Кривые конструкции — это конструкции, созданные одной или несколькими образующими (которые могут быть кривыми или поверхностями) посредством геометрических операций. Они традиционно отличаются от другой наиболее распространенной строительной технологии, а именно стойки и перемычки, что является результатом добавления правильных и линейных архитектурных элементов.
Их полезные свойства использовались со времен первых цивилизаций и для различных целей. Материалы, формы и методы сборки со временем следовали технологической и культурной эволюции общества. Изогнутые конструкции были предпочтительнее для покрытия больших площадей общественных зданий. Несмотря на их чувствительность к землетрясениям, они хорошо работают с точки зрения структурной статики.
С геометрической точки зрения изогнутые конструкции представляют собой трехмерные тела. Они создаются на основе генетратрик, которые подвергаются геометрическим операциям выдавливания или вращения. Три класса структур, указанные ранее, можно объяснить следующим образом:
Более сложные формы могут быть созданы с помощью логических операций над набором взаимодействующих объемов. Простейшими примерами, возникающими в результате пересечения двух и более сводов и последовательного вычитания лишних объемов, являются:
Действия, выполняемые для создания этих тел, такие же, как и для их создания в САПР или, в некоторой степени, в программном обеспечении FEM для их анализа.
В отличие от конструкции столба и перемычки, мощность которой зависит от сопротивления отдельных элементов, изогнутые конструкции также могут зависеть от их формы. Однако конструкции одинарной кривизны (то есть простые своды) обладают меньшей вместимостью, чем конструкции двойной кривизны (например, купола, купольные и монастырские и седловые). Это связано с тем, что простой свод — с геометрической точки зрения — соответствует развертывающейся поверхности, имеющей нулевую гауссову кривизну, поэтому ее можно сгладить до плоской поверхности без искажений. Куполообразные и седловидные структуры имеют соответственно положительную и отрицательную гауссову кривизну и являются преимущественно структурами, устойчивыми к форме.
Все типологии арок, сводов и куполов основаны на операциях, изложенных в предыдущем разделе. Они всесторонне собраны и объяснены в каждой соответствующей статье Википедии. Изогнутые формы использовались в прошлом для покрытия больших помещений в зданиях, как это произошло, например, в Domus Aurea императора Нерона, базилике Максенция, Пантеоне, Риме или соборе Святой Софии. Однако их можно использовать и для инфраструктуры. Например, древнеримская цивилизация использовала изогнутые конструкции для мостов, акведуков, канализационных каналов и арочных плотин. Основными материалами таких построек были каменная кладка и римский бетон.
Во время промышленной революции в качестве материала чаще всего выбирались кованые изделия, чугун или, позднее, железобетон. Таким образом, начала меняться и форма инфраструктуры. Некоторыми примерами изогнутых структур были Пальмовый дом, Сады Кью Ричарда Тернера и Децимуса Бертона и Хрустальный дворец Джозефа Пакстона, а со стороны инфраструктуры — виадук Гарабит Гюстава Эйфеля. Позже, в 20м веке, Пьер Луиджи Нерви начал изучать возможности железобетона, построив свои знаменитые ребристые ангары.
Многие другие конструкции были построены с использованием изогнутой поверхности. Например, павильон Philips в Брюсселе Ле Корбюзье и L’Oceanogràfic в Валенсии Феликса Канделы и Альберто Доминго являются двумя примерами использования гиперболических параболоидных форм.
Из-за своей природы изогнутые конструкции не могут стоять отдельно до завершения, особенно своды и арки. Поэтому строительство несущей конструкции (называемой центрирующей) практически всегда необходимо. Это временные ложные конструкции, которые остаются на месте до тех пор, пока не будет установлен замковый камень и арка не стабилизируется.
Однако есть несколько случаев, когда благодаря целесообразному и тщательному планированию строительного процесса некоторые конструкции были возведены без какого-либо центрирования. Широко известен пример купольного свода Флорентийского собора, построенного Филиппо Брунеллески в XVth веке. Он решил эту задачу, построив массивную конструкцию, механически ведущую себя как сферический купол, но с большими ребрами и использовавшую связку каменной кладки «елочкой», чтобы опираться и закреплять каждый новый слой на предыдущем. Кажется, что каждый слой конструкции состоит из множества небольших арок. Хранилище также является двухслойным, с промежуточным полым пространством, в котором расположены лестницы, через которое может проходить воздух, чтобы избежать концентрации влаги. Чтобы противостоять параллельным растягивающим напряжениям, которые могут разъединить плавки свода, Брунеллески расположил цепочку песчаника вдоль некоторой параллельной плоскости.
