Конструкции и архитектурная форма

Под конструкцией в теории зодчества понимается некая материальная структура, обеспечивающая саму возможность физического существования конкретного архитектурного объекта. Каждая такая структура относится к той или иной конструктивной системе. Одной из самых распространенных до сих пор является древняя стоечно-балочная система, применявшаяся еще в Египте, Персии, Индии, Китае, Японии и других ранних государствах. Стойки (столбы, колонны, пилоны) и лежащие на них балки образуют в этой системе конструктивный каркас для зданий различной формы и этажности. При этом межкаркасное пространство может иметь легкое заполнение с проемами любой формы и любых размеров. Особое эстетическое значение имеет зона опи;

рания балки на стойку. Для более рационального распределения усилий в этой зоне изначально использовали промежуточные плиты, которым позже придавали различные формы. Так возникли капители, которые стали элементом, обозначающим тот или иной ордер. Стоечно-балочная конструкция относится к числу плоских, но ее комбинаторный потенциал позволяет формировать такие базовые пространственные формы, как многоколонные залы, галереи, портики, многоэтажные каркасные структуры. На рис. 4.3, а — д представлены формы пространственной реализации стоечно-балочной системы (исторический опыт). Первые опыты ритмической организации пространства с помощью каменных бло;

ков и дольменов относятся к эпохе неолита. Но тогда это не подразумевало соблюдения точных пропорций и форм. Пропорционирование габаритов и выработка определенных архитектурных форм стоечно-балочной кон;

струкции началось в храмовом строительстве Древнего Египта и продолжилось в странах античного мира. Именно там сложилась ордерная система, оказавшая большое влияние на последующее развитие зодчества.

Рис. 4.3а. Фрагмент плана типичного древнеегипетского храма

В храмах Древнего Египта пространственные возможности стоечно-балочной системы использовались для психологического воздействия на людей. При этом сформировались три типологические группы архитектурной организации пространств с помощью этой системы, а именно пристенные и открытые галереи, многоколонные (гиностильные) залы. В галереях большое значение имел контраст света и тени, в гипостильных залах, тесно заставленных колоннами, мистический эффект достигался воздействием каменных масс в условиях очень слабой освещенности.

Главными сооружениями персидских городов и дворцов были многоколонные парадные залы — ападана. Их гражданское предназначение требовало (в отличие от египетских гипостильных залов) обеспечить в них максимальную освещенность и видимость. Поэтому вместо каменных здесь применялись деревянные балки, что в свою очередь позволяло делать колонны тонкими, а пролеты довольно большими.

Античные греки, в отличие от древних египтян, окружали свои храмы колоннадами. Продольные колоннады формировали наружные галереи, а торцевые — портики. Обе эти архитектурные формы (особенно портики) станут настоящими «опознавательными знаками» европейской архитектуры XV—XX вв.

Рис. 4.3г. Здание Академии наук в СанктПетербурге (1783—1789). Архит. Дж. Кваренги.

Колонные портики с треугольным фронтоном прошли длительный путь развития от античной архаики до конца XX в. Но всегда проектирование этой акцентной архитектурной формы было для архитектора испытанием на профессионализм — настолько точно нужно было найти пропорциональные соотношения всех элементов портика. Итальянец Джакомо Кваренги владел этим искусством в совершенстве. Не случайно здание Академии наук, построенное им на набережной Невы, вошло в число мировых шедевров классицизма.

Рис. 4.3д. Пропилеи Смольного в Санкт-Петербурге (1923). Архит.

В. Щуко и В. Гельфрейх

Галереи как архитектурная форма возникли в Древнем Египте, где они были важной составной частью храмовых комплексов. Стоечно-балочная конструкция в галереях не обогащается фронтонами, как в портиках, и потому выявляется отчетливее. Кроме того, здесь ритм колонн, не центрированный фронтонами, рождает определенный динамизм композиции. Эти свойства галерей талантливо использованы зодчими для создания «глубинного» торжественного входа на территорию Смольного.

