№58
Июнь 2017
ISSN
1990-4126

English

«Архитектон: известия вузов» № 38 - Приложение Июль 2012

Архитектура


 Токарев Илья Георгиевич

аспирант ГУЗ
Научный руководитель:
доктор архитектуры,
профессор В.П.Этенко,
Государственный университет по землеустройству,
г. Москва, Россия

РАЗВИТИЕ АРХИТЕКТУРНО-КОНСТРУКТИВНЫХ ТИПОВ ПЛАВУЧИХ ОСНОВАНИЙ


УДК: 728.77

Стихийные бедствия, рост численности населения и высокая урбанизация – это привело к сокращению площади земель, пригодных для проживания, земледелия, производства и отдыха, что актуализирует проблему освоения акваторий городов и стран. Одним из направлений увеличения площади суши за счет территорий, покрытых водой, является организация плавучих оснований, имитирующих свойства суши. В статье приводится краткий обзор развития и метод классификации новых и исторических архитектурно-конструктивных типов плавучих оснований обладающих свойствами суши.

Ключевые слова: типы плавучих оснований, понтоны, плоты, лодки


История человечества неразрывно связана с водой. Вода была не только источником жизни и важнейшей транспортной артерией. Древние поселения располагались рядом с обширными водными пространствами – реками, прудами, озерами, морями и океанами. Примерами служат речные цивилизации древних шумеров, египтян, индусов, основанные на плодородных почвах берегов рек. Близкое расположение к морю таких цивилизаций как крито-микенская, греческая, римская также определило их путь развития. Позже острая потребность в новых плодородных землях, поиск полезных ископаемых, изменения климата толкнули народы к активному освоению мирового океана, так началась эпоха географических открытий. Это привело, начиная с XVI века, к системному развитию науки судостроения, как технической системы. Наиболее интенсивный период развития судостроения произошел с конца XIX в. по конец XX в., когда были разработаны все современные архитектурно-конструктивные типы плавучих объектов, обеспечивающих добычу ресурсов, транспортировку грузов и людей, научно-исследовательскую работу, организацию проживания на воде.

Строительство жилищ на поверхности воды имеет глубокие исторические корни. Впервые оборудованы примитивными строениями для проживания на воде были древнеегипетские суда. Развитие судостроительной мысли привело к появлению первых плавучих городских образований. Самые ранние упоминания о плавучих поселениях, возрастом более 5000 лет, относятся к цивилизации шумеров и рассказывают о плавучих деревнях, располагавшихся на реках Тигр и Евфрат. Древней истории также известны крупные примеры сооружений на воде. Одним из таких примеров являются корабли озера Неми – плавучий храм Дианы и плавучая вилла императора Калигулы.

В современных условиях исторический опыт приобрел особую актуальность. Изменение климата, стихийные бедствия, рост численности населения и высокая урбанизация – это привело к сокращению площади земель? пригодных для проживания, земледелия, производства и отдыха, что актуализировало проблемы освоения акваторий городов и стран. Сегодня одним из ключевых направлений увеличения площади суши за счет территорий покрытых водой является организация плавучих оснований, имитирующих свойства суши.

Рис. 1. Классификация судов в соответствии с принципами поддержания

Все плавучие основания делят по принципу поддержания на три группы (рис. 1): аэростатический, гидродинамический (принцип Бернулли) и гидростатический (принцип Архимеда). Суда, основанные на первых двух принципах, сложны в изготовлении, затратны в эксплуатации, дискомфортны для постоянного проживания и работы и не обладают достаточной устойчивостью. Таким образом, наиболее эффективным является гидростатический способ поддержания (принцип Архимеда), лишенный недостатков предыдущих способов, обеспечивающий общую устойчивость архитектурного объекта и допускающий множество архитектурно-планировочных решений. Для обеспечения наилучших архитектурно-планировочных решений автором был проведен анализ практического и теоретического опыта судостроения и строительства на воде, в результате чего предложена классификация архитектурно-конструктивных типов плавучих оснований с гидростатическим принципом поддержания (рис. 2). Плавучие гидростатические основания можно разделить на пять классов: плотовые, лодочные, понтонные, буеобразные, герметично-корпусные. Некоторые из классов имеют схожие типы оснований – это объясняется одинаковыми условиями эксплуатации.

