Формообразование строительных конструкций

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  
И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

Библиотека научных разработок 
и проектов МГСУ 

В. М. Ф р и д к и н 

ФОРМООБРАЗОВАНИЕ 
СТРОИТЕЛЬНЫХ 
КОНСТРУКЦИЙ 

  Москва 

  2 0 1 7

2-е издание (электронное)

УДК 624.07 
ББК  38.5 
   Ф 88 

СЕРИЯ ОСНОВАНА В 2008 ГОДУ 

Р е ц е н з е н т ы: 
член-корреспондент РАН, доктор технических наук, 
профессор В. В. Филиппов, заместитель директора по науке 
Института океанологии им. П. П. Ширшова; 
доктор технических наук, профессор А. В. Носарев 

Монография рекомендована к публикации 
научно-техническим советом МГСУ 

Ф 88    Формообразование строительных конструкций [Электронный 

ресурс] : монография / В. М. Фридкин ; М-во образования и на- 
уки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е изд. (эл.). — 
Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 172 с.). — М. : Издатель- 
ство МИСИ—МГСУ, 2017. — (Библиотека научных разработок 
и проектов МГСУ). — Систем. требования: Adobe Reader XI 
либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10".

Рассмотрены этапы формообразования строительных конструкций как циклического процесса генерации конструктивных идей, проектирования, возведения, эксплуатации каждого 
возведенного сооружения и ее прекращения. Введена необходимая терминология и обоснована новая система из 12 принципов формообразования строительных конструкций — базовых 
критериев принятия технических решений при проектировании 
сооружений и по их оценке научно-технической экспертизой. 
Рассчитана на широкий круг специалистов в области строительства, в том числе на аспирантов и преподавателей вузов. 

УДК 624.07 
ББК 38.5 

ISBN 978-5-7264-1696-0

Фридкин, Владимир Мордухович. 

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Формообразование строительных конструкций : монография / 
В. М. Фридкин ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. 
гос. строит. ун-т. — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2011. — 
171 с. — ISBN 978-5-7264-0518-6.

ISBN 978-5-7264-1696-0

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

©  Национальный исследовательский

Московский государственный 
строительный университет, 2011

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Книга обобщает исследования автора в области теории формообразования строительных конструкций, включая работы этого 
направления, выполненные до и после выпуска монографии «Принципы формообразования в теории линейно-протяжѐнных сооружений» (М. : Ладья, 2006). 
Данные в монографии ссылки на опубликованные работы автора 
и другие издания содержат, в частности, графическую информацию, 
полезную для восприятия материала, но в самой книге представлен 
лишь один рисунок, на котором отражен полный цикл формообразования строительных конструкций. Каждый читатель получает возможность дополнить содержание примерами собственного творчества или известными ему результатами, полученными другими авторами. В книге имеется много ссылок на работы отечественных и 
зарубежных учѐных и инженеров различных поколений. Обращение 
к этим, как правило, фундаментальным исследованиям в области 
механики, вычислительной математики и теории сооружений, весьма 
полезно для формирования современной методологии создания новых конструктивных решений инженерных сооружений XXI в. и 
развития искусственного интеллекта в этой области знаний. 
Раздел 3 «Методологические основы современной системы принципов формообразования строительных конструкций» написан в соавторстве с чл.-кор. РААСН, д-ром техн. наук, проф. А.Б. Павловым, 
творчество которого, как и деятельность автора, долгие годы проходило в коллективе ЦНИИПроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова — идеолога нашедшей отражение, в частности, и в данной 
работе (разд. 3, подразд. 3.1) теории формообразования строительных металлических конструкций. 
Полагаем, что содержание книги будет востребовано учѐными, 
инженерами, преподавателями вузов, аспирантами и студентами, специализирующимися в области создания строительных конструкций.  