Визуальная выразительность и формотворческие возможности стоечно-балочной конструкции способствовали ее раннему применению в культовом зодчестве. Наиболее внушителен и плодотворен здесь опыт пластической разработки колонн в Древнем Египте, где осуществлялись первые опыты создания различных ордерных систем[1]. Главным элементом «обозначения» таких систем были капители колонн, выполненные в виде скуль;

птурных изображений отдельных форм мифологизированной местной флоры. Каждая страна в древности практиковала свои национальные варианты «одушевления» стоечно-балочных конструкций. В Персии, например, для капителей чаще использовали формы животного мира (в основном головы коней и священных быков). Примеры пластической разработки стоечнобалочных конструкций в Древнем Египте представлены на рис. 4.4, а, 6.

Рис. 4.4а. Храм в Луксоре.

Для древних египтян главным элементом стоечно-балочной системы были колонны. Именно ритм тесно поставленных колонн с их крупными и сверхкрупными размерами (высота колонн достигала 24 м) обеспечивал главный эффект психологического воздействия на людей. Этот эффект усиливался пластической и графической разработкой ствола колонн и особой пластикой их верхней части — капители. Главный несущий элемент конструктивной системы (стойка) становился, таким образом, «говорящим» символом, связывающим три мира — подземный, земной и небесный.

В Древнем Египте и Персии не сложилось ни одной целостной ордерной системы, как это произойдет в античном зодчестве. Но были популярные формы капителей, основанные на подражании формам растительного или животного мира.

Относительная простота ортогонального каркаса и наглядность распределения напряжений в нем позволили разработать на его основе различные архитектонические системы, из которых наиболее известной благодаря своей универсальности и эстетическому совершенству стала античная ордерная система. В Древней Греции и Древнем Риме были созданы уникальные системы пластической трактовки стоечно-балочной конструкции, вклю;

чавшие в себя не только колонны и капители, но и всю «надстройку», обеспечивавшую перекрытие и покрытие зданий (архитрав, фриз, карниз, фронтон). Античный греческий ордер стал одним из важнейших инструментов процесса развития европейской архитектуры XV— XX вв. На рис. 4.5, а — в представлены примеры пластической разработки стоечно-балочных конструкций в Древней Греции.

Рис. 4.5а. Храм в Пестуме

Культура и архитектура Древней Греции формировались в условиях, коренным образом отличавшихся от древнеегипетских, поэтому совсем иной была трактовка стоечно-балочной системы, получившей у них качества строгой ордерности (геометрически взаимосвязанного «порядка»).

Архитектура Древней Греции довольно быстро прошла путь от грузной архаики до гармоничной классики. Этот путь отмечен не изобретательством новых форм, а совершенствованием пропорционального строя ордерной (стоечно-балочной) системы в соответствии с идеалами антропоморфной системы эстетических ценностей. Пропорции храма Геры II в Пестуме соответствуют промежуточному этапу развития греческой архитектуры от архаики к классике.

Рис. 45 В. Структура дорического ордера классического периода Мировосприятие античных греков отличалось удивительной системностью. Это сформировало их эстетические идеалы, не допускающие никаких случайных отклонений от геометрически закономерных форм. Результатом стала система гармоничных архитектурных ордеров, включающих в себя кроме колонны также конструкции перекрытия и покрытия — антаблемент и фронтон.

Стоечно-балочная система обладает богатыми формообразующими возможностями, но почти все они основаны на ритмической повторяемости основных элементов. В историческом зодчестве это были вертикальные элементы (колонны, пилястры). В конце XIX в. строительство многоэтажных зданий привело к появлению фасадных структур в виде ортогональных каркасных «клеток» — плоских или объемных. В начале XX в. поиски нового в рамках неоклассики и модерна стимулировали изобретение «фантазийных» капителей (как это практиковалось в романскую и готическую эпохи). Агрессивный авангард 1920;х гг., значительно ослабивший линию преемственности в развитии архитектуры, стал генератором идей трансформации ордерных систем в новую бездекорную архитектонику, но с сохранением ее исходного содержания как стоечно-балочного каркаса.

На рис. 4.6, а — е представлены примеры трактовки стоечно-балочной системы в XX — начале XXI в.

1920;е гг. стали для культуры и архитектуры европейского континента рубежными, разделившими Новое и Новейшее время, эпоху «художественных стилей» и период концепций, когда один за другим следовали эксперименты в сфере формообразования. В середине века и в последующие десятилетия импульс концептуализма реально влиял на процесс формотворческих исканий.

