ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРЫ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ВОЗДУХООПОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ
«...дух нашей эпохи заслуживает создания новой формы, отражающей иовое положение архитектуры в новом обществе; новой формы, отражающей безграничные технологические возможности; новой формы, содержащей в себе источник прогресса; градостроительной формы, отражающей масштаб наших современных возможностей; формы, соответствующей времени и пространству, отражающей дух развития и движения, обладающей способностью растворяться и исчезать, предоставляя место другой форме, способствуя чудесному процессу вечной метаморфозы» [1].
Повышение интереса к пневматическим конструкциям в последние годы и их широкое и сравнительно быстрое распространение представляют собой вполне естественное и закономерное явление, так как стремительные темпы научно-технического прогресса оказывают значительное стимулирующее влияние на развитие строительной техники и науки, а широкое освоение новых территорий в труднодоступных районах требует создания новых облегченных строительных конструкций и материалов, мобильных, легко монтируемых и демонтируемых, способных работать в самых различных условиях эксплуатации. Этой современной тенденции строительной техники вполне отвечают пневматические сооружения, которые не только являются легчайшими из всех конструкций, созданных человеком за всю его историю, но и работают на совершенно новых принципах.
Во многих странах мира производство пневматических сооружений поставлено на промышленную основу и идет в первую очередь по линии создания индустриальных типовых сооружений многоцелевого назначения, призванных обслуживать различные отрасли промышленности и сельского хозяйства. Однако желание получить при этом только очевидную сиюминутную выгоду привело к тому, что большинство пневматических сооружений, создаваемых в настоящее время, отличается удивительным однообразием и предельным практицизмом, основанным на строжайшей экономии во всем, начиная от технологии и материалов и заканчивая внешним обликом сооружения.
Другая причина однообразия облика пневматических зданий связана с тем, что среди архитекторов они не нашли еще полного признания как объекты творчества. Пневматическими конструкци ями в основном занимаются инженеры. Благодаря их усилиям совершенствуются применяемые для пневматических зданий материалы, конструкции узлов и соединений, повышается долговечность, перешедшая в некоторых сооружениях рубеж 20 лет. В то же время остаются нерешенными вопросы архитектурной композиции пневматических сооружений, эстетической организации их объемно-пространственной структуры.
Это явление, увы, не новое. Появление новых материалов и конструкций неизбежно связано с процессом привыкания, художественного освоения их архитекторами, длящегося иногда очень долго. Однако развитие конструкций идет все более интенсивно. Разрыв между идеями, развиваемыми конструкторами, и уровнем подготовленности архитекторов для восприятия и использования ими этих идей возрастает. Уже в 40-х годах А. К. Буров отмечал: «В наше время по сравнению с прежними историческими эпохами невероятно увеличилась скорость развития конструкций. Скорость развития пластической формы увеличилась в меньшей степени» [2]. Как считает немецкий исследователь 3. Г. Бегенау, причина этого в том, что «статика традиционной архитектуры породила эстетические предрассудки, не желавшие отступать даже перед новыми возможностями формообразования, открываемыми современной техникой» [3]. Эти трудности понимания тектонической сущности новой конструкции до настоящего времени являются одной из причин бедности форм пневматических сооружений, недостатков их композиционных решений.
Пневматические сооружения отличаются от всех существовавших до их появления конструкций не только иной тектоникой, но и основными элементами и условиями, обеспечивающими существование пневматической формы. Рабочим элементом конструкции стал газ — воздух, находящийся в сжатом или разреженном состоянии по отношению к окружающему пространству. Перед конструкторами возникла проблема обеспечения относительной или полной герметизации всего сооружения или его деталей в зависимости от выбранной конструкции. Это основное условие существования пневматических оболочек может быть сформулировано следующим образом: пневматическая форма должна иметь замкнутый объем. Для воздухоопорных конструкций это условие будет относиться к сооружению в целом, для воздухонесомых — к его деталям. Кроме основного условия мы можем выделить основные элементы, определяющие существование пневматической формы. Это оболочка, воздух и воздухонагнетающая система.
