, белым, серым  или прозрачным тоном защитного  состава, состоящего из натуральных  масел, и позволяющей сохранять  древесину сухой, трудновоспламеняемой и стойкой к энтомологическому поражению. Защитный состав способствует созданию высокой устойчивости к погодным условиям и ультрафиолетовым лучам.

Профили из алюминия. Из алюминия изготавливаются термически разделенные профили. Две полые  половинки разделяются проложенным  внутри изолирующим слоем, при этом выход тепла наружу значительно  снижается. Алюминий имеет несколько  преимуществ: при строительстве  домов из него проще изготовить профили  сложной формы, поскольку он значительно  легче, чем сталь, но при том же пределе прочности алюминий позволяет  отделывать большие пролеты относительно тонкими профилями. Возможное многократное использование материала. Кроме  того, неоспоримые достоинства алюминия перевешивают на чаше весов его недостатки: этот материал особенно хорош для  использования его с наружной стороны помещения, потому что под  воздействием кислорода его поверхность  окисляется и автоматически создается  защитный слой, препятствующий воздействию  атмосферных явлений.

Профили из пластмассы. Эта конструкция получила свое развитие на основе способа изготовления окон из пластика и приобрела большую  популярность. И не только благодаря  низкой цене, но и простоте ухода. Последнее  объясняется устойчивостью материала  к воздействию влаги и ультрафиолетового  облучения без предварительной  обработки поверхности. Возможно повторное  использование пластмассовых профилей. Хорошая изолирующая способность  не требует применения термического разделения, но существует опасность  деформации при больших температурных  перепадах. Поэтому профили из пластмассы нуждаются в дополнительном усилении стальными стержнями. К тому же стальной стержень снижает теплоизоляционные  свойства, а возможность деформации из-за жары допускает окраску только белым цветом.

Основные преимущества фахверковой конструкции позволяют  решить сразу несколько инженерно-строительных задач и обеспечить:

жесткость и  стабильную устойчивость конструкции, надежность и долговечность конструкции, экономию материалов, кратчайшие сроки  строительства. Подобные дома эффектно смотрятся за счет внутреннего освещения, что придает им особый характер. А живое взаимодействие света  и тени действует как исключительный элемент оформления. Присутствующая в интерьере система балок  придает дому “дух эпохи”, что делает его оригинальным.

Стеновая  архитектурно-конструктивная система из стекла (ламинированное стекло-триплекс).

Одним из величайших достижений человечества является изобретение  стекла - уникального материала, без  которого немыслимы сегодня архитектура  и строительство.

Такие его физико-механические свойства, как прозрачность, способность  работать в широком диапазоне  температур и любых климатических  условиях, высокая твердость и  исключительная химическая стойкость, а также открывшиеся благодаря  его изумительным эстетическим качествам  безграничные возможности для оригинальных архитектурных решений, объясняют  растущую популярность стекла в архитектурно-строительной практике.

На сегодняшний  день 15-50% от общей площади фасада большинства современных зданий приходится на долю остекления. Причем из года в год увеличивается количество объектов, в которых стекло служит не только для заполнения световых проемов, но и используется в качестве несущих и самонесущих конструктивных элементов. Основной акцент в разработке данных качеств отдан малоэтажному строительству. Результат всеобщего  увлечения стеклом характеризуется  рядом положительных моментов:

• стеклянный фасад требует меньше затрат на эксплуатацию, нежели любой другой;
• сплошное ленточное остекление позволяет улучшить световой режим;
• способствует обеспечению комфорта на рабочих местах и в быту;
• позволяет зрительно расширить помещения, сближая человека с природой.

Благодаря комбинации технологии ламинирования и закалки  стекла, снижение риска неожиданного разрушения увеличивает привлекательность  широкого применения закаленных сортов стекла. В нашей стране данные сооружения могут быть применимы для теплого  климата Краснодарского края и Кавказа. “Невидимая архитектура” - так охарактеризовал  объект, завоевавший Гран-при, один из членов жюри ежегодного конкурса Du Pont. Эта экспериментальная постройка  была создана во Франции - загородная резиденция в Бургундии. Роль первой скрипки в своем минималистском решении голландский архитектор Дирк Ян Постел отвел парящей в  воздухе крыше, так что использование  многослойного стекла в данном случае абсолютно закономерно: автор даже отказался от стальных балок. Структурная  оболочка крыши выполнена из напряженной  древесины и весит около 2 тонн. Нагрузка распределена между двумя  стеклянными панелями, расположенными по ее сторонам, и панелями максимальной толщины, которые обеспечивают боковую  устойчивость и “прижимают” конструкцию  к земле. Четыре небольшие панели “гасят” динамические нагрузки. Все  это было сначала собрано внизу  и поднято на устойчивые временные  подмости, а затем, после завершения строительства стеклянного периметра, аккуратно переложено на его “плечи” - таким образом удалось добиться равномерного давления крыши на несущие  конструкции.