М. Перетяткович

Вплоть до Первой мировой войны новаторство в архитектуре не выходило за рамки экспериментов с декором. Мариам Перетяткович, талантливый интерпретатор исторических стилей, в крупном неоклассическом здании солидного министерства неожиданно применил изобретенные им необычные надкапительные элементы, демонстрирующие «мускульное» напряжение под действием силы тяжести.

Рис. 4.66. Проект дома общества «Динамо» в Москве (1928—1931). Архит. Ив. Фомин и А. Лангман

Академик архитектуры Иван Фомин с середины 1920;х гг. искал пути «привязки» классических форм к современности, зримым воплощением которой в то время был бездекорный «железобетонный» конструктивизм. Выдвинув концепцию «пролетарской классики», он воплотил ее в реализованном проекте семиэтажного жилого дома «Динамо», где представил классическую ордерную систему в виде плоского «антаблемента» и сдвоенных железобетонных столбов на фоне остекленного фасада. Сдвоенность столбов Фомин объяснял желанием выйти на привычные пропорции вертикальных опор, учитывая их большую высоту.

Объявленный в 1956 г. директивный запрет на ретроспективную стилистику в советской архитектуре не отменил негласного требования монументализма в сфере общественных зданий. Выход был найден в практике «пилонной» архитектоники, когда классическая ордерная система трактовалась в виде ее упрощенной плоской проекции. Сохранялся привычный ритм колонн, превращенных в пилоны, сохранялся и антаблемент, превращенный в развернутую ленту в одной плоскости с фасадом пилонов. Подобная архитектоника (со временем пластически усложненная) сохраняла свое влияние в практике советского зодчества вплоть до начала 1990;х гг.

Рис. 4.6г. Гостиница Novotel в Санкт-Петербурге (2001 — 2006). Архит. М. Мамошин и др.

Совершившийся в 1990;х гг. переход России к ценностям западной демократии резко снизил необходимость монументализировать фасады зданий общественного назначения (повторилась ситуация 1920;х гг.). Весьма показателей в этом отношении облик гостиницы Novotel — советская «пилонная» архитектоника здесь представлена в виде поэтажного, а не «большого» ордера, столь характерного для отечественного зодчества 1960—1980;х гг. Отчасти это объясняется местоположением здания в дворовом пространстве, а не в ряду уличной застройки.

Стоечно-балочный каркас многоэтажных зданий, как правило, «спрятан» внутри построек и на фасаде не виден. Но тектонический «образ каркаса», формируемый соответствующей структурой фасадных стен, закрепился в эстетическом сознании со времен деятельности Чикагской архитектурной школы (1870— 1890-е гг.) и творчества О. Перре в начале XX в. В современной практике строительства многоэтажных зданий образ «стены-каркаса» является одним из самых распространенных. К числу зданий, использующих тектонику стоечно-балочного каркаса, относится и жилой комплекс «Омега».

Образ стоечно-балочной конструкции иногда укрупняется до масштаба крупного комплекса. Это происходит, когда отдельные корпуса приобретают вид «висячих» переходов между двумя стоящими на земле компактными корпусами. Подобный прием реализован в жилом комплексе, построенном в СанктПетербурге на месте жилых корпусов конца 1920;х гг. Но здесь внушительная массивность четырехэтажных «балок» и семиэтажных «стоек» вступает в явное масштабное противоречие с привычным образом сугубо рациональной стоечно-балочной конструкции. Не соответствует эта массивность и изысканному силуэту стоящего на оси комплекса собору Смольного монастыря.

Другой распространенной (и тоже древнейшей) конструктивной системой является стеновая, при которой стены могут быть не только ограждением (как в каркасных зданиях), но и основной несущей конструкцией, обеспечивающей прочность и устойчивость зданий. Это ограничивает размеры и взаиморасположение проемов в стене, но зато позволяет создавать богато декорированные фасады[2]. Характер пластического обогащения стен во многом зависит от строительного материала. Напри;

мер, в странах Двуречья, где основным материалом была глина, преобладало бескаркасное строительство из кирпича-сырца. Низкое качество этого материала заставляло делать стены большой толщины, утончающимися кверху. Укреплению сырцовых стен способствовали кирпичные пилоны, ритм которых был характерным признаком архитектуры Двуречья. Обе названные конструктивные системы — стоечно-балочная и стеновая — все еще являются господствующими в мировой архитектуре.