Для всех типов пневматических конструкций воздухонагнетательная система (вентилятор, компрессор) — обязательный элемент. Японский архитектор Ясуо Уесака так охарактеризовал пневматическую конструкцию: «Наперекор статичным деревянным, бетонным и стальным конструкциям пневматическое сооружение — динамичная машина. Почему машина? Без электроэнергии бездействуют вентиляторы; без вентиляторов сооружение не имеет формы. Все сооружение есть не что иное, как механическая система, без которой нет сооружения» [4]. Таким образом, характерным отличием тектоники пневматических сооружений является то, что стабилизация формы достигается силой сжатого воздуха, а не гравитацией. По характеру, принципу своей работы пневматические конструкции рвутся вверх; сама конструкция формой, напряженным состоянием отражает работу основного несущего элемента — сдерживаемого воздуха. Плоская форма в пневматических сооружениях невозможна. Плавность, выпуклость — характерный тектонический признак работы пневматической конструкции — это тектоника зримых упругих напряжений.
Вопрос поиска архитектурной формы в творчестве архитектора является одним из важнейших. Но, как уже неоднократно указывалось в специальной литературе [5—7], формы и виды пневматических оболочек достаточно многообразны, но не произвольны. Они подчинены строгим законам формообразования и подвержены влиянию многих факторов, ограничивающих свободу проектировщика при работе с ними. Отклонения от рациональной формы (в статическом понимании) в угоду архитектурным или функциональным требованиям приводят к искажению задуманной формы, потере устойчивости или даже к разрушению конструкции. Поэтому знание этих законов и факторов обязательно для архитектора, имеющего дело с пневматическими сооружениями.
Основные приемы и средства формообразования оболочек. Классификация основных средств и приемов формообразования предусматривает разделение их на следующие группы: оболочки без элементов усиления, оболочки с элементами усиления, оболочки на вынесенном контуре опирания (рис. 1).
Для оболочек без элементов усиления основными приемами формообразования служат: изменение раскроя поверхности оболочки, позволяющее получать на одном и том же контуре плана разные формы, и изменение рисунка плана, когда новая форма образуется только трансформацией жесткого опорного контура без изменения избранного приема раскроя. Оба приема могут применяться совместно, открывая третье направление формообразования этой группы оболочек. Характерной особенностью пневматических оболочек без элементов усиления является плавность (гладкость), мягкость формы, без резких переломов при переходе от одного вида поверхности к другому.
Оболочки с усиливающими элементами обладают значительно большим арсеналом приемов и средств формообразования. К элементам усиления воздухоопорной оболочки относятся такие элементы конструкций, которые, будучи непосредственно связанными с ней, принимают на себя существенную часть усилий, возникающих в оболочке, образуя с материалом оболочки тектонически родственное сочетание. К усиливающим элементам, которые одновременно являются и средствами формообразования, относятся канаты и сети из них, канатные оттяжки, мягкие (тканевые) диафрагмы, ткани в роли тентовых элементов.
Основной прием формообразования оболочек с элементами усиления заключается в применении линейных и точечных элементов стабилизации формы. Одновременно могут применяться другие приемы формообразования, используемые для оболочек без элементов усиления: вариации раскроя или изменение рисунка плана. Для оболочек с элементами усиления характерны резкие перегибы, переломы, даже «разрывы» формы. Формообразование оболочек этого типа очень сложно, и основным сравнительно простым и надежным способом контроля и проверки правильности их форм следует считать изготовление мягких моделей.
Модели, образуемые мыльной пленкой, дают идеальное решение задачи с точки зрения распределения усилий в материале оболочки. Однако далеко не все формы, получаемые с их помощью, могут быть приняты в качестве образца для непосредственного воплощения в реальные сооружения, так как не каждая из них будет соответствовать функциональным и технологическим требованиям, предъявляемым к проектируемому объему.
Для моделей из мыльных пленок ограничен также диапазон получаемых форм из-за трудности их выполнения. Особенно сложно, а в большинстве случаев невозможно создать модель на комбинированном плане или с канатным усилением. Кроме того, трудно измерить координаты поверхности таких пленок и перевести на графический язык чертежа; их размеры и время существования ограничены. Более подходящими для исследования являются модели из резиновой пленки, которой придано небольшое предварительное натяжение. Они позволяют проводить многие необходимые измерения и, в отличие от мыльных пленок, применять канаты и сети. Кроме того, они более удобны для фотографирования при использовании перспективного совмещения и способа рирпроекции.
Пределы изменения формы резиновых моделей ограничены, однако они дают возможность получать формы, наиболее полно соответствующие природе пневматической оболочки, создавать модели сооружений, в которых прочностные свойства материала могут быть использованы наилучшим образом. Отклонения от форм, полученных в результате моделирования, возможны, если они не лишают сооружение тектонического единства и не противоречат основной идее формообразования пневматических оболочек.
Исследования на моделях пневматических оболочек с канатным каркасом позволили выявить ряд приемов управления их формой, которая зависит от выбранной системы расположения канатов, их длины и частоты расположения.
