Постаменты и основания скульптур: проектирование фундаментов
Поищите советы по поводу пьедесталов для скульптур, и вы найдете много информации о пропорциях, материале и вкусе — и почти ничего с цифрами. Лучшие руководства по этому предмету содержат три тысячи слов, не указывая ни единой глубины опоры, толщины опорной плиты или проверки на опрокидывание, а затем передают всю проблему «инженеру-строителю». Это нормально, если он у вас есть. Это нехорошо, когда вы сравниваете предложения трех поставщиков, и только один из них вообще указал цену фундамента. В этом руководстве приведены цифры, проверки и рисунки, чтобы вы могли отличить спроектированную базу от угаданной.
1 Почему база — это та часть, которая выходит из строя
Скульптуры очень редко ломаются. Базы перемещаются. В отчетах о состоянии за десять лет повторяющиеся записи не представляют собой потрескавшуюся бронзу или расслоившееся стекловолокно — это постамент, который наклонился, потому что вода попала под него и замерзла, опорная плита, покрывающая каменную поверхность пятнами ржавчины, якорь, который был прикреплен смолой к плите, слишком тонкой, чтобы ее удерживать, и деталь, которая заметно покачивается, когда ребенок опирается на нее.
Для этого есть коммерческая причина. Скульптура — это захватывающая часть бюджета, которую все оценивают. База составляется с опозданием, оценивается как предварительная сумма и часто оказывается единственным пунктом в графике, который никто на самом деле не проектировал.
Самый полезный вопрос при сравнении цитат: «Что находится под иллюстрацией?» Цитата, в которой говорится «Поставка скульптуры с опорной плитой» и тот, который говорит «Поставка скульптуры, цоколя, конструкции фундамента, анкеров и затирки с инженерной проверкой» могут выглядеть с разницей в десять процентов, а в действительности отличаться друг от друга на сорок процентов.
2 Три семьи базы
Почти каждая база принадлежит одному из трех семейств, и спроектированы они совершенно по-разному. Их путаница является источником большинства проблем.
Проекты удивляются скачку стоимости и времени выполнения работ между B и C. Плинтус на болтах входит в комплект поставки. Проектируемый фундамент представляет собой пакет земляных работ: земляные работы, армирование, заливка бетона, период выдержки и обследование, и все это относится к программе главного подрядчика, а не к программе художника.
3 Пропорции и масштаб: часть, которая является суждением
Прежде чем приступить к проектированию, основание должно выглядеть правильно. Это скорее рабочие правила, чем законы, но именно их придерживаются опытные установщики.
| Решение | Рабочее правило | Почему |
|---|---|---|
| Высота цоколя (внутри) | Поднимите визуальный центр работы примерно на 1,4–1,6 м над полом. | Стоя на уровне глаз; по той же причине, по которой подвесные центры галерей располагаются на высоте около 1,5 м. |
| Высота цоколя (снаружи) | Часто 0 — работайте на уклоне или низкой площадке. | На открытом воздухе фоном является небо; высокий постамент читается как памятник, что, возможно, не является целью |
| Скульптура против потолка | Общая высота около 35–50% высоты потолка в холле. | Ниже этого оно исчезает; над ним теснится пространство |
| След цоколя | Минимум площадь произведения искусства плюс видимый край; для высоких работ, еще шире | Основание уже работы выглядит неустойчиво, даже когда это не так. |
| Плинтус против художественной массы | Плинтус должен восприниматься тише, чем работа. | Если база — это первое, на что вы обращаете внимание, это неправильная база. |
| Расположение двора | Самый длинный размер примерно 0,15–0,25 × самый короткий пролет пространства. | Сохраняет текст разборчивым, не доминируя над определенной комнатой на открытом воздухе. |
Трехметровый тест. Поднимите деталь на предложенной высоте (коробки и скотч подойдут), затем отойдите на три метра назад и посмотрите. Почти каждый спор о высоте постамента таким образом разрешается за десять секунд, и это ничего не стоит по сравнению с восстановлением фундамента.
4 Чек на опрокидывание — с реальными цифрами
Это расчет, который отличает рассчитанную базу от предполагаемой, и его достаточно просто проверить самостоятельно. Отдельно стоящая скульптура на ветру ведет себя как твердый знак: ветер толкает проецируемую область, результирующая сила действует через центр тяжести, и скульптура пытается вращаться вокруг своего нижнего края с подветренной стороны. Гравитация сопротивляется. В США вариант нагрузки указан в ASCE 7, раздел 29.3, сплошные отдельно стоящие стены и сплошные знаки.; в других регионах есть прямые эквиваленты.
