Разнообразие форм общественных и трудовых процессов, рост массовости их участников, особенно характерные для социалистического общества, увеличивают необходимость строительства крупногабаритных общественных и промышленных зданий. Для перекрытия этих крупных свободных пространств созданы, как известно, большепролетные конструктивные формы — оболочки, вантовые и стержневые системы, перекрестные плоскостные (линейные) и изогнутые конструкции, пневматические конструкции. Величина пролета — показатель развития техники конструирования. Пролеты в 100—300 м стали возможны лишь в современной архитектуре.
Как правило, большепролетные конструкции определяют основную композиционную тему сооружения в связи с характерностью формы и ее цельностью, не знающей часто резких границ между стеновыми и покрывающими ограждениями. В большепролетных конструкциях особенно наглядно проявляется действие принципа, названного П. Л. Нерви «сопротивляемостью конструкции по форме».
Компоновка большепролетных зданий ставит перед архитектором ряд проблем. Формообразование большепролетных сооружений со сложным геометрическим очертанием покрытий отличается определенной спецификой по сравнению с простыми геометрическими формами (кубом, пирамидой, призмой и т. д.). При этом не только усложняется оценка этих форм, но становятся необходимыми создание новых методов оценки, корректировка средств композиции, таких, например, как пропорционирование, тектоника и др. Появляются сооружения, конструктивные формы которых опровергают традиционный принцип тектоники (основанный на логике действия гравитации)—постепенное облегчение масс кверху. Объемы зданий, размещенных на легких одиночных опорах, расширяются по направлению вверх.
|
|
Специфичны симметричные построения сложных пространственных форм, представляющих собой не только зеркальные, но и другие виды геометрически уравновешенных систем (поворотная, линейно-повторяющаяся, мозаичная, комбинированная симметрия), а также заполнения поверхностей и объемов в замкнутых и дискретных «упаковках».
Особую остроту в композиции большепролетных сооружений приобретает проблема масштабности во всех ее проявлениях (человек и большепролетное сооружение; соотношение элементов сооружения и целого; большепролетные сооружения в ансамбле). Нередко гигантские размеры большепролетных сооружений заставляют обратить особое внимание на учет физиологии и психологии их зрительного восприятия.
Органично для этих сооружений, отличающихся непрерывностью построения формы, понятие компактности формы, Вполне вероятно возникновение новых закономерностей и приемов композиции этих сооружений.
Принципы классификации форм пространственных покрытий. Для развития и совершенствования разнообразнейших конструктивных форм пространственных покрытий и их композиционного освоения в архитектуре необходима прежде всего их классификация. Существуют различные подходы к этому вопросу.
В одних случаях конструктивные решения рассматриваются с точки зрения их пространственной формы и объемно-пространственного сочетания конструктивных ячеек. Такой подход созвучен распространенному за рубежом структуральному принципу изучения архитектурных форм, ибо он подчеркивает единство и неразрывность архитектуры и конструкций. Однако он таит в себе опасность сведения роли конструкции к пассивному средству реализации заранее определенных композиционной идеей объемов и пространств. Это импонирует определенному кругу архитекторов, стремящихся освободиться от «связывающих» их конструктивных и технологических закономерностей и не умеющих свободно пользоваться ими в границах осознанной необходимости.
|
|
С другой стороны, нельзя не согласиться с Д. Ж. Эммерихом, когда он говорит о произвольности и малоэффективности классификации конструкций только по материалам. Если принять такой «материаловедческий» тип классификации, станет непонятной причина смены стоечно-балочных каменных конструкций древней Греции каменно-бетонными сводчатыми и купольными системами древнего Рима. В обоих случаях основной материал — камень, одинаков климат, близки народные традиции и т. д.
Вес конструкций покрытия, отнесенный к единице перекрываемой им площади, вопреки мнению многих известных инженеров (Б. Фуллера, Р. Ле Риколе, В. Лафайя и др.), также не может служить полноценным показателем архитектурно-конструктивного прогресса и основной классификации их форм.