К большим достоинствам оболочек, усиленных канатами, нужно отнести архитектурную выразительность и тектоничность. Хотя, например, сферические оболочки и представляют собой конструктивно наиболее совершенную пневматическую форму, они сами по себе, без дополнительной обработки, недостаточно ярко выражают тектонику мягких оболочек. Перетяжка их канатами наглядно выявляет упругость оболочки, стремящейся вырваться из сдерживающих пут. Она, как живое существо, вырывается активнее в тех местах, где свободнее, шире пространство между канатами, подчеркивая динамический характер всей конструкции.
Опыты на моделях позволили, помимо решения конкретных вопросов формообразования, найти ряд интересных форм пневматических оболочек. Некоторые из них приведены на рис. 2.
Можно выделить несколько основных схем расположения канатов по поверхности оболочки: одиночный канат, параллельную, радиальную, кольцевую, хордовую, звездчатую схемы и группу сетчатых (рис. 3). Соединение перечисленных схем друг с другом дает возможность образовывать неограниченное число сочетаний. Эти же схемы расположения канатов диктуют характер возможных фактур, образуемых сетями и канатами.
Применение канатов и сетей открывает весьма широкие возможности формообразования воздухоопорных сооружений. Эффект воздействия этих усиливающих элементов на форму пневматической, оболочки отличается широким диапазоном. Одно из преимуществ канатов как средств усиления оболочки состоит в том, что внутреннее пространство сооружения остается совершенно свободным от каких бы то ни было конструктивных элементов.
Другие возможные элементы усиления — оттяжки и диафрагмы (см. рис. 1, группа II), используемые в качестве формообразующих средств и образующие на поверхности оболочки точки или линии, — сложнее по конструкции и расчленяют внутреннее пространство сооружения, ограничивая величину пролета и свободу планировки. Применение оттяжек усложняет проблему отвода воды с поверхности оболочки. Кроме того, оттяжки не обеспечивают столь широкого разнообразия получаемых с их помощью форм, как другие элементы усиления. Достоинство тканевых диафрагм (особенно в тех случаях, когда они применяются совместно с оттяжками) состоит в том, что они дают возможность в довольно широких пределах изменять форму линий пересечения (перехватов, впадин) оболочек и отдельных участков их поверхности (от кривых до прямых и ломаных линий). Подобное свойство диафрагм делает их незаменимыми в ситуациях, требующих существенного отклонения проектируемой формы сооружения от идеальной, «диктуемой» на данном плане (опорном контуре) мыльной пленкой, или при необходимости организовать водосток с поверхности оболочки в нужном направлении.
Особого внимания заслуживает прием создания разнообразных форм пневматических воздухоопорных оболочек и сооружений, названный «методом вынесения опорного контура». Этот прием связан с изменением уровня плоского опорного контура сооружения без изменения его рисунка или с пространственным развитием его опорного контура из плоскости в третье измерение (см. рис. 1, группа III). В последнем случае прием формообразования распадается на два дополнительных приема. Один — построение независимого от формы пневматической оболочки опорного контура, который является основой для создания новой формы. Другой — вписывание опорного контура в имеющуюся форму методом сечения, т. е. построение зависимого от формы опорного контура как линии пересечения формы оболочки с другой формой (поверхностью) или плоскостью. Последний прием при сравнительной простоте дает красивые и выразительные по рисунку линии опорного контура, значительно оживляющие пластику даже несложных по своей исходной форме пневматических оболочек.
Для поднятия опорного контура в качестве средств формообразования могут использоваться стенки или насыпи различной высоты. Конструкциями опорного контура могут служить также арки, рамы, различные части зданий и сооружений. При этом оболочка может в одних случаях рассматриваться как основная часть конструкции, в других — как основная или подчиненная часть сооружения. Характерным примером вынесения опорного контура служат пневматические линзы (подушки), у которых часть контура располагается между оболочками линзы. При вертикальном положении опорного контура линзы образуют стены и ограждения, при горизонтальном — покрытия. Для линз может быть применен и пространственный каркас значительных размеров, несущий на себе множество пневматических оболочек. В этом случае подушкообразные оболочки выступают как часть конструкции покрытия сооружения. Если же в роли опорного контура используется здание или сооружение, имеющее также и самостоятельное функциональное назначение, тогда пневматическая оболочка представляет собой часть сооружения, выполняющую обычно роль покрытия или пристройки. В подобных случаях можно говорить о том, что метод вынесения опорного контура приобретает также свойства одного из композиционных приемов проектирования зданий, оставаясь при этом в категории приемов формообразования пневматических воздухоопорных оболочек.
