Строительство и архитектура / 1.Архитектурные решения объектов строительства и реконструкции

Веселова Е.А., Комарова М.Л.

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Россия

Исследование архитектурно-конструктивных особенностей купольных покрытий зданий

Прослеживая историю развития купольных покрытий можно отметить, что изначально их первостепенной задачей являлось перекрытие больших пространственных частей здания, но со временем они приобрели значение не только большепролетной конструкции перекрытия, но и эстетического украшения городской застройки. Развитие куполов, как и всех строительных конструкций, обусловлено влиянием на архитектуру и, в целом, на культурную жизнь общества научно-технического прогресса. Первые купола применялись в архитектуре общественных зданий, преимущественно в храмовых сооружениях, но благодаря появлению новых и совершенствованию существующих строительных материалов и технологий их возведения купольные конструкции стали использоваться в зданиях другого функционального назначения.

Размеры и конструктивные схемы купольных покрытий совершенствовались в зависимости от применяемого строительного материала. Первыми материалами, используемыми для строительства купольных конструкций, были камень и дерево. Купола из природного камня и кирпича использовались примерно до середины XIX века из-за ограничения по размерам перекрываемых зданий, а деревянные купольные конструкции используются по настоящее время. Дерево достаточно легкий и удобный материал в обработке, но не долговечный. Благодаря научно-техническому прогрессу деревянные купольные конструкции стали возводиться из клееной древесины, которая позволяет перекрывать большие пролеты и является более прочным материалом, чем цельный брус. Бетон и железобетон в купольных покрытиях начали широко использовать примерно с 70-х годов XIX века, тогда как металл для производства купольных конструкций начал использоваться значительно раньше где-то с конца XVIII века. И стоит упомянуть еще один строительный материал, который начал использоваться в производстве купольных конструкций с начала XX века – это пластик, легкий, удобный дешевый материал, но пока не нашел еще широкого применения из-за некоторых отрицательны свойств и используется в достаточно скромных проектах (см. таблицу 1).

Таблица 1 Применение строительных материалов в конструкциях купольных покрытий

Строительный материал	XII в. до н.э.	...	XVIII в.н.э.	XIX в.н.э.	XX в. н.э.	XXI в. н.э.
Камень
Дерево
Металл
Бетон
Пластик

По частоте использования, основными, на сегодняшний момент, материалами при строительстве купольных конструкций являются металл, железобетон, иногда дерево.

В большинстве случаев купольные покрытия являются наиболее рациональными и целесообразными завершениями зданий, органично вписываясь в их архитектурно-пространственную структуру. По конструктивным особенностям различают следующие виды куполов: цельный, ребристый, ребристо-кольцевой, ребристо-кольцевой со связями и сетчатый. В настоящее время при проектировании и строительстве зданий с купольными покрытиями наиболее распространены ребристые конструктивные схемы и сетчатые оболочки.

Конструктивная схема купольных покрытий зависит от применяемого строительного материала. Наибольшим разнообразием форм отличаются купола из металла. Они имеют обширную область применения и самые высокие пролеты, удобны и экономичны при монтаже. Железобетонные купола в основном конструируют цельными, в виде тонкостенных оболочек. Диапазон их размеров не намного меньше куполов из металла, однако, из-за сложности монтажа применяются реже. Деревянные купола сложны в изготовлении, достаточно разнообразны по конструкциям, но редко применяются из-за небольших диаметральных размеров.

Купола обладают большим разнообразием объёмно-пространственных форм, конструктивных решений и технологий возведения, что позволяет использовать их в строительстве зданий гражданского, промышленного и сельскохозяйственного назначения. В зависимости от применяемого строительного материала купольные конструкции могут различаться по следующим параметрам:

По конструкции	По форме	По стреле подъёма	По условиям работы	По технологии возведения
купола-оболочки ребристые ребристо-кольцевые ребристо-кольцевые со связями сетчатые пластинчатые	сферические эллиптические стрельчатые зонтичные сложной формы	с подъёмом (высота подъема 1/2 -1/5 диаметра) пологие (высота подъема менее 1/5 диаметра)	с элементами предваритель-ного напряжения ненапрягаемые	монолитные сборно-монолитные сборные

Применение купольных конструкций в современном строительстве весьма привлекательно и в функциональном и в композиционном отношении. Большое разнообразие существующих на данный момент объемно-пространственных и конструктивных решений куполов способствует индивидуализации архитектурного облика здания. Конструкции купольных покрытий уникальны по ряду признаков и вызывают интерес у современных проектировщиков, предоставляя широкие возможности для реализации новых архитектурных идей с целью создания яркого, запоминающегося образа здания. Купольные конструкции играют важную роль в формировании облика здания и должны соответствовать его имиджу и функциональным особенностям. Динамика развития купольных конструкций хорошо прослеживается в ходе выяснения формообразующей роли строительных материалов (см. таблицу 2).

Таблица 2 Динамика развития купольных покрытий в зависимости от применяемого строительного материала

Материал	Временной период применения	Конструктивные схемы	Диаметр	Примеры
Камень (природный камень, кирпич)	XIII в. до н.э. – сер. XIX в. н.э.	цельный купол	от 3 до 40 м	Храм св. Софии в Константинополе, Собор Санта-Мария-дель-Фьоре во Флоренции, Собор Св.Петра в Риме
Дерево	с XIIIв.до н.э. – до наст. времени	ребристый, ребристо-кольцевой, тонкостенный (с цельным покрытием)	от 12 до 60 м	Преображенская церковь в г. Кижи, Железнодорожный вокзал в г.Ричмонд, Государственный цирк в г.Иваново
Бетон, железобетон	с 70-х гг XIX в. – до наст. времени	цельный (купола-оболочки), сетчатый купол	от 10 до 130 м	Пантеон в Риме, Малый дворец спорта в Риме, Зал столетий в г. Вроцлав
Металл (сталь, алюминий)	с конца XVIII в. – до наст. времени	ребристый, ребристо-кольцевой, ребристо-кольцевой со связями, сетчатый, пластинчатый	до 230м	Национальный театр оперы в Пекине, Здание радиостанции в г. Краков, Стадион в г. Сан-Паулу
Пластмасса (стеклопластик, оргстекло)	с 30-40 гг. XX в. – до настоящего времени	купола-оболочки	однослойные – 9-10м трёхслойные – до 25м.	Применяются в качестве зенитных фонарей в покрытии зданий

Процесс совершенствования купольных покрытий в настоящее время проявляется как в композиционно-функциональном, так и в конструктивном аспекте, позволяя успешно осуществлять разнообразные архитектурные замыслы. Одной из последних тенденций современности является строительство цельно-купольных зданий. Таким образом, купола становятся уже не просто покрытием, а внешним каркасом здания. В этих условиях, к конструкциям предъявляются более серьёзные требования. Благодаря совершенствующейся научно-технической базе разрабатываются решения, позволяющие воплощать в реальность эти проекты. Наибольшее распространение в них имеют металлические сетчатые купола, как разновидность сетчатых оболочек. Однако, в последнее десятилетие начало активно развиваться направление железобетонных оболочек. Таким образом, можно отметить, что использование эффективных строительных материалов влияет на конструкцию, форму и размер купола, что позволяет расширить композиционные возможности купольных конструкций и создавать прекрасные образцы архитектурного творчества.