Но при этом они могут дополняться элементами сводчато-куполыюй конструктивной системы, впервые проявившей себя в зодчестве Месопотамии, затем — в древнеримской архитектуре, Византии, романском зодчестве и в другие эпохи, продолжая совершенствоваться даже в XXI в. Изогнутые поверхности сводов и куполов обладают повышенной жесткостью, что и позволяет перекрывать ими значительные внутренние пространства. Проблемой здесь является сложность возведения таких конструкций, а также необходимость погашения распора — горизонтальной составляющей опорных реакций, стремящейся «разорвать» купол или свод. Борьба с распором привела к появлению множества интересных конструк;

тивных (а значит, и архитектурных) решений. На рис. 4.7, а — в представлены наиболее известные сводчатые конструкции. В нижних зонах сводов (и куполов) возникают растягивающие горизонтальные силы, стремящиеся «выпрямить» пространственную форму и опрокинуть опоры (столбы, колонны, стены). Поиск путей нейтрализации этой опасности в немалой степени способствовал прогрессу в строительном деле. Уменьшение распора обеспечивалось заменой пологой (циркульной) линии кривизны на стрельчатую, а полное его «погашение» — применением металлических тяг в сводах. Уменьшение массы сводов достигалось отказом от гладких массивных форм оболочек в пользу ребристых и каркасных.

Рис. 4.7а. Зависимость распора от формы кривой, образующей купол или свод.

Из чертежа очевидно, что распор пологого свода значительно больше распора стрельчатого.

На разрезе видно, как распор через аркбутаны передается па контрфорсы, которые своей массой «гасят» опрокидывающие силы распора и тем самым обеспечивают устойчивость громадных храмов. Вертикальная часть общей нагрузки воспринимается колоннами. Стены таким образом освобождаются от силовых воздействий и потому могут быть тонкими, а внешний вид соборов обогащается при этом сложной пространственной системой аркбутанов и контрфорсов.

Рис 4.7 В. Ангар в Орбетелло (Италия; 1938). Инж.-архит. П.-Л. Нерви

Творчество Пьера-Луиджи Нерви в сфере каркасных железобетонных и армоцементных пространственных конструкций стало настоящим прорывом в архитектуре и технологии строительства. Но при этом исходным импульсом для облегчения веса и обеспечения жесткости большепролетных конструкций была для Нерви каркасная (нервюрная) система готики. Ангар в Орбетелло — первая крупная работа Нерви, где он реализовал свою идею сборных сводов из ребристых железобетонных элементов.

Во все эпохи купола не только обеспечивали перекрытие значительных пространств, но и формировали выразительное силуэтное завершение зданий. На рис. 4.8, а — д представлены купольные своды (купола). В нижних зонах куполов, как и в сводах, возникает распор. В древности его погашали за счет массы цилиндрических стен (Пантеон.

в Риме). Первый архитектор итальянского Возрождения Ф. Брунеллески пошел другим путем — применил распорное кольцо в основании купола собора Санта-Мария-дельФьоре во Флоренции. Свою лепту в рациональное конструирование куполов внесли П.-Л. Нерви, Б. Фуллер, Ф. Отто, С. Калатрава.

Рис. 4.8а. Купол на цилиндрическом основании

Сочетание купола и цилиндра — наиболее естественно и рационально, в том числе и потому, что цилиндрические стены играют роль жесткого опорного кольца, воспринимающего распор.

Учитывая специфику распределения напряжений в куполе, Нерви усилил жесткость наиболее нагруженной нижней зоны тем, что придал ей волнистую форму. Кроме того, он нейтрализовал распор, поставив купольный свод на двойные опоры — вертикальные и наклонные, соответствующие направлению опорных напряжений.

Рис. 4.8г. Американский павильон на Всемирной выставке в Монреале (1967). Инж.-архит. Б. Фуллер Первый геодезический купол Фуллер построил в 1952 г. Это была сфера диаметром 18 м со срезанным основанием. Такую же форму имели и последующие купола, в том числе на Американской выставке в Москве (1959) и на ЭКСПО-67 в Монреале. Оба павильона были своеобразным воплощением идей фантастов о дематериализации предметной среды. Легкость и надежность геодезических куполов объясняются не только пространственной стержневой структурой их оболочек, но и формой этих оболочек, «ликвидирующей» распор.