Метод вынесения опорного контура значительно обогащает палитру архитектора в работе над формой пневматического сооружения. Преимущества этого метода в том, что он, включая в себя рассмотренные ранее I и II группы приемов и средств формообразования, предоставляет возможность чрезвычайно широко варьировать форму не только пневматической оболочки, но и всего сооружения в целом. Он обогащает его пластическое, композиционное решение такими элементами, которые невозможно получить при использовании только одной какой-либо группы приемов и средств формообразования.
Особенности построения объемно-пространственной структуры пневматических сооружений. Специфичность приемов и средств композиционных пневматических оболочек продиктована прежде всего ясно выраженной тектоничностью формы, проявляющейся в строгом следовании законам формообразования, в отсутствии «лишнего» материала, которым можно было бы скрыть или исказить истинную тектонику формы (случай, когда конструкция и архитектурная форма сливаются в одно целое), в характерной геометрии формы и деталей и т. п. Тектонизация формы в пневматических сооружениях достигла наибольшей степени — пневматическая оболочка не может быть не тектоничной.
На характер объемно-пространственного решения пневматических сооружений воздухоопоррого типа одно из самых существенных воздействий оказывает основное условие их существования — необходимость герметизации внутреннего эксплуатируемого пространства. Герметизация исключает устройство сквозных отверстий в пневматической оболочке, ограничивает свободу входа и выхода. Необходимость устройства воздушных шлюзов определенных размеров, а также зависимость функционально-планировочной организации всего сооружения от габаритов и конструкций входных устройств несколько ограничивает пределы универсального использования внутреннего пространства и самым непосредственным образом влияет на композиционное построение всего сооружения.
Новизна материалов и необычность тектоники пневматических сооружений выдвигают новые композиционные принципы и новые эстетические свойства и качества, выражающиеся в гибкости, легкости (иногда прозрачности) формы и конструкции, новых структурных и цветовых характеристиках материалов.
Легкость — один из композиционных принципов, который можно сформулировать как противопоставление тяжести. Это одно из труднейших для освоения эстетических свойств, так как выявление действительной легкости пневматической формы почти невозможно ни одним из композиционных приемов и средств традиционной архитектуры тяжести. В значительной мере решить эти задачи можно широким применением катенарных силовых поясов, тентовых диафрагм, оттяжек и усиливающих формообразующих и рельефообразующих канатов в сочетании с гармоничным использованием света и цвета. Кроме того, легкость может найти достаточно яркое выражение в специфике самой формы пневматической оболочки. Однако сильнейшее из средств выражения легкости — возможность изготовления полностью прозрачной оболочки.
Под гибкостью пневматической оболочки, стабилизированной внутренним давлением воздуха, понимается возможность достаточно заметной ее деформации при действии внешних нагрузок. Это свойство оказывает влияние на ряд факторов:
выбор формы оболочки в целом (требования обеспечения устойчивости сооружения при воздействии ветровой и снеговой нагрузок);
характер эстетической обработки ее поверхности (свобода размещения элементов усиления оболочки — канатов, оттяжек, диафрагм — часто ограничивается расчетом и задает характер формы и фактуры);
архитектурное решение внутреннего пространства пневматического сооружения (расположение имущества и оборудования на достаточном расстоянии от внутренней поверхности оболочки).
Но гибкость — это также современный, развивающийся и характерный для пневматических сооружений композиционный принцип, который означает применительно к воздухоопорным оболочкам изменение формы во времени и в пространстве, способность сооружения к трансформации, возможность дальнейшего роста, развития и перемещения объекта, а также универсальность использования внутреннего пространства, т. е. гибкость изменения внутренней планировочной структуры.
Возможность создания пневматических оболочек грандиозных размеров, характерное для них отсутствие конструктивных членений, а также привычных архитектурных деталей, деталей-знаков, деталей-символов, достаточно четко обозначающих для зрителя масштаб сооружения, особенно остро ставит перед архитектором проблему масштабности. Подобная ситуация может привести или к непониманию формы архитектурного сооружения, или к прямому протесту против нее, потому что «гармония формы, достигнутая вне связи с ассоциациями, не затрагивает глубин человеческого сознания, не обращена к тому, что хранится в памяти человека» [8]. Возникает трудность установления масштабных соответствий. Архитектор, работающий над этой проблемой, должен находить специальные средства выявления масштаба пневматических оболочек.