Проработано с реальными фигурами для изделия среднего размера на бетонном постаменте:
| Проекционная площадь, обращенная к ветру | А = 3,0 м² |
| Скоростное давление (умеренный участок, низкий уровень) | q = 0,80 кПа |
| Коэффициент порыва × коэффициент силы | G × Cᶠ = 0,85 × 1,5 |
| Сила ветра | F = 0,80 × 0,85 × 1,5 × 3,0 = 3,06 кН |
| Высота центроида над опрокидывающейся кромкой | h = 1,85 м |
| Опрокидывающий момент | Мₒ = 3,06 × 1,85 = 5,66 кН·м |
| Вес скульптуры | 400 кг → 3,92 кН |
| Цоколь: бетон 0,9 × 0,9 × 0,6 м при 24 кН/м³. | 0,486 м³ → 11,7 кН |
| Рычаг до опрокидывающейся кромки (половина ширины) | d = 0,45 м |
| Восстанавливающий момент | Mᵣ = 15,6 × 0,45 = 7,02 кН·м |
| Фактор безопасности | 7.02 / 5.66 = 1.24 — ниже целевого показателя 1,5 |
Исправление - ширина, а не глубина. Расширение того же цоколя глубиной 0,6 м с квадрата 0,9 м до 1,1 м повышает восстанавливающий момент примерно до 11,7 кН·м, а коэффициент запаса прочности примерно до 2.0. Восстановление масштабов моментов с помощью добавленной массы и более длинное плечо рычага, поэтому небольшое увеличение занимаемой площади гораздо более эффективно, чем заливка того же основания глубже.
Воспринимайте это как метод, а не как замысел. В реальном проектировании используются данные о ветре для конкретной площадки, собственные комбинации нагрузок и правильная проверка подшипников — и современные нормы обеспечивают стабильность за счет этих комбинаций, а не за счет жесткого коэффициента безопасности, поскольку это обсуждение положений о стабильности объясняет. Показатель уровня обслуживания 1,5 остается полезным показателем здравомыслия, когда вы смотрите на предложение поставщика и хотите знать, думал ли кто-нибудь об этом вообще.
5 Типы опор и размеры
| Фундамент | Типичное использование | Примечания |
|---|---|---|
| Поверхностная подушка | Легкие внутренние или защищенные элементы, прикрепленные болтами к существующей плите | Только так хорошо, как плита. Прежде чем приступить к установке анкеров, подтвердите толщину плиты и наличие у нее армирования. |
| Распространение подошвы | По умолчанию для отдельно стоящих наружных работ | Широкий и относительно неглубокий. Размер определяется путем опрокидывания, а затем давления подшипника. |
| Пирс / кессон | Высокие, стройные кусочки; бедная поверхностная почва | Узкий и глубокий; сопротивляется опрокидыванию за счет заглубления, а не за счет опоры |
| Крышка сваи | Очень большие работы, подготовлен грунт, высокий уровень грунтовых вод. | Редко для скульптуры, но стандартно там, где объект уже нуждается в закладке свай. |
| Литой каркас | Там, где структура произведения искусства продолжается в бетоне | Самый прочный и аккуратный, но расположение анкеров фиксируется в день заливки. |
Три правила определения размера, которые действуют почти во всех случаях:
- Ширина превосходит глубину при опрокидывании. Как показывает проработанный пример, площадь основания вдвое увеличивает восстанавливающий момент — большую массу и более длинное плечо рычага.
- Глубину задает земля, а не скульптура. В холодном климате нижняя часть фундамента должна находиться ниже линии местного промерзания, иначе каждую зиму земля будет неравномерно поднимать ее. Ваш местный строительный контроль публикует эту цифру; это не то, что можно оценивать.
- Давление подшипника обычно не является проблемой. Для большинства скульптур опора уже велика по причине опрокидывания, поэтому давление почвы получается достаточно низким. Это становится серьезной проблемой на искусственном грунте и мягких глинах.
В мастерской: изготовление и пробная сборка, включая опорные плиты и крепления, которые в конечном итоге закапываются в землю.