а — римский крестовый свод; б — вспарушенный свод на четырех опорах; в — вспарушенный свод на восьми опорах; г — купол на парусах; д — купол на парусах с погашением распора боковыми полукуполами; е — крсстовокупольная система перекрытий

При строительстве храмов постоянно возникали проблемы установки купола на квадратное основание и установки над куполом второго купола либо присоединения к куполу полукуполов. Благодаря изобретательности строителей эти проблемы давно удалось решить.

В XX в. стали популярными вантовые (тросовые) и сетчатые конструктивные системы, характерными «представителями» которых являются.

металлические каркасно-сводчатые конструкции вогнутого (рис. 4.9) профиля, что породило соответствующую группу архитектурных форм.

Рис. 4.9. Олимпийский стадион в Мюнхене (1968—1972). Архит. Г. Бениш, инж. Ф. Отто

Сетчаго-тентовые конструкции используются в основном как большепролетные покрытия над открытыми или полуоткрытыми пространствами. Непременным атрибутом таких покрытий являются опорные мачты, обеспечивающие вместе с тросами жесткость всей конструктивной системы. Так как все элементы системы, кроме мачт, работают на растяжение, подобные покрытия отличаются легкостью и минимальной толщиной. Современные полимерные материалы дают возможность делать их светопроницаемыми, а конструктивный принцип приближает формообразование к типу природно-бионических.

В практике современного зодчества значительную роль играют также объемно-блочные, крупнопанельные, пневматические и комбинированные конструктивные системы. Каждая из них способствует обогащению и без того разнообразного арсенала новых архитектурных форм (рис. 4.10—4.12).

К. Курокава

144 стальные ячейки размером 4,0×2,3×2,5 м сгруппированы вокруг двух мощных «стволов обслуживания» высотой 11 и 13 этажей. Их срезанные вершины придают необходимую выразительность силуэту здания. Интерьеры превращены в полностью компьютеризированные «машины для жилья». Однако именно эта планировавшаяся свобода от многих бытовых обязанностей на практике вызывает ощущение несвободы, зависимости от автоматики. Таковы парадоксы технического прогресса.

Дома, собираемые из крупногабаритных готовых изделий, технологически входят в группу дизайнпродукции, но с более ограниченными, чем в предметном дизайне, возможностями формотворчества, учитывая крупные размеры элементов и специфику материала — бетона и железобетона.

Общая специфика пневматических сооружений — отсутствие плоскостей и жестких прямых углов. Это относится как к воздухоопорным (когда оболочка поддерживается более высоким, чем атмосферное, давлением в интерьере), так и к воздухонесомым оболочкам, образуемым конструкциями, жесткость которых обеспечивается сжатым воздухом внутри конструкции. В приведенном примере жесткость повышается делением двуслойной оболочки на отдельные арки с помощью перетягивающих канатов.

Конструкции, их разновидности и эффективность применения в немалой степени зависят от строительного материала, который, таким образом, входит в понятие конструктивной системы. Любая конструкция неотделима от материала изготовления, его свойств, прочностных и технологических возможностей. Так, резко отличаются друг от друга конструктивные системы из камня, кирпича, дерева, металла1. Большим потенциалом формообразования обладают современные пластичные матери;

алы— железобетон2, пластбетон, армоцемент, модифицированная древесина. Непосредственное влияние на современное архитектурное формотворчество оказывает укрепляющаяся тенденция замены природных строительных материалов искусственными с заданными свойствами. Например, использование полимеров освобождает архитектурную форму от прежних ограничений, связанных со свойствами природных материалов. Эта тенденция способствует постепенному сближению архитектурного формообразования с дизайнерским.

• [1] Камень хорошо сопротивляется сжатию, но плохо «работает» на изгиб. Это одна из причин, почему колонны в древнеегипетских каменных храмах ставились близко друг к другу, а балки имели большую высоту. В отличие от Египтав Древней Персии не было необходимого количества камня. Поэтому общественные залы там нередко строилисьиз дерева, которое позволяло широко расставлять деревянные колонны и опирать на них легкие деревянные балки. Из подобных балок был также создан многоярусный ордер в странах Индокитая.
• [2] В Римской империи для сооружения массивных стен широко применялся монолитный неармированный бетонна известковой основе. Эта же технология позволяла пластически изображать на фасадах архитектурный ордер и дажеорганично соединять его с другой конструктивной системой — арочной.