Классификация пространственных покрытий, предложенная К. Зигелем '.строится. по его словам, по принципу «...аналогичности конструктивных форм …» Он делит их на пространственные, решетчатые, складчатые, оболочковые и висячие. Такой подход близок к искомой цели, так как выявляет статический характер конструкций. Недостатком этой классификации является отсутствие в ней учета формообразующих признаков, что обедняет ее и затрудняет сопоставление близких по форме, но разных по статической работе конструкций.
|
|
Большей полноты классификации можно достигнуть при одновременном выявлении характерных признаков конструкций по принципам их статической работы и формообразования
Большая точность и содержательность классификации архитектурно - конструктивных типов достигается на основе сочетания характеристики их геометрической формы и статических признаков конструкций, но с разделением плоскостных и пространственных конструкций (см. таблицу).
Необходимо подчеркнуть выделение трех принципиальных статических схем (сжатые, изогнутые, растянутые конструкции), так как распространенная классификация их только по двум схемам (балочная и арочная) искажает процесс эволюции архитектурно-конструктивных форм, феноменизирует современное появление висячих систем и, самое главное, затрудняет выявление новых форм большепролетных покрытий, определение путей их совершенствования.
В эту классификацию легко вписываются как существующие, так и новые конструктивные решения; в нее включены простейшие проформы. Однако при дальнейшем ее развитии в ней найдут место и многочисленные переходные формы и более сложные системы, место которых определяется по принципу от общего к частному, от основной тектонической структуры к составляющим ее элементам, к деталям.
Предлагаемая классификация позволяет понять, почему те или иные из основных архитектурно - конструктивных типов - схем находили преимущественное применение в разные эпохи в зависимости от уровня строительной техники, характера строительных материалов и социального заказа общества.
Интегральный и дифференциальный принципы конструирования. С самого начала развития и совершенствования архитектуры параллельно, хоть и неравномерно, развивались два принципа конструирования — интегральный (несущие оболочки) и дифференциальный [каркас с заполнением).
В конструкциях, осуществленных по интегральному принципу, одни и те же элементы выполняют несущие и ограждающие функции (оболочковые, сплошные, монолитные—по структуре, а не по технологии изготовления; скорлупные и т. п. конструкции).
Дифференциальный принцип лежит в основе каркасных и сетчатых конструкций. Конструкции типа оболочек (т. е. интегральные) по своей структуре проще, чем дифференцированные; они должны были бы возводиться из одного универсального материала, способного воспринимать сжимающие и растягивающие усилия и одновременно служить теплоизолирующим ограждением. Одна из основных задач исследователей, работающих над оболочковыми конструкциями, — поиск такого материала.
Конструирование по дифференциальному принципу упрощает проблему строительных материалов. Однако его недостаток состоит в большом количестве узловых пространственных соединений. Одной из главных, ключевых задач исследователей, работающих над каркасными конструкциями, является совершенствование методов конструирования узлов и их осуществления.
Скорлупные формы развивались по линии облегчения веса толстостенных плит, сводов и куполов. Ступени развития: кессонирование массивных конструкций (с ответвлением по направлению к каркасным— готические своды и купола); утонение оболочек (сдерживаемое опасностью потери местной устойчивости); усиление оболочек ребрами и усложнение их форм; облегчение конструкции ребер (превращение их в пересекающиеся фермы).
Тонкая оболочка с пересекающимися ребрами—форма средняя между оболочкой и перекрестно-ребристой пространственной системой. Дальнейшее развитие покрытий интегрированной системы может происходить только за счет дополнительного предварительного напряжения или опирания оболочек, препятствующих потере местной устойчивости при сосредоточенных и несимметричных нагрузках.
Дифференцированные конструкции также прошли ряд ступеней развития — поиски статически оптимальной формы сеток каркаса, совершенствование размещения и сечений стержней каркасов.
Замена пространственной сетки стержней каркаса пересекающимися решетчатыми фермами привела к превращению таких конструкций а перекрестно-стержневые. Как и в интегрированных конструкциях, перекрестные системы могут быть применены в любой пространственной форме. Они определяют новую, более высокую ступень развития техники.