6 Опорные плиты, анкерные болты и раствор
Интерфейс между произведением искусства и бетоном представляет собой небольшую сборку, которая вызывает непропорционально большую долю проблем, главным образом потому, что она указана на чертеже одной линией.
| Компонент | Что указать | Распространенная ошибка |
|---|---|---|
| Опорная пластина | Материал, толщина и видна ли она или скрыта. | Слишком тонкий — он проходит между болтами и деталь раскачивается. |
| Тип анкера | Предпочтительно литье; после установки механических или химических средств, если это неизбежно | Химические анкеры установлены в плите, слишком тонкой для требуемого крепления. |
| Материал болта | Нержавеющая сталь (316 для прибрежных районов) или горячеоцинкованная АСТМ А123 | Обычные стальные болты ржавеют и окрашивают поверхность цоколя в течение сезона. |
| Изоляция | Изолируйте разнородные металлы — нейлоновые или неопреновые шайбы, изолирующие втулки. | Алюминиевые рисунки на болтах из нержавеющей стали, подвергающиеся гальванической коррозии в местах крепления. |
| Выравнивание и затирка | Выравнивающие гайки или прокладки, затем безусадочный раствор, в полной упаковке | Пустоты под пластиной: вода собирается, замерзает и поднимает пластину. |
| Доступ | Смогут ли когда-нибудь снова добраться до креплений | Болты надежно запечатаны под каменной облицовкой, поэтому ничего нельзя повторно затянуть. |
Попросите детали крепления в виде рисунка, а не предложения. Один лист формата А4 с указанием размера пластины, расположения болтов, заделки, изоляции и затирки расскажет вам больше о производителе, чем любое портфолио. Если они не могут его произвести, значит, они не построили многих из них на открытом воздухе.
7 Мороз, дренаж и детали, которые на самом деле не работают
Отчеты о состоянии удивительно повторяются. Одна и та же деталь объясняет большую часть того, что идет не так:
Вода сидит на цоколе
Абсолютно плоская вершина удерживает воду у основания работы. Отклоните верхнюю поверхность на 1–2° от скульптуры или профилируйте ее так, чтобы вода стекала, а не скапливалась на стыке.
Вода попадает под низ
Любая пустота под опорной плитой становится резервуаром. Полностью заполненный безусадочный раствор или намеренно дренированный зазор, а не частично заполненная полость.
Морозное пучение
Фундамент над линией промерзания будет подниматься неравномерно каждую зиму. Это единственная наиболее распространенная причина наклона цоколя на открытом воздухе в холодном климате.
Окрашивание от креплений
Простые или некачественные крепления растекают ржавчину по бледной поверхности цоколя, и их чрезвычайно трудно удалить с пористого камня. Укажите нержавеющую сталь или горячеоцинкованную сталь.
Орошение и соль
Разбрызгиватели, ударяющиеся о бронзовое основание, или антиобледенительная соль, разбрызгивающая постамент, нанесут больший ущерб, чем погода. Посмотрите, что происходит с ландшафтом и планами грунтовки в этом месте.
Косилки и машины
Плинтус заподлицо с дерном будет поражен косилками. Полоса для стрижки или твердый край вокруг основания — это тривиальные затраты, которые предотвратят появление сколов на краях на долгие годы.
8 Альпинизм, вандализм и общественная безопасность
В общественных местах основание также является предметом уличной мебели, независимо от того, планировали вы это или нет.
- Предположим, люди будут на нем сидеть. Все, что имеет высоту 400–550 мм, — это скамейка. Либо спроектируйте для этого — прочные края, отделка, выдерживающая контакт, — либо избегайте этой полосы высоты.
- Предположим, дети полезут на него. Ступенчатый плинтус представляет собой лестницу. Если лазание нежелательно, избегайте промежуточных точек опоры; если это неизбежно, убедитесь, что деталь устойчива под действием смещенной от центра динамической нагрузки, а не только под действием ветра.
- Спроектируйте выступы для скейтборда. Будет использоваться длинный, гладкий, вощеный край на высоте колпачка. Прерывистые профили и более мягкие радиусы снимают приглашение, не выглядя оборонительно.
- Держите крепления в защищенном от несанкционированного доступа месте. Защитные застежки дешевы; замена украденной бронзы - нет.
- Оставьте свободное пространство для обслуживания и доступа. Свободное пространство рабочей фигуры составляет примерно 900–1200 мм со стороны подхода и не менее 600 мм в других местах — этого достаточно для очистки, проверки и перемещения оборудования по детали.