Укрупнение масштабных соотношений выдвигает другой композиционный принцип проектирования пневматических сооружений — поиск соразмерности, который определяется как «соизмерение архитектуры с человеком, как учет закономерностей его восприятия и как связанная с этим мера разнообразия и единообразия архитектурной среды» [9]. Сверхкрупный масштаб оболочек требует введения элементов, обеспечивающих согласованный переход к более мелкому масштабу, рассчитанному на восприятие человеком с близких точек зрения. На этом пути одним из ключевых приемов выявления основных элементов композиции остается контраст. Из многочисленных видов контрастных сочетаний (например, контрастное сопоставление формы оболочки с фоном массовой застройки города, строгой геометричностью промышленной зоны или построек традиционной тектоники; сопоставление мягкого и жесткого — оболочки и жесткой конструкции входа и т. п. ) для поиска необходимых масштабных соотношений основное значение будет иметь контрастное соотношение оболочки по величине и форме к другим, более мелким элементам композиции. Эта задача относится к одной из труднейших, так как пневматические оболочки в силу своих конструктивных и тектонических особенностей обладают цельностью и единством характера формы, сложностью получения мелких членений, значительной зависимостью характера цветовых пятен от системы раскроя и т. п. В этих условиях указателями масштаба в зависимости от точки зрения могут выступать разные элементы: для дальних точек зрения — окружение и сама форма сооружения, для ближних — детали формы, технические элементы, цветовые акценты.
Сила воздействия всех этих элементов на зрителя будет в значительной степени зависеть от их размеров, пропорций, геометрической формы, характера освещения и окраски. Таким образом, художественная выразительность пневматического сооружения определяется формой, деталями формы, техническими элементами, светом и цветом, природным окружением.
Формы пневматических сооружений характеризуются прежде всего мягкостью, плавностью, криволинейностью очертаний — свойствами, заложенными в самом конструктивном, тектоническом принципе пневматических оболочек. Такие свойства формы облегчают достижение главного композиционного качества сооружения— целостности, единства характера формы, но затрудняют ее пропорционирование, использование ритмических членений, ограничивают пластические возможности формы и поверхности, сужают диапазон объемно-пространственных решений, построенных на контрастных сопоставлениях. Трудности пропорционального членения пневматических оболочек различных форм, лишенных привычных архитектурных элементов и деталей, приводят к тому, что в процессе восприятия их формы важную роль начинает играть силуэт сооружения, который несет в себе значительную долю общей информации и оказывает существенное влияние на эмоциональный характер оценки этой информации.
Художественный язык архитектуры приобретает новые черты. Кривая линия выступает как самостоятельный эстетический элемент, открывая возможность создания пластически богатой архитектуры, архитектуры-скульптуры. Говоря о тентовых конструкциях, Курт Зигель отмечает; «Проектирование палаток скорее является делом скульптора с хорошим чутьем пластической формы, чем делом инженера» [10]. Эта идея может быть целиком и даже с большим основанием отнесена к пневматическим сооружениям.
Действительно, анализ истории развития пневматических сооружений и конструкций показывает, что большинство получивших широкую известность, имеющих неоспоримые архитектурные достоинства пневматических сооружений, отличается от массовых, серийно выпускаемых оболочек именно необычностью их очертаний (силуэта), скульптурностью формы. Американский архитектор В. Ланди, проектируя пневматическую оболочку над помещением закусочной для одной из выставок, предварительно лепил ее модель из пластилина. Будучи одним из пионеров в области создания оригинальных архитектурных форм пневматических сооружений, он представляет себе «надувные конструкции как новое средство, позволяющее создавать огромные архитектурные скульптуры и пространства для человека с крупными, великолепными штрихами. Это подобно новой палитре для художника» [11].
В зависимости от характера формы можно выделить различные точки зрения, с которых силуэт воспринимается лучше или хуже. Так, для восприятия с высоких точек зрения в качестве силуэта может выступать также и контур плана (например, в ряде моделей Ф. Отто, выставочном павильоне «Атомы для мира» В. Ланди и т. п.).
План, или «пятый фасад», приобретает в современной архитектуре все большее значение, особенно для большепролетных пневматических сооружений, где сама оболочка здания составляет основу его композиции и должна быть поставлена в наилучшие условия восприятия.
