Применение пространственных каркасов в современных архитектурных проектах.

Многие из самых интересных и инновационных конструкций сегодняшнего дня явно выходят за рамки ограничений примитивных прямоугольных объёмов, доминировавших в прошлых архитектурных практиках. Они характеризуются сложными контурами, пустотами, простирающимися за пределы видимого диапазона колонн, и «исчезающими» подвесными крышами. Конструкция пространственной фермы — это структурный подход, позволяющий реализовать все вышеперечисленные решения. Хотя пространственная ферма не является новой разработкой, её применение и использование в современной архитектуре значительно возрастают. Проблемы, с которыми сталкиваются современные архитекторы при попытке объединить форму и функцию, зачастую решаются с помощью пространственной фермы. В тех проектах, где требуется максимальный объём и выраженная наличие пустот, обычно применяется именно пространственная ферма.

Характеристики пространственных ферм

Пространственная ферма — это трёхмерная конструктивная система. В отличие от традиционных конструкций, использующих балки и колонны, расположенные в виде решётки, пространственная ферма состоит из сети конструктивных элементов, упорядоченных по геометрическому принципу. Наиболее распространёнными являются треугольные и пирамидальные схемы. Ключевое отличие заключается в том, что традиционная балка воспринимает нагрузку в одном направлении, тогда как «балка» пространственной фермы воспринимает нагрузку в трёх направлениях. Если традиционная балка проектируется таким образом, чтобы быть максимально эффективной для конкретной нагрузки, которую она несёт, то пространственная ферма распределяет нагрузку по всей конструктивной системе, позволяя перекрывать очень большие пролёты без применения чрезвычайно крупногабаритных балок или колонн с малым шагом. Благодаря этому конструкция пространственной фермы оказывается чрезвычайно эффективной — зачастую более эффективной, чем традиционные каркасные решения.

Создание просторных открытых зон и выразительных форм

Значительным препятствием при архитектурном проектировании является перекрытие больших пролётов без использования колонн, поскольку они нарушают пространственную целостность, затрудняют обзор и усложняют размещение дополнительных элементов. Применение пространственных ферм позволяет проектировщикам создавать обширные непрерывные пролёты, достижение которых с помощью традиционного стального каркаса было бы практически невозможно. Именно поэтому пространственные фермы широко используются при строительстве крупных аэропортов, спортивных арен и конгресс-центров. Их обширные кровли покрывают значительные площади без необходимости в несущих стропилах. Однако пространственные фермы — это не только функциональное решение. Конструкция пространственной фермы создаёт чрезвычайно привлекательный и интересный узор. Во многих случаях пространственная ферма оставляется открытой и служит элементом архитектурного оформления: повторяющийся рисунок треугольников или пирамид задаёт ритм и приглашает зрителей к восприятию. Элементы фермы выделяются, будучи освещёнными светом и отбрасывающими тени. Пространственная ферма органично вплетается в архитектуру и становится неотъемлемой частью дизайна.

Легкий, эффективный и рациональный с точки зрения материалов

Пространственные каркасные системы также обладают явным преимуществом с точки зрения эффективности использования материалов. Поскольку нагрузки распределяются через большое количество небольших конструктивных элементов, можно применять меньшие поперечные сечения по сравнению с традиционными балочно-колонными системами. Это позволяет сократить объём используемой стали, что, в свою очередь, снижает массу конструкции и уменьшает размеры опорных фундаментов. Меньший объём стали также означает более компактные фундаменты и экономию как денежных, так и ресурсных затрат. Лёгкость конструкции пространственных каркасов упрощает их транспортировку и позволяет осуществлять монтаж быстрее. В результате строительная площадка может быть смонтирована за более короткий срок, что ускоряет возведение здания и снижает уровень нарушений в окружающей среде площадки. В условиях постоянно расширяющегося набора взаимосвязанных задач, жёстких тендерных предложений и всё более сжатых сроков выполнения работ преимущества грамотно спроектированного пространственного каркаса становятся особенно очевидными. Как правило, компоненты пространственного каркаса изготавливаются из стали, которая по своей природе обладает высокой прочностью и долговечностью. При отсутствии коррозии пространственный каркас может выполнять свои функции в течение многих десятилетий.

Применение пространственных ферм в различных типах зданий

Пространственные фермы могут применяться во всех типах зданий — как в знаковых, так и в функциональных. В промышленных и коммерческих зданиях, таких как заводы, склады и распределительные центры, зачастую требуются большие бесколонные пространства для размещения оборудования или систем хранения. Пространственные фермы обеспечивают именно такие решения. Этот подход применим также к коммерческим зданиям — например, к торговым центрам, выставочным комплексам и атриумам в офисных зданиях. В современной архитектуре часто используются сложные геометрические формы, особенно для крыш. К ним относятся изогнутые или наклонные поверхности, которые порой бывают неправильной конфигурации. В подобных случаях традиционные каркасные конструкции имеют существенные ограничения, тогда как пространственные фермы демонстрируют исключительную эффективность. Пространственные фермы можно адаптировать практически под любую форму. Это означает, что купола, цилиндрические своды и другие свободноформные конструкции реализуются значительно проще по сравнению с традиционными балками и колоннами.

Дополнительные преимущества строительства с использованием пространственных ферм

Значительным преимуществом пространственной фермы является её высокая совместимость с другими инженерными системами здания. Пространства между элементами конструкции позволяют размещать системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК), электроснабжения и водоснабжения/канализации. Светильники могут устанавливаться непосредственно на каркас, а воздуховоды систем ОВК — интегрироваться в саму конструкцию каркаса. Это обеспечивает чистоту и порядок в подпотолочном пространстве; в зданиях, где пространственная ферма остаётся открытой, она становится составной частью дизайна потолка. В последние годы, когда архитектура всё больше ориентируется на устойчивое развитие, эффективность строительства с использованием пространственной фермы также представляет собой преимущество. Экономия материалов означает меньший расход стали при производстве и транспортировке, что снижает соответствующий углеродный след. Лёгкий вес конструкции из пространственной фермы уменьшает объём бетона, необходимого для устройства фундаментов. Возможность создания крупных открытых пространств зачастую способствует более эффективному естественному освещению и проветриванию, а также снижению энергопотребления.

Умное решение современных задач

Современные конструкции сталкиваются с высокими требованиями к их функциональности и эстетике. От них ожидается способность соответствовать изменяющимся потребностям на протяжении всего срока эксплуатации, а также экономическая и временная эффективность при строительстве. Системы пространственных каркасов (spaceframe) отвечают тем требованиям, которые зачастую трудно выполнить более традиционным системам. Чтобы эффективно перекрыть открытые пространства терминала аэропорта, спортивного стадиона, конференц-зала или промышленного помещения и одновременно обеспечить свободу проектирования, системы пространственных каркасов неизменно демонстрируют одни и те же ключевые преимущества. По мере того как проектирование становится всё более свободным от ограничений, пространственные каркасы всё чаще ассоциируются именно с такими сложными задачами.

Для проектов, требующих открытых пространств и сложных конструкций кровель, системы пространственных каркасов (Spaceframe) должны обязательно обсуждаться на ранних этапах проектирования. Обеспечивая огромную свободу проектирования и беспрецедентную эффективность, они доказали свою успешность по всему миру и являются одним из ключевых факторов, позволяющих реализовывать современные архитектурные решения.