В.М. Фридкин 

ВВЕДЕНИЕ 

этой книге с позиций строительной науки рассмотрена 
проблема, всегда актуальная для человечества: куда и 
как следует направлять развитие техники для обеспечения безопасности и дальнейшего прогресса цивилизации. Исторический опыт свидетельствует, что каждый существенный 
шаг в создании и становлении новых промышленных и транспортных технологий сопровождается скачками в параметрах и 
структуре инженерных сооружений, обеспечивающих наиболее 
эффективную реализацию современных и перспективных технологических процессов.  
Вместе с тем, замена известных технологий новыми — циклический процесс, неизбежно растянутый во времени, поскольку 
любое действительно полезное новшество должно окупить затраты на своѐ создание и принести существенный социальноэкономический эффект от внедрения в практику. Такой результат 
создаѐт ресурсы для перехода к удовлетворению продолжающих 
возникать запросов развивающейся цивилизации. И тогда для 
новых этапов технического прогресса обязательно возникнут 
идеи и инновационные предложения по созданию ещѐ более совершенных инженерных сооружений. 
Не исключено также появление или вскрытие новых природных и техногенных угроз и опасностей, требующих ещѐ большей 
изощрѐнности в генерации инженерных идей в области создания 
строительных конструкций. 
Инженерное сооружение — сложная техническая система взаимодействующих строительных конструкций, технологического 
оборудования и объектов внешней среды. Создание инженерных 
сооружений как творческий и многосторонний процесс, который 
удовлетворяет важнейшие потребности жизнедеятельности людей и нарастающие по сложности и ответственности заказы практически всех отраслей техники, имеет свой прикладной научнометодический базис, на первый взгляд, весьма далѐкий от философии естествознания. 

В 

Но, вместе с тем, проектирование, возведение и эксплуатация 
многочисленных сооружений как одни из важных проявлений 
разума, согласно теории В.И. Вернадского — высшей формы развития и поведения земной биосферы [38], участвуют в решении 
фундаментальной задачи цивилизации: обеспечивать безопасное 
длительное состояние и развитие ноосферы — планетарной среды обитания и активной деятельности человеческого общества 
[79; 142]. Биосфера и ноосфера В.И. Вернадского, с его точки 
зрения, — неизбежные явления планетарного масштаба, закономерные результаты геологической эволюции Земли в течение 
миллиардов и особенно последних миллионов лет. Как отмечено 
в монографии [189], в ноосфере «…впервые человек становится 
крупнейшей геологической силой», и он коренным образом 
«…может и должен перестраивать своим трудом и мыслью 
область своей жизни». 
Создание инженерных сооружений на основе инновационных 
технических решений может во многом способствовать достижению необходимых порогов экологической безопасности при 
дальнейшем развитии инфраструктуры транспорта, энергетики, 
прежде всего — атомной, химической промышленности, космонавтики, предприятий по добыче и обогащению полезных ископаемых, подводных сооружений для комплексного освоения морского шельфа и дна мирового океана на глубинах до 1000 м, а 
возможно, и бóльших. 
В XXI в. особое внимание обращается на создание эффективных инженерных сооружений для комплексного использования 
возобновляемых источников энергии солнца, атмосферы, воды, 
биомассы. 
Техническому регулированию процессов создания инженерных сооружений в условиях современной России необходимо 
придать следующие методологические особенности: 

 
Новые инженерные сооружения должны обеспечивать создание предприятий, комплексно решающих в интересах сохранения и развития земной ноосферы проблемы экологии, наряду с 
проблемами развития различных отраслей промышленности, 
особенно энергетики, при необходимости объединяя в сложную 
систему несколько отраслей техники.  

Техническая и экологическая безопасность всех возводимых и в последующий длительный период эксплуатируемых объектов, не только официально считающихся «опасными производствами», но и являющихся таковыми, должна включать учет широкого спектра длительных воздействий на биосферу и ноосферу 
как на локальном (территориальном) уровне, так и на региональных и глобальном уровнях. 