9 Плинтус как часть произведения искусства
Как только проектирование завершено, база становится самостоятельным объектом проектирования. Обычная палитра:
| Материал | Читается как | Следите за |
|---|---|---|
| Натуральный камень (гранит, базальт) | Постоянный, гражданский, тихий | Доступ к весу и подъему; Пятна на бледном камне трудно обратить вспять |
| Литой или полированный бетон | Современный, монолитный | Цвет и отделка различаются в зависимости от заливки — утвердите образец |
| Сталь (окрашенная, кортеновская, нержавеющая) | Острый, архитектурный, минималистичный | Полые стальные цоколи нуждаются в дренаже и внутренней защите от коррозии. |
| Облицованная древесина | Теплая, интерьерная, временная или выставочная | Не внешний материал без серьёзной детализации |
| Соответствие произведению искусства | Плинтус исчезает в изделии | Работает только в том случае, если отделка действительно соответствует — промах хуже, чем контраст. |
| Нет плинтуса | Работа непосредственно касается земли | Фундамент все еще существует; он просто скрыт и его еще нужно спроектировать |
Часто задаваемые вопросы
Насколько большим должен быть фундамент для уличной скульптуры?
Он устанавливается посредством опрокидывающей проверки, а не эмпирического правила. Ветер давит на проецируемую часть изделия; момент сопротивления возникает от совокупного веса скульптуры и постамента, действующего на половину ширины основания. Стремитесь к коэффициенту запаса прочности не менее 1,5 при рабочей нагрузке. В качестве грубого примера: для куска весом 400 кг с проекционной площадью 3 м² на постаменте глубиной 0,6 м требуется площадь примерно 1,1 м² в умеренном ветряном климате, но глубина ниже линии замерзания и данные о местном ветре могут существенно изменить ситуацию.
Лучше сделать фундамент глубже или шире?
Более широкий, для опрокидывания. Восстановление масштаба момента как за счет добавленной массы, так и за счет более длинного рычага до опрокидывающейся кромки, поэтому расширение опоры помогает примерно в два раза, в то время как заливка той же опоры глубже только увеличивает массу. Глубина определяется совсем другим: она должна достигать уровня ниже местной линии промерзания и доходить до плодородной несущей почвы.
Можем ли мы просто прикрепить скульптуру к существующей бетонной плите?
Иногда, но сначала проверьте плиту. Анкеры, установленные после установки, требуют минимального заглубления и минимального краевого расстояния, а типичная опорная плита толщиной 100–150 мм может не обеспечить ни того, ни другого для большой детали. Спросите толщину плиты, армирована ли она и что находится под ней. Если эти ответы недоступны, примите новую основу, пока не доказано обратное.
Какой высоты должен быть постамент в помещении?
Работайте назад, от уровня глаз, а не от пьедестала. Постарайтесь поднять визуальный центр произведения на высоту примерно 1,4–1,6 м над полом для стоящего зрителя. В высоком холле сравните всю композицию с комнатой: скульптура плюс постамент на высоте около 35–50% высоты потолка обычно хорошо смотрятся. Затем смоделируйте его и посмотрите с трех метров, прежде чем совершить.
Что заставляет плинтус со временем наклоняться или трескаться?
Почти всегда поливайте и морозите, а не загружайте. Повторяющимися причинами являются основание, которое не достигает линии промерзания, пустоты под опорной плитой, которые заполняются водой, а затем замерзают, а также плоская верхняя часть цоколя, которая удерживает стоячую воду на стыке. Все три представляют собой детализированные проблемы, избежать которых на этапе проектирования стоит очень мало, а исправить впоследствии — очень сложно.
Кто несет ответственность за фонд — мы, художник или подрядчик?
Оно варьируется, и именно поэтому это следует записать. Обычное и работоспособное разделение таково: производитель поставляет изделие, его опорную плиту, заявленные нагрузки и крепежные детали; инженер-строитель проектирует фундамент с учетом этих нагрузок и условий площадки; генеральный подрядчик строит его и устанавливает анкеры. Споры почти всегда возникают в промежутках между этими тремя, поэтому назовите каждый интерфейс в контракте до начала работы.
Сообщите номер работы, предполагаемые условия размещения и требования к согласованию для обсуждения объёма проекта. Материалы, документацию и ответственность за монтаж необходимо подтвердить для вашего проекта с назначенными специалистами.
Связанное чтение: подвесная скульптура инженерия по той же проблеме вверх ногами, проектирование уличной скульптуры для ветра и погоды на самом произведении, и заканчивает за то, что выживает на уровне земли.