Однако большинство решений каркасных пространственных покрытий не затрагивает важной проблемы дифференцированных систем—включения в работу конструкции заполнения ячеек каркасов, что позволило бы значительно уменьшить сечения сжатых элементов решеток, а значит, сделать более легкой конструкцию в целом. Начало развития этого нового этапа конструирования положено такими конструктивными схемами, как «звездчатый» вариант купольного каркаса, предложенный М.С.Туполевым, конструкция покрытия спортзалов в Филадельфии Робера Ле Риколе; перекрестно-стержневая конструкция с напряженными диафрагмами, исследовавшаяся в ЦНИИСК под руководством В. Н. Трофимова.
Для современного этапа развития пространственных конструкций характерна общность многослойных сетчатых систем и перекрестно-ребристых пологих оболочек, имеющая большее значение, чем их различия.
Разнообразие форм большепролетных покрытий. Число принципиальных схем и вариантов пространственных конструкций покрытий достаточно велико, чтобы обеспечить индивидуализацию архитектурных решений, например общественных зданий. Огромно количество основных и промежуточных вариантов схем, отличающихся разными соотношениями характерных признаков и положением составляющих элементов, что позволяет выбрать оптимальное решение для конкретных условий. К примеру: центричные купольные системы с элементами, работающими на изгиб (шатровые конструкции из балок, рам или ферм); балочно-ступенчатые покрытия с концентрическим расположением элементов, называемые гвиргвинными; группа конструкций, в которых линейные элементы направлены под углом к радиусам. Таким образом, число основных подвариантов при сочетании только двух признаков может быть трехзначным,
Еще более интересно выявить промежуточные подгруппы, сочетающие признаки основных типов. Например, сочетание свойств изгибаемых и висячих конструкций дает перспективные конструкции, начиная от шпренгельных балок типа Полонсо или Плитен, которые Робер Ле Риколе называет «удивительным примером конструктивного таланта и достижением искусства композиции», до перекрестно-шпренгельных конструкций.
Общее количество характерных архитектурно-конструктивных решений может быть равным десяткам тысяч только принципиальных схем, включающих, кроме того, не менее миллиона вариантов, видов и подвидов, отличающихся один от другого геометрией самой поверхности и ее контуров, числом составляющих элементов и их геометрией, вариантами их сочетаний, размерами и пропорциями, материалами, деталями, размещением проемов и т. д.
Варианты форм покрытий в объемно-планировочной композиции зданий и целых комплексов, их масштаб, характер композиции интерьера, приемы связи с окружающей архитектурной и природной средой еще более расширяют композиционные возможности крупнопролетных сооружений.
При анализе большепролетных сооружений следует идти от общего к частному, от общей формы к деталям, с тем, чтобы, зная характер их работы и оптимальные соотношения пролета и сечения конструкций к высоте сооружения, определить правильность их назначения в первом приближении. Можно решать и обратную задачу— находить новые рациональные конструктивные варианты по заданным параметрам архитектурной формы.
Мнения по этому поводу существуют разные. Одно из них—«... Без всякого стремления лишить общество новых оригинальных форм или не допустить попыток исканий в этом отношении, приходится выразить сожаление по поводу некоторых конкурсов, приведших к тому, что построенные по премированным конкурсным проектам сооружения потребовали пятикратного увеличения затрат против предусмотренной стоимости. И это лишь для того, чтобы исполнить простой каприз «воображения».
Более оптимистично мнение Курта Зигеля, который говорит о перспективах изучения и применения пространственных покрытий: "Перед нами открывается новый мир форм, границы которого необозримы и который пока еще не подвластен художественному осмыслению. Революционизирующее влияние новых выразительных форм является неоспоримым. Однако пока еще нет масштаба для них и определенного внутреннего отношения к ними И далее: «Прекрасная архитектурная форма является завершающим этапом в развитии каждой новой конструкции. Пока ее техническое решение еще не отработано, окончательное суждение о ее форме во многих случаях невозможно. Но иногда ясность формы, созданной в результате художественной интуиции до того, как отработана конструкция, может явиться определяющим этапом для развития последней».