Главная / Архитектура / Статьи /

Опыт использования современных методов расчета конструкций на материале форм памятников архитектуры

А.В.Радзюкевич, С.В.Щербатых, С.С.Рябов
В архитектуроведческих исследованиях очевидным считается мнение, что формы шедевров архитектуры синтетически совмещают в себе эстетически значимый художественный образ и конструктивную целесообразность. При этом, предполагается, в ранние исторические периоды поиск оптимальных конструктивных решений производился на основе "метода проб и ошибок". В этой связи интерес представляет проверка конструктивной целесообразности некоторых конструкций шедевров архитектуры. Используя современные методики расчета, рассмотрим, в качестве примера, как работает ствол колонны Парфенона (рис.1). Произведем расчет прочности материала ствола колонны на сжатие. Расчет геометрических форм Парфенона по обмерным чертежам М.Баланоса [ 1 ], показывает, что на ствол рядовой колонны главного фасада Парфенона воздействует вертикальная нагрузка в 171 тонну. Используя типовое значение предельно допустимого напряжения на сжатие для мрамора, получаем, что для выдерживания этой нагрузки будет достаточно всего лишь 0,0187 квадратных метра поперечного сечения. Учитывая, что фактическая площадь верхнего сечения колонны равна 1,52 квадратным метрам, можно установить, что реально работает на предельное сжатие только одна восьмидесятая (!!!) часть площади сечения колонны. Диаметры колонн при этом различаются почти в девять раз (табл.1). Даже если при расчетах использовать коэффициент запаса прочности, равный шести, то в этом случае площадь верхнего сечения колонны должна быть равна 0,118 м.кв, что составляет только одну тринадцатую часть фактического значения. Кроме усилий на сжатие, современные строительные нормы и правила учитывают фактор устойчивости всей конструкции (устойчивость формы равновесия при осевом сжатии). В этом случае, соотношение высота столба должна превышать минимальную ширину сечения в 15,9 [ 2 ]. Исходя из того, что высота ствола колонны Парфенона равна 9,58м, получаем, что минимальный (верхний) диаметр колонны должен быть равен 0,602м. По расчету конструкции, получаем, что нижний диаметр колонны должен быть равен 0,608м. Объем колонны в этом случае получается равным 2,754 кубическим метрам, что меньше фактического в 6,6 раза. Если это значение перевести в массу, то получается, что каждый ствол колонны Парфенона из 50 тонн собственного веса имеет более 42 тонн лишнего веса!
Кроме того используя теорию сопротивления материалов можно определить закон изменения толщины колонны из условия её равнопрочности по высоте, то есть из условия, что в поперечных сечениях на всех уровнях значение сжимающего напряжения одно и тоже. Произведенные нами расчеты показали, что кривизна контура колонны (энтазис) должна иметь не выпуклую, а наоборот, вогнутую форму.
Любопытно, что в расчетной конструктивно-оптимальной колонне Парфенона разница между верхним диаметром (0,602м) и нижним диаметром (0,608м) равна всего шести миллиметрам. В процентном соотношении это составляет всего один процент! Получается, что форма колонны предельно близка к цилиндрической и энтазис, как геометрический фактор построения формы колонны, можно практически свести к нулю. Почему же реальная колонна Парфенона имеет такую неоптимальную форму и такую избыточную массу? Разумеется, в ней заложен некий процент страха, исходящий от незнания особенностей реальной работы материала. Однако, ответ на этот вопрос, по всей видимости, можно найти и в сфере, условно говоря, ассоциативно-образного знакового кодирования. Колонна Парфенона обобщенно символизировала собой тело человека. Причем, не просто абстрактного человека, а некоего героя эпохи, которым, очевидно, мыслился воин-победитель. Деятельность же воина связана прежде всего с сопротивлением воздействию не вертикальных, а горизонтальных нагрузок. Умение им противостоять формировало некую идеальную, жизнеспособную, успешную модель поведения (ведения боя), которая "лепила" форму, устойчивую к опрокидыванию при воздействии внешних горизонтальных ударов. В воспевании этого жизнеспособного поведения героя эпохи, вероятно и заключается смысл многих и многих "лишних" тонн мрамора в колонне Парфенона.
Поиск исследований аналогичных данному привел нас к работе Б.Николаева "Физические начала архитектурных форм", опубликованной еще в 1905 году [ 3 ]. На основании простейших физических экспериментов он доказал, что из трех тел вращения - прямого цилиндра, цилиндра с выпуклыми поверхностями и цилиндра с вогнутыми поверхностями, последнее тело является наиболее выгодным с точки зрения затрат материала. Более ста лет назад Б.Николаев обосновал парадоксальный вывод - "колонна, утоняющаяся посредине, должна быть приблизительно вдвое выгоднее при одном и том же количестве материала, чем колонна с утолщением". Автор делает также важное теоретическое обобщение - "если греческие и русские колонны и обладают красотой, то, во всяком случае, крайне для нас невыгодной. И действительно, там, где природа должна зкономизировать материал, а именно в конструкции живых организмов, там как раз мы встречаемся c формой, суживающейся посередине. Таковы кости ног животных и стволы деревьев". Выгода или, точнее, конструктивная оптимальность, ставится Б.Николаевым на первое место при оценке архитектурного произведения - "если художники-архитекторы не настолько чутки, чтобы уловить разницу во внутреннем достоинстве красоты, если для них всякая красота безразлична, то по счастью есть деятель сильнее бессознательного "творчества", и этот деятель заставит бросить устаревшие каноны красоты развалин. Этот деятель - выгода. Если при одинаковом эффекте формы одна форма будет стоить в 4 раза дешевле другой, то в конце концов выгоднейшая выйдет победительницей, хотя бы её поддерживали академии всего мира". Автор завершает свою работу эмоциональным призывом - "пора бросить мёртвую идею, что форма может иметь канон: форма должна быть так же бесконечно разнообразна, как бесконечно разнообразны создающие её условия, и единственный "стиль", которого должен добиваться художник в своих произведениях, это - стиль природы, стиль, где бы не было ничего лишнего, где бы всё имело смысл и служило основной идее".
Выводы Б.Николаева могут показаться чересчур смелыми, но их актуальность, теоретическая обоснованность и научная значимость очевидны. Нам представляется, что его работа может стать основой для большого объема перспективных междисциплинарных научных исследований. Что же касается эстетической значимости оптимальных конструктивных решений, то творчество многих архитекторов и, в частности, конструктора Пьера Луиджи Нерви (рис.2), показывает, что красота помимо ассоциативно-образной, может иметь преимущественно оптимизационно-конструктивную основу.
Рис. 1
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 2
Табл. 1
Табл. 1
дата выставления: 05.04.2007
Комментарии
Добавить комментарий:
Текст *:
Подпись:
Нам нужно убедиться, что вы не робот (программа), поэтому просим вас написать проверочный код - символы, которые вы видите на этой картинке:
Проверочный код:
Популярные статьи
раздела Статьи
Галереи
Широкоформатный
дизайн

N.ORT/Technogym

N.ORT/ MARTINI Mobili

N.ORT/Rimadesio

При использовании материалов журнала прямая ссылка на источник обязательна!
Объявления   Подписка   Архив   Карта сайта   Реклама   Реплики и образы   Блоги   Поиск:
 
НОВОСТИ КОНКУРСЫ ДИЗАЙНЕРЫ ДЕКОРАТОРЫ ВИТРИНА РЕЙТИНГИ
Проекты     Концепции     Статьи     Постройки     Персоналии     Материалы и технологии