Еще одним примером сооружения, построенного без опалубки, является пагода Глобальная Випассана, расположенная на севере Мумбаи, между ручьем Горай и Аравийским морем. Это зал для медитации, покрытый самым большим каменным куполом в мире, внутренний диаметр которого на уровне земли составляет около 85 метров. Отсутствие центрирования стало возможным благодаря двойной кривизне купола и особой форме, приданной резным блокам песчаника, составляющим обшивку.
Граничные условия, которые вызывают напряжения изгиба и сдвига в конструкции стойки и перемычки, в изогнутой конструкции вызывают только осевое напряжение в элементах конструкции. Действительно, по мнению профессора де Жака Хеймана, в случае каменных изогнутых конструкций (особенно он имел в виду готическую архитектуру) можно предположить неограниченное сопротивление сжатию, нулевое сопротивление растяжению и сдвигу, а также гипотезу малых смещений. что конструкция безопасна и стабильна до тех пор, пока многоугольник фуникулера не останется в пределах средней трети поперечного сечения. Этот метод широко использовался в прошлом из-за его простоты и эффективности. Однако некоторые ученые все еще изучают его и адаптируют к трехмерному случаю двойной кривизны.
Традиционные криволинейные конструкции из каменной кладки часто являются результатом сборки многих единиц, Voussoirs. Сопротивление арки, таким образом, без учета возможности разрушения материала, зависит от равновесия voussoirs. Учитывая форму сводов и куполов, двойная кривизна играет положительную роль с точки зрения устойчивости, а также расположения отдельных единиц (взаимозамкнутость).
Изучая задачу о полусферической мембране в гравитационном поле, можно показать, что в верхней части мембрана испытывает сжимающие напряжения, а в нижней части — кольцевые растягивающие напряжения (под углом 52° от вертикальной оси симметрии). . Это приводит к образованию меридианных трещин, которые стремятся разделить купол на куски.
Дневное освещение обычно обеспечивается за счет отверстий в концах сводчатых пролетов, как это происходит в Глостерском соборе, Шартрском соборе или Сент-Шапель (Париж), и особенно в люнетах (где своды заканчиваются у стены), как в церкви Санта-Клауса. Мария дель Суффраджио в Аквиле (Италия) и в церкви Сан-Паоло в Альбано-Лациале (Италия).
Еще одно конструктивно подходящее место для проема — верхняя часть куполов, где во многих случаях можно найти окулус. Иногда он голый, как в римском Пантеоне, но часто покрыт другим архитектурным элементом, называемым Фонарем, как это происходит, например, во Флорентийском соборе.
Некоторые структуры двойной кривизны известны своим эхом или явлениями реверберации, которые они создают. Это связано с размером помещения и материалами, использованными для конструкции или отделки (обычно твердыми и с небольшими порами). Форма во многом предотвращает или усиливает эффект. Крестовые или монастырские своды не создают эха. Заостренные купола легко создают скорее реверберацию, чем эхо. В то же время сферические поверхности обладают высокой отражающей способностью из-за своей вогнутости. Действительно, полусферы, параболоиды и подобные поверхности эффективно отражают и перенаправляют звук, иногда образуя шепчущую галерею. Примеры шепчущих галерей можно найти в известных архитектурных объектах, таких как собор Святого Павла в Лондоне, где это явление изучал лорд Роли, или в архбазилике Святого Иоанна Латеранского в Риме, а также в пещерах, таких как Ухо Дионисия в Сиракузах. Сицилия, которую лечил Уоллес Клемент Сабин.
Существующее разнообразие куполов обусловлено присвоением символических значений, связанных с историей и культурой, от погребальной до небной и религиозной архитектуры, а также ответом на практические проблемы. Действительно, недавнее исследование показало, как на барочной лестнице Королевского дворца в Казерте (Италия), спроектированной Луиджи Ванвителли, двойной купол мог заставить слушателей почувствовать, будто они окутаны музыкой. Таким образом, усиливая чудо, которое обычно исследовали архитекторы эпохи барокко.
Современным примером архитектуры, способной реагировать на звук и участвовать в нем, стал павильон Philips, спроектированный Ле Корбюзье и Яннисом Ксенакисом для выставки Expo 58 в Брюсселе.