Следующей важной композиционной особенностью пневматических воздухоопорных оболочек является ярко выраженная ин- дустриальность их заготовления, проявляющаяся в характере материала и его окраски (ткань, пластмассы), в типовых элементах конструкции: одинаковом размере полотнищ ткани, стандартизованных элементах входов и узлов крепления, серийно изготовляемом комплектующем оборудовании (вентиляторные и отопительные установки и др.), а также в самом процессе эксплуатации (необходимость постоянной работы механизмов, обеспечивающих поддерживание проектной формы сооружения и определенных эксплуатационных характеристик). Эта особенность требует от архитектора находить такие художественные средства, которые одновременно с выражением определенного способа производства всего сооружения или отдельной его детали не противоречили бы задуманной эстетической идее и не снижали бы ее значимости в общем композиционном строе всего сооружения, тем более, что высокая степень индустриальности и ярко выраженная тектоничность пневматических сооружений ограничивают применение матери ало- емких декоративных пластических средств, оставляя проектировщику основные средства — свет и цвет.
Для пневматических сооружений особенно важен точный учет распределения светотени по их поверхности, имеющей, как правило, довольно большой радиус кривизны. Из-за малой кривизны поверхности распределение светотени на оболочке получается очень мягким и плавным, а границы тени — расплывчатыми и неяркими. Форма, как уже говорилось, выявляется в основном за счет силуэта. Усилить выявление формы светом можно путем образования на поверхности оболочки активно выраженного рельефа (с помощью канатов, диафрагм, оттяжек). Игра светотени на рельефе и ритмическое перспективное сокращение его элементов способствуют более четкому прочтению формы сооружения и его композиции.
Совершенно новой композиционной особенностью пневматических сооружений является возможность делать на их поверхности просвечивающие полосы или вставки любой формы и любых размеров, как связанные, так и не связанные с раскроем оболочки, но не ограниченные конструктивными рамками переплетов. Одновременно с этим можно встраивать в оболочку и окна обычного типа в жесткой раме или прикреплять оболочку к несущей застекленной раме или жесткой остекленной конструкции. Кроме того, вся поверхность воздухоопорной оболочки может быть сделана совершенно прозрачной. Возникло новое тектоническое свойство, присущее исключительно пневматическим конструкциям — прозрачная конструкция. Так, если в традиционных зданиях для создания нужного уровня естественного освещения в интерьере необходимо было делать специальный достаточно прочный каркас, способный нести на себе значительную площадь остекления, то в пневматических сооружениях сама просвечивающая поверхность является несущей конструкциёй. Роль каркаса и остекления выполняет одна и та же оболочка. Окном становится все сооружение.
Только пневматические сооружения позволили, наконец, осуществить извечную мечту архитекторов о единстве природы и архитектуры, когда сооружение, выполняя свою основную миссию создания определенного микроклимата и защиты от вредного воздействия многих факторов окружающей среды, в то же время остается полностью раскрытым в природное окружение. Полностью прозрачная оболочка, лишенная каких-либо конструктивных непрозрачных элементов кроме едва заметных швов, представляет собой яркий пример подобного рода. В то же время продуманное применение прозрачных материалов в сочетании с непрозрачными делает пневматические оболочки зрительно очень легкими, позволяя создавать у наблюдателя ощущение буквально парящего в воздухе сооружения.
Оболочки, выполненные целиком из полупроницаемого для света материала, раскрыли для архитекторов неожиданное направление светотеневого оформления интерьера. Такие оболочки оказались в роли светотеневого экрана, подобно экрану в театре теней. Окружающий ландшафт и постройки, особенно в утренние и вечерние часы, когда солнце стоит невысоко над горизонтом, отбрасывают на поверхность оболочки тени, четко читающиеся с внут- реннней стороны сооружения. Возникающая картина теней не остается постоянной, а меняется как по форме, так и по цвету по мере движения солнца по небосклону. Это явление также активно способствует созданию ощущения единства наружного и внутреннего пространства, но на принципиально новой основе (рис. 4).
Искусственное освещение интерьера пневматических сооружений также имеет свою специфику, обычно редко учитываемую на практике. Чаще встречается формальное отношение к устройству и размещению светильников, что снижает качество архитектуры пневматических сооружений. К характерным недостаткам можно отнести следующие: случайное размещение источников света, не связанное с архитектурным решением внутреннего пространства сооружения; неправильный выбор типа светильников и характера освещения; недостаточные уровни освещенности; отсутствие стилистического единства в архитектуре светильников и сооружения, а также осветительных установок и арматуры, специально разработанных для размещения под пневматической оболочкой; игнорирование широких эстетических и формообразующих возможностей, которое несет в себе применение пневматических отражателей, абажуров, люстр и т. п. Конечно, то обстоятельство, что воздухоопорная оболочка не приспособлена по своему конструктивному принципу для прокладки тяжелых осветительных и других коммуникаций, несколько ограничивает число решений, предусматривав ющих размещение светильников на внутренней поверхности оболочки, однако число других возможных вариантов устройства освещения исключительно велико. Из них представляет интерес освещение оболочки светильниками, вмонтированными в пол, а также установленными снаружи, когда внутреннее пространство освещается светом, проходящим сквозь оболочку, и применение пневматических световодов.