Рис. 2. Классификация архитектурно-конструктивных типов плавучих оснований

Первый класс, плотовых, представлен тремя типами конструкции – это наборные плоты из стволов деревьев (бревен); понтонные на основе надувных элементов; катамаранные, в основе которых могут быть как наборный, так и понтонный тип стволов. Первоначально плоты строились из связок тростника, но позднее их стали изготавливать из бревен деревьев. Сегодня при строительстве плотов для обеспечения плавучести кроме дерева используют автомобильные камеры; пластиковые бутылки; покрышки из прорезиненного капрона; надувные сигарообразные поплавки, выполненные из резины и пр. Все элементы плотов жестко соединяются продольными и поперечными связями в виде гибких рам из дерева или алюминия. Достоинством плотовых является небольшая масса, а недостатком – малая несущая способность, что ограничивает их применение в строительстве на воде. Отель на реке Квай, выстроенный на гигантских деревянных плотах, – редкий пример использования подобных оснований в строительстве на сегодня. Нужно отдельно отметить, что резиновые спасательные плоты не имеют прямого отношения к плотовым, а являются особым типом класса герметично-корпусных.

Второй класс, лодочные основания, представлен тремя подклассами: надводные, надводные с развитой подводной частью и подводные. Все конструктивные типы надводных оснований известны с древности. К ним относятся: лодочный, пирога, катамаранный, тримараны и пентомараны объединены в тип многокорпусных. Все лодочные основания изготавливаются методом набора. Корпус выполняется из стали, алюминия, пластика, бетона или иных композитных материалов методом сварки либо отливки цельной формы. Показательными примерами этого подкласса являются современные плавучие «города» – круизные лайнеры, авианосцы, промысловые плавучие базы. В современном мире также наметилась тенденция к переоборудованию вышедших из эксплуатации крупных судов в плавучие дома, музеи и отели (ботель).

Подкласс надводных с развитой подводой частью является формальной переходной формой между подводным и надводным подклассами. Конструктивно такой подкласс не отличается от надводного, за исключением того, что такие суда устроены по принципу айсберга, когда объем судна ниже ватерлинии значительно преобладает над надводным объёмом. Подводная часть может быть как частью корпуса судна, так и в виде подсоединяемых отсеков, крепящихся к днищу судна.

Последний, подводный подкласс класса лодочных, объединяет батискафы, пироскафы, субмарины и подводные транспортные суда. Основной общей чертой данного подкласса является система погашения плавучести, основанная на размещении в герметичном корпусе судна балластных баков, заполняемых забортной водой для погружения под воду и, соответственно, её откачки для всплытия. В зависимости от количества и объемов баков, различают 4 типа подводных оснований: с малым запасом, средним запасом, большим запасом и сверхзапасом погашения плавучести. Подводные лаборатории Жака Ива Кусто Коншелф, грузовые подводные лодки Дойчланд и Бремен, проекты подводных отелей Poseidon undersea resorts, Amphibious 1000 и другие – это актуальные примеры архитектуры подводного подкласса лодочных оснований.

Класс лодочных оснований является самым распространенным на сегодня, но сильно уступает по количеству конструктивных решений и по устойчивости на поверхности воды классу понтонных оснований, предоставляющему широкие возможности архитектору и планировщику при решении различных архитектурно-планировочных и градостроительных задач для создания уникальных образов.

Класс понтонов известен со времен греко-персидских войн. Само понятие «понтон» появляется во Франции в начале XVII века, но только с изобретением железобетона в 1867 году Джозефом Моньером начинается развитие конструктивных типов класса понтонных оснований. Современные понтонные основания можно условно поделить на 10 подклассов: модульные, водоподъемные, самоподъемные, катамаранные (многокорпусные), полупогружные, стеновые, стаканоподобные, сложноорганизованные, буеподобные и надувные. Стоит отметить, что большинство подклассов понтонных оснований изначально возникли из необходимости добычи полезных ископаемых в мировом океане.

