Формообразование зданий на основе стержневых арок с изменяемой геометрией

Введение. Пространственные стержневые конструкции покрытий применяют для более эффективного промышленного производства строительных конструкций, что позволяет снизить затраты от массовости их выпуска, специализации производства и рациональности конструктивных решений. При проектировании пространственных покрытий используют уникальные конструкции единичного исполнения, которые помогают решить грандиозные архитектурные и функциональные задачи. Большим спросом пользуются и покрытия, имеющие в своей основе стандартные
элементы, которые способствуют созданию различных архитектурных форм.
Материалы и методы. Предметом исследования служит пространственная архитектурно-конструктивная система,
которая дает возможность воплотить проектировочные задачи, являясь быстровозводимой, легкой, имеющей унифицированные элементы, исключающие монтажную сварку. Такие арки найдут широкое применение от спортивных до выставочных комплексов благодаря их быстрому монтажу. Арка может иметь очертания окружности, эллипса, параболы или, изгибаясь в двух направлениях, принимать форму произвольной кривой с сопряжением кривых, изогнутых в разные стороны.
Результаты. Пространственная арка собрана по принципу кристаллографической триангуляционной схемы, где можно выделить верхний и нижний пояса, раскосы и стержни. Предложен новый универсальный шарнирный соединительный элемент, связывающий от шести до двенадцати стандартных стержней, что дает возможность добиться минимального количества типоразмеров и выполнять наземную ручную сборку укрупненных элементов конструкции, пространственная жесткость системы обеспечена при их шарнирных связях между собой.
Выводы. Результаты исследования позволяют считать такой вариант стержневой пространственной арки перспективным решением. Установлено, что основным направлением усовершенствования пространственных стержневых
конструкций является разработка новых узловых соединений.

1. Шухов В.Г. Избранные труды: строительная механика. М. : Наука, 1977. 192 с.

2. Трофимов В.И., Бегун Г.Б. Структурные конструкции: исследование, расчет и проектирование. М. : Стройиздат, 1972. 272 с.

3. Бабич В.Н., Кремлев А.Г., Холодова Л.П. Методология системного анализа в архитектуре // Архитектон: известия вузов. 2011. № 2 (34). С. 3.

4. Клячин А.З. Металлические решетчатые пространственные конструкции регулярной структуры (разработка, исследование, опыт применения). Екатеринбург : Диамант, 1994. 277 с.

5. Еремеев П.Г. Современные стальные конструкции большепролетных покрытий уникальных зданий и сооружений. М. : Ассоциация строительных вузов, 2009. 336 с.

6. Келасьев Н.Г. Особенности проектирования и строительства футбольного стадиона в Казани для проведения чемпионата мира по футболу // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 6. С. 51–55.

7. Свентиков А.А., Кузнецов Д.Н. Автоматизированное проектирование пространственных решетчатых стальных конструкций покрытий сложной формы // Строительство и реконструкция. 2021. № 1. С. 38–49. DOI: 10.33979/2073-7416-2021-93-1-38-49

8. Goeppert K., Stein M. International stadium projects: each unique and easy to recognize // Structures Congress 2009. 2009. DOI: 10.1061/41031(341)266

9. Kim S. Shear strength investigation of connections between RC and strengthened steel frames // International Journal of Steel Structures. 2021. Vol. 21. Issue 5. Pp. 1845–1858. DOI: 10.1007/s13296-021-00538-2

10. Инжутов И.С., Дмитриев П.А., Деордиев С.В., Захарюта В.В. Анализ существующих узлов сопряжения пространственных конструкций и разработка сборно-разборного узлового элемента // Вестник МГСУ. 2013. № 3. С. 61–71. DOI: 10.22227/1997-0935.2013.3.61-71

11. Тумасов А.А., Царитова Н.Г., Курбанов А.И., Калинина А.А. Геометрические параметры стержневых трансформируемых арочных систем //Формообразование зданий на основе стержневых арок с изменяемой геометрией С. 6–19

12. Емельянов Д.И., Кузнецов Д.Н., Федосова Л.А., Глушков А.А. Применение BIM-технологий для проектирования криволинейных покрытий на основе пространственных решетчатых конструкций // Строительная механика и конструкции. 2019. № 1 (20). С. 71–81.

13. Гайджуров П.П., Царитова Н.Г. Моделирование процесса направленной трансформации регулярных шарнирно-стержневых систем // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2021. № 1 (209). С. 5–11. DOI: 10.17213/0321-2653-2021-1-5-11

14. Кривошапко С.Н. Оболочки и стержневые структуры в форме аналитически незадаваемых поверхностей в современной архитектуре // Строительство и реконструкция. 2020. № 3. С. 20–30. DOI: 10.33979/2073-7416-2020-89-3-20-30

15. Tsaritova N.G., Tumasov A.A., Kalinina A.A., Kosogov I.V. Possibilities of Architectural and Constructive Shaping of Spatial Forms from Rod Arches // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Pp. 229–235. DOI: 10.1007/978-3-030-75182-1_31

16. Семикин П.П., Бацунова Т.П. Динамическая архитектура. Кинетические фасады // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 6 (714). С. 86–96.

17. Tsaritova N.G., Buzalo N.A., Tumasov A.A., Platonova I.D., Kurbanov A.I., Kalinina A.A. et al. Transformable systems of spatial structures based on bionic analogues // Proceedings of the International Symposium “Engineering and Earth Sciences: Applied and Fundamental Research” dedicated to the 85th anniversary of H.I. Ibragimov (ISEES 2019). 2019. DOI: 10.2991/isees-19.2019.65

18. Kociecki M., Adeli H. Shape optimization of free-form steel space-frame roof structures with complex geometries using evolutionary computing // Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2015. Vol. 38. Pp. 168–182. DOI: 10.1016/j.engappai.2014.10.012

19. Buzalo N.A., Alekseev S.A., Tsaritova N.G. Numerical analysis of spatial structural node bearing capacity in the view of the geometrical and physical nonlinearity // Procedia Engineering. 2016. Vol. 150. Pp. 1748–1753. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.165

20. Алексеев С.А., Бузало Н.А., Царитова Н.Г., Моисеенко Г.А. Определение силового сопротивления узла пространственной стержневой конструкции // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2020. № 6 (1030). С. 36–38.