Выбор определенной системы искусственного освещения требует особой ответственности от архитектора, проектирующего воздухоопорное сооружение из светопроницаемых материалов, так как свет, проходящий наружу сквозь оболочку, оказывает существенное влияние на выявление и формирование «ночного фасада» сооружения.
Одним из важных элементов в композиции пневматических сооружений являются входы. Сама по себе пневматическая оболочка, будучи выполненной из однородного, нередко одноцветного материала, не имеет на своей поверхности заметных акцентов. Чаще всего роль активных композиционных акцентов выполняют входы. Поэтому характер их архитектурного решения оказывает значительное влияние на общее впечатление от всего сооружения.
Один из вариантов решений входов, а именно входы, полностью заглубленные в грунтовую насыпь, представляет особый интерес, поскольку грунт, будучи очень «пластичным», «скульптурным» материалом, не связанным строгими конструктивными рамками, позволяет очень гибко и неповторимо разрешать стоящие перед проектировщиком архитектурно-художественные и планировочные задачи. , Для пневматических оболочек, устанавливаемых стационарно, большие архитектурно-композиционные возможности открывает прием совмещения входов в сооружения с вентиляторными и отопительными установками или с подсобными помещениями (раздевальнями, гардеробами, кассами и т. п.). Такое решение помогает сравнительно простыми средствами избавиться от раздробленности композиции и стилевой разобщенности этих основных конструктивных и функциональных элементов пневматических сооружений, усиливает значимость входа и целесообразно во всех случаях, когда позволяет проектное задание и окружающая застройка. Возможность объединить их в одной конструкции дает и некоторые экономические выгоды — в устройстве фундамента, сокращении числа стен и т. п. На рис. 5 показаны возможности применения цвета для создания ярко акцентированного входа, а также особенности построения простых и сложных ритмов с использованием нескольких входов различных конструктивных типов.
Однако чаще всего мы встречаем примеры, когда композиционное размещение входов в большинстве пневматических сооружений не отличается оригинальностью и преследует в основном чисто утилитарные цели. В редких случаях (как правило, в выставочных павильонах) встречаются входы, представляющие собой единое композиционное целое и несущие существенную эстетическую нагрузку. Недооценка композиционной значимости входа выступает со всей очевидностью как в недостатках системы их размещения, так и в неудачном применении цвета, плохом качестве изготовления ряда деталей и узлов стыковки отдельных элементов конструкции входа между собой и с сооружением в целом.
Вход в сооружение — один из основных элементов, дающих правильное ощущение масштаба. Кроме него, в качестве указателей масштаба выступают также и конструктивные элементы оболочки. Это прежде всего анкерные устройства и силовые пояса, вентиляторные и отопительные установки, усиливающие канаты, диафрагмы, оттяжки и швы. Конструкция, характер архитектурного решения силового пояса часто определяют тектоническое звучание всего сооружения в целом. Силовой пояс — тот элемент сооружения, где усилия от покрытия, оболочки передаются на фундамент. Проводя параллель с традиционными формами архитектуры, можно сказать, что катенарный силовой пояс подобен ордерной системе. Во все времена тектонику сооружения особенно ярко выявляли те элементы сооружения, где происходила передача усилий от одной части конструкции на другую. Так, в ордерной системе такими элементами были капитель и база, где нагрузки от перекрытия через колонны передавались на основание, фундамент сооружения. Развивая это сравнение дальше, можно сказать, что прямой кромочный силовой пояс воздухоопорных зданий с использованием контурных труб представляет собой стеновую систему, катенарный пояс —аркады, а оттяжки — колонны. Однако существенное отличие заключается в том, что в классической ордерной системе колонна (стена) всегда вертикальна по направлению силы тяжести (гравитации), а в пневматических сооружениях колонны— тросы — могут принимать любое положение в зависимости от направления действующего усилия.
Перед архитекторами возникла задача передать в художественно-образной форме эффект отрыва от земли, парения, удержания оболочки. Значительный эффект в этом отношении дает использование катенарных силовых поясов, которые являются одним из важнейших элементов архитектуры пневматических оболочек, помогают выявить тектонику и форму сооружения, указывают масштаб, образуют необходимый ритмический строй и пропорциональные отношения частей. На рис. 6, а и б видно, что применение даже простейшего катенарного пояса позволяет улучшить тектоническую характеристику оболочки «чистой», гладкой формы, показать работу конструкции. Введение цвета в тот же катенарный пояс зрительно усиливает отрыв оболочки от земли (рис. 6,в), а применение катенарных кривых разной высоты дает возможность построить выразительный метро-ритмический ряд (рис. 6,г). Сочетание обычного катенарного силового пояса и катенарно-тенто- вого, особенно при наличии канатных оттяжек, может давать многоплановое глубинно-пространственное решение даже очень простой в своей основе пневматической формы (рис. 6,с? и ж). Кате- нарные кривые нарастающего ритма могут подчеркивать место расположения входа в сооружение (рис. 6, е).
На первых этапах развития пневматических конструкций, когда вопросы экономики и проблемы отработки основных конструктивных решений узлов и деталей отодвигали на задний план архитектурно-художественные задачи, было преждевременным ставить вопрос об организации специализированных предприятий по производству комплектующего оборудования, узлов и деталей на высоком эстетическом уровне. Однако в настоящее время, при массовом серийном производстве пневматических сооружений, такая задача становится весьма актуальной. Многие конструктивные элементы этих сооружений часто заимствуются из других областей техники и машиностроения, что отрицательно сказывается на общем впечатлении от всего сооружения. К таким элементам можно отнести анкеры, коуши, крепежные узлы для оболочки и другие детали силовых поясов, вентиляторные и отопительные установки, входы и их детали и т. п. Если наладить их специализированное изготовление, может получиться так, что промышленное производство этих элементов и узлов большими сериями на заводах породит их унылое однообразие. Здесь уместно привести следующее высказывание: «Штамп, шаблон, унылую похожесть порождает не стандартизация, а примитивная технология» [12].
Другой важной проблемой проектирования и строительства пневматических сооружений является создание специальных материалов с заранее заданными свойствами по заказу архитекторов. «Изготавливать массовую промышленную продукцию только по заказам зодчих, только необходимого ассортимента и качества — это требование времени, которое заставляет нас ломать старые привычки и традиции» [12]. Необходимость такой ломки старых привычек и традиций наиболее остро чувствуется в архитектуре пневматических сооружений, широкое развитие и распространение которых оказалось возможным благодаря появлению полимерных строительных материалов, созданных на основе новейших достижений химии.
И если говорить об архитектуре пневматического здания, о единстве стиля, то художественное решение даже небольшой детали, передача через ее форму действующих в ней усилий и характера тектоники всего сооружения, а следовательно, и стиля имеет большое значение для цельности его эстетического восприятия. Так, фальшивое звучание даже одной ноты может испортить впечатление от прослушивания всего музыкального произведения.
Вывод может быть только один — дальнейшее совершенствование архитектуры пневматических воздухоопорных сооружений должно идти при широком участии архитекторов в их проектировании и строительстве на основе создания специализированных производственных объединений, комплексно решающих все проблемы производства оболочек.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кандилис Ж. Формы и функция.— В сб.: Зодчество, № I. М., Стройиздат, 1974.
2. Буров А. К. Об архитектуре. М., Стройиздат, 1960.
3. Бегенау 3. Г. Функция, форма, качество. М., Мир, 1969.
4. Ясуо Уесака. Павильон США. Проспект фирмы Тайо Когио.
5. Ермолов В. В. Воздухоопооные здания и сооружения. М., Стройиздат, 1980.
6. Отто Ф., Тростель Р. Пневматические строительные конструкции. М., Стройиздат, 1967.
7. Пневматические конструкции воздухоопорного типа. (Под ред. В. В. Ермолова. М., Стройиздат, 1973.
8. Шевелев И. Ш. Логика архитектурной гармонии. М., Стройиздат, 1972.
9. Кириллова JI. И. Основные принципы композиции.— В кн.: Композиция в современной архитектуре. М., Стройиздат, 1973.
10. Зигель К. Структура и форма в современной архитектуре. М., Стройиздат, 1965.
11. Lundy V. A. Architectural and sculptural aspects of pneumatic structures — Proceedings of the 1st International Colloquium on pneumatic structures, Stuttgart, 1967.
12. Айрапетов Д. П. Материал и архитектура. М., Стройиздат, 1978.
В. Ермолов, У. У. Бэрд, Э. Бубнер и др., Пневматические строительные конструкции, М., 1983