Подкласс катамаранных, или иначе многокорпусных, понтонов самый древний и является интерпретацией лодки катамаранного типа. Наплавной мост персидского царя Дария через пролив Босфор, возведённый в 493 г. до н.э, представлял собой понтон из связанных лодок с проложенной по ним деревянной мостовой. В дальнейшем лодки сменили стальные баки-поплавки прямоугольного либо цилиндрического сечения, соединенные поперечными связями из профильной стали. Также роль поплавков могут выполнять надувные резиновые болоны либо два ж/б понтона.

Эволюция катамаранных понтонных оснований привела к появлению подкласса полупогружных понтонов. Он подразделяется на три основных архитектурно-конструктивных типа: на прямоугольных понтонах, имеющих судовые оконечности; на сигарообразных понтонах; на трёх судообразных понтонах. Название полупогружных понтонных оснований основано на том, что большая часть их объёма погружена на значительную глубину от поверхности воды для уменьшения волновых воздействий. Каждый погруженный в воду понтон соединен с верхним корпусом системой вертикальных колонн и раскосов, стабилизирующих всё сооружение. Помимо плавучих буровых платформ, полупогружные основания использовались в конструкции построенного в Сингапуре в 2010 году флотеля Супериор (floatel Superior), рассчитанного на 600 постояльцев.

Ряд преобразований в подклассах полупогружных и стеновых оснований привел к появлению типа платформ на понтонных колоннах, а затем и к появлению подкласса буеподобных оснований. Особенность подкласса буеподобных состоит в том, что он основан на платформах типа SPAR, в которых палуба поддерживается чаще всего одним и реже 4-мя массивными колоннообразными буями. Сам буй состоит из нескольких балластных отсеков, заполняемых водой для достижения стабилизации всей конструкции. Платформы типа SPAR изначально использовались для сбора океанографических данных, но с середины 70-х годов XX века они применяются в качестве плавучих буровых платформ. Данная конструкция считается наиболее быстрой и дешевой в сборке, что определило выбор этой конструкции при разработке проекта «Морского поселения» проектировщиками, Уэйном Грэмличем и Пэтри Фридманом в 2001 году.

Упомянутый ранее подкласс стеновых понтонных оснований возник с началом строительства судов в плавучих доках. Архитектурно-конструктивное решение подкласса основано на зажатой между понтонами стенами платформе. Это позволяет, заполняя или опустошая балластные камеры внутри понтонов, подымать либо опускать платформу относительно уровня воды. Также на сегодня существуют плавучие доки с понтонными стенами, расположенными по трем сторонам платформы. Возможность успешного применения этого типа плавучих оснований в гражданском строительстве было продемонстрировано архитектором И. С. Экономовым в проектах частных домов.

Эволюционным продолжением понтонного стенового подкласса стало появление стаканоподобных оснований. Этот класс делится на два типа: периметральный и стаканообразный. Подкласс стаканоподобных имеет закрытый контур в виде понтонных стен. Отличие в типах заключается в форме понтона. В одном случае понтон расположен по периметру заглубленной платформы, а во втором случае понтон имеет форму стакана. На практике такого типа основания были применены впервые в начале XXI века архитектором Коэном Олтиусом при строительстве плавучих домов в Нидерландах.

Другим подклассом понтонных оснований являются самоподъемные понтонные основания (СПО). Различают три основных типа СПО: на 4-х опорах, на 4-х опорах с опорными матами и на 3-х опорах. Эти основания состоят из плавучего понтона и не менее трех опорных колонн. При транспортировке на место установки опоры подняты вверх и зафиксированы в этом положении. На месте установки колонны опускаются вниз, касаются грунта и вдавливаются в него, после чего понтон с помещениями поднимается вверх по опорным колоннам. Различные архитектурно-конструктивные решения этих типов оснований объясняются различной глубиной и геологией дна, на которое они опираются.

Одним из наиболее распространенных на сегодняшний день типов понтонов являются модульные пластиковые понтоны, которые определили класс модульных понтонных оснований. Впервые появившиеся в Австрии в 1971 году, они в течение 10 лет, завоевали весь мир. Такая популярность стала обеспечена малым весом конструкции, простотой монтажа и вариативностью. Модульные понтонные основания, согласно их форме, делятся на два типа: на квадратные (прямоугольные) в плане и треугольные в плане. Наиболее часто модульные понтоны выполняются из пластика. Однако встречаются примеры их выполнения из стали или бетона.