 
Проектные решения сооружений должны носить инновационный характер как по конструкциям (конструктивным формам), так и по технологическим процессам строительства, чем, в 
первую очередь и в наибольшей мере, обеспечивать без ущерба 
для качества создаваемых сооружений высокие показатели производительности труда строителей при их минимальном, по возможности, числе на каждом объекте. 

 
Проектные решения новых инженерных сооружений в 
полной мере должны опираться на достижения теории сооружений в области разработки современных логико-информационных, 
математических и вычислительных моделей сложных технических систем, включающих строительные конструкции, эксплуатирующие их объекты техники и окружающую среду — природную и техногенную. 

 
Для наиболее рационального применения, особенно в 
сложных условиях возведения и эксплуатации сооружений, конструктивные формы инженерных сооружений целесообразно создавать и развивать, частично или полностью используя (модифицируя) технические решения несущих и вспомогательных элементов, относящиеся к строительным объектам различных классов, 
заимствуя при необходимости эффективные конструкционные материалы, соответствующие способы изготовления, технологии 
монтажа, системы контроля качества и организацию длительной 
эксплуатации конструкций этих классов. Аналогично, в интересах 
развития строительных конструкций, целесообразно применять в 
них отдельные конструктивные решения, конструкционные материалы и технологии из других областей техники. 

Необходимо организовать строительство объектов «под 
ключ» в кратчайшие исторические сроки, возможно, разделив 
этот процесс на очереди. Но во всех случаях недопустимы режимы экологически вредной «временной» или так называемой 
«опытной» эксплуатации возводимых объектов, растягивающейся во времени, в силу недостаточного научного обоснования и 
проработки проектных решений, иногда на годы и даже на десятки лет, и привлекающей дополнительные и всегда дефицитные 
материальные, трудовые и, следовательно, финансовые ресурсы. 
Вместе с тем, первая очередь строительства (или еѐ этап) могут 
иметь статус «экспериментального». 

 
Экономичность возведения новых и реконструкции существующих сооружений, осуществляемых в общегосударственных 
или частных интересах в рамках создания и развития любых 
предприятий, должна оцениваться, в первую очередь, с позиций 
«экологической» экономики. Это означает, что исчерпывающим 
образом должны учитываться: 
– затраты на уровне капитальных вложений непосредственно в 
новые или реконструируемые объекты; 
– определѐнная часть затрат на развитие инфраструктуры технических или природно-технических систем более высоких 
иерархических уровней, в которые в той или иной степени включаются возводимые или реконструируемые инженерные сооружения; 
– затраты на полную расчистку площадок, занимаемых выводимыми из эксплуатации предприятиями, с утилизацией или безопасным захоронением всех разобранных конструкций, выведенного из работы оборудования и отходов деятельности ликвидируемых производств; 
– затраты на обеспечение экологической безопасности вновь 
созданных производств, обязательно включающие расходы на 
создание и надѐжное функционирование систем их мониторинга. 
В первом десятилетии XXI в. компьютерное моделирование 
внешнего облика и структуры проектируемых сооружений достигло уровня, позволяющего архитекторам, используя современные конструкционные материалы и строительные технологии, буквально «раскрепоститься» в возможности предлагать и 

