Вопросы для проверки:

1. Основные свойства и закономерности «искусства строить».

2. Обзор исторического наследия первых строителей.

3. Типы первых, древнейших сооружений.

4. Простейшие конструкции, положенные в основу «искусства строить».

5. Традиционные строительные материалы. Камень. Дерево.

6. Стойка. Балка. Стоечно-балочная система.

7. Характерные примеры стоечно-балочной конструкции в строительстве.

8. Рассмотрение работы элементов стоечно-балочной конструкции.

Лекция №4 Тектоническая организация объемно-пространственной структуры в материальную форму

Первоосновой общественной потребности в архитектуре была необходимость обеспечить физические условия существования и деятельности человека, а тем самым – его биологическое выживание прогресс как социального вида. Постоянные, связанные с физиологией человека и его антропометрическими характеристиками, определяют ряд исходных величин на этом уровне образования потребности. Ими задаются размеры многих элементов сооружений и вещей, которые их наполняют, - ступеней лестниц, проходов, дверей, парапетов, равно как и мебели. Эти размеры складываются в масштабную шкалу, раскрывающую соотношение между величинами сооружений и человеком.

Воплощением функциональной организации объемно-пространственной структуры в материальную форму помогает использование различных строительных материалов и конструкций.

Конструктивная структура в разные эпохи выражалась по-разному. Зачастую, в разных архитектурных стилях и направлениях конструктивная структура выражалась самими архитектурными формами. Примером такого единства конструктивной и архитектурной форм следует считать стоечно-балочную каменную систему дорического ордера древней Греции.

В периоды, когда идейно-художественные задачи становились доминирующими (эпохи барокко и рококо) конструктивная основа, свойства строительного материала скрывались, а иногда даже трактовались в ложном виде, искажая действительный характер работы конструкции.

Почти лишенные орнаментально-пластических деталей плоскости стен новгородских храмов, завершенные полукружиями закомар, полностью соответствовали конструктивной основе сооружения и способствовали художественному выражению монументальности и величественности здания. Плоские лопатки, членящие стену на участки, указывают на наличие внутренних опор – столбов – и наглядно отражают пространственные ячейки, из которых складывается объем храма. Небольшие, углубленные в толщу стены оконные проемы подчеркивают массивность кладки, ее огромную несущую способность..

Столь же ясно выражена конструктивная идея в Палацетто – малом дворце спорта в Риме, построенном П.Л