Последние несколько лет были отмечены проектами, которые привели к появлению 4-х новых подклассов в классе понтонных оснований. Речь идет о буеобразных, водоподъемных, сложноорганизованных и надувных. Буеобразный класс связан с серией проектов плавучих городов, таких как «The Gyre» и построенном на оз. Меларен в 2000 году отеле «Utter Inn». Конструктивное решение их заключается в формировании вертикальной схемы размещения помещений с преобладанием подводной части сооружения над надводной, что делает всю конструкцию предельно устойчивой. Появление же водоподъемного подкласса стало возможным благодаря проектам «Морфосис» архитектора Джона Вильямса и району Масбомель в Голландии. Это дома, рассчитанные на регулярные затопления, установлены на понтон удерживаемый двумя якорными колоннами. При повышении уровня воды понтон подымается, оставаясь на месте, удерживаемый колоннами. В этом классе выделяют два основных типа: с одной колонной и с двумя и более колоннами. Сложноорганизованный подкласс полностью основан на проекте голландского архитектора Мартина Ван Винкелена, предложившего решение по строительству высотных зданий на воде путем соединения различных типов понтонов для увеличения площади опирания всего сооружения на воду. Четвертый подкласс, надувных, возник из необходимости поддержания на плаву различных коммуникаций, размещенных в воде. Конструкция таких оснований основана на надувных сигарообразных понтонах, размещенных в воде, к которым посредствам тросов снизу прикреплен полезный груз либо объём.

Также основываясь на последних достижениях в архитектуре и конструкциях, автором были выделены два дополнительных класса. Первый класс буеобразных объединяет различные сооружения, которые по своей архитектуре подобны бую и могут обладать конструктивными признаками, как понтонного так и лодочного класса. Условно их можно разделить на три типа: параболические, пирамидальные и сферические. Вторым классом является герметично-корпусный, представляющий собой плавучие сооружения, выполненные методами отливки цельной формы здания, сварки из нескольких штампованных элементов либо склеиванием. Отличительным свойством таких оснований является обеспечение их полной герметичности и обтекаемости формы при наличии положительной плавучести.

Описание различных архитектурно-конструктивных решений можно продолжать без конца, потому что каждый год приносит новые научные открытия и изобретения и на смену предложенным конструкциям плавучих оснований могут прийти другие, более совершенные. Многое зависит также от региона, для которого разрабатывается архитектурный плавучий объект. Поэтому в заключение работы можно констатировать только, что для создания архитектурного объекта на воде, требующего плавучего основания, обладающего всем набором свойств земной поверхности, но адекватного водной среде, необходимо опираться на новейшие инженерные разработки, культурно-исторический и региональный опыт применения архитектурно-конструктивных решений плавучих оснований.


Библиография

  1. Галахов И. Н. Плавучие буровые платформы. Конструкция и прочность / И. Н. Галахова, О. Е. Литонова, А. А. Алисейчик – Л.: Судостроение, 1981. – 224с.
  2. Гилмер Т. К. Проектирование современного корабля / Т. К. Гилмер; пер. с англ. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Судостроение, 1984. – 376с.
  3. Ханке Х. Люди, корабли, океаны (6000-летняя авантюра мореплавания) / Хельмут Ханке; пер. с нем. – Л.: Судостроение, 1976. – 432с.
  4. Экономов И.С. Принципы формирования малоэтажных жилых объектов на воде: дис. … канд. архитектуры: 05.23.21/ И.С. Экономов. – М., 2010. – 231с.
  5. Olthuis K. Float! Building on water to combat urban congestion and climate change / Koen Olthuis, David Keuning; пер. на англ.– Amsterdam, Frame, 2010. – 304с.


ISSN 1990-4126  Регистрация СМИ эл. № ФС 77-50147 от 06.06.2012 © УрГАХУ, 2004-2017  © Архитектон, 2004-2017