превращать в реалии самые смелые поиски выражения своих 
идей и концепций. 
Но переход от возможности осуществления замыслов архитектора, от его «творческого раскрепощения» к практическому 
созданию зданий так называемых «произвольных форм» (FFD), 
согласно сокращѐнному обозначению, используемому в одной из 
недавних работ по научному анализу этого направления — докладу [200], неизбежно приводит к общественной потребности 
квалифицированно и объективно разбираться во всех аспектах 
технической, экологической и, в итоге, экономической безопасности каждого такого шедевра строительного искусства. 
Сложность устройства конструкций определяется совокупностью требований — технологическим и социальным заказами на 
комплекс потребительских свойств, отвечающих историческому 
уровню развития страны и цивилизации в целом. Поэтому сейчас 
столь необходима современная, не отстающая от темпов научнотехнического прогресса методологическая основа для разработки 
конструктивных форм и для выполнения многосторонней оценки 
уровня осуществления заказов на строительную продукцию [171].  
Таким методологическим базисом может стать более совершенная система принципов формообразования строительных 
конструкций [109; 158; 161]. Принципы формообразования — 
это наборы критериев выбора из некоторой совокупности конструктивных идей наиболее совершенных и эффективных решений. В этом выборе должны участвовать и конкурировать как известные технические решения и технологии, так и новые разработки. Здания «произвольной формы» с этих позиций — не более 
чем одно из новых и своеобразных направлений формирования и 
исполнения заказов на создание сложнейших по структуре и всегда исключительно выразительных для массового восприятия 
объектов строительства.  
В разные времена, при различных объемах накопленных знаний принципы формообразования излагают и используют в практической деятельности по-своему, иногда при отсутствии или 
недостатке квалифицированных кадров проектировщиков или 
опыта строительства. Но почти всегда решения принимаются в 
условиях наличия существенных ограничений возможностей общества и экономики. Более того, следование в строительстве, как 

и в других видах деятельности, некоторым принципам весьма 
субъективно и нередко носит интуитивный характер. Тем не менее, лучшие сооружения прошлого оказывались удивительно 
точными по соотношениям и абсолютным значениям генеральных размеров и весьма качественно собранными из строго подогнанных деталей, что определялось талантом, трудолюбием, 
принципиальностью, настойчивостью и упорством авторов выдающихся проектов и их исполнителей. 
В предлагаемой монографии рассмотрен только методологический аспект строительного конструирования, поскольку примеры реализации разработанной системы принципов формообразования в практике проектирования, строительства и строительной экспертизы частично опубликованы в различных изданиях в 
2003—2010 гг. [65—67; 76; 77; 110; 154—157; 160—169; 172]. 
Ряд инновационных разработок 2007—2010 гг., в том числе результаты поисковых НИР, ещѐ находятся на этапах подготовки и 
представления заявок на изобретения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ТЕРМИНОЛОГИЯ 
 
1.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ 
 
пределение понятий и терминов, используемых ниже 
во всех разделах работы и в приложениях, с позиций 
механики деформируемого твердого тела необходимо 
для четкости изложения вопросов теории сооружений, особенностей их возведения, опыта эксплуатации, процессов ремонта и 
реконструкции. Приводимые ниже определения справедливы для 
всех классов строительных конструкций, но для наиболее сложных и весьма разнообразных объектов строительства предлагаемая совокупность понятий может оказаться востребованной в 
наибольшей степени. 
Основные определения выстроены по логической схеме «от 
простого — к сложному». Такой подход — важная черта научной 
методологии в любой отрасли знаний — применяется еще от эпохи 
Р. Декарта (1596—1650 гг.) более трех с половиной веков [50; 
51]. Представлены также определения, уточняющие употребляемые в нормативных документах и в технической литературе понятия из ряда областей строительства и, в частности, мостостроения. Определение используемых понятий сопровождается их 
классификацией по назначению или по структуре. В основном, 
это касается понятий «конструкция», «сооружение». Определения относятся как к объектам, так и к процессам, отражающим 
некоторую последовательность состояний этих объектов — строительных конструкций и сооружений. Однако разработка какойлибо новой общей системы классификации сооружений как объектов техники не ставилась. Можно признать вполне достаточным для практики такой отработанный в течение десятилетий и 
широко распространенный в инженерной деятельности классификатор, как, например, система Международной классификации 
изобретений (МКИ) с ее иерархической структурой дифференциации понятий: «раздел» → «класс» → «подкласс» → «группа» → 
«подгруппа». 
Предлагаемая терминология [153; 161] систематизирует, уточняет и развивает сложившуюся к настоящему времени совокупность общепринятых определений, а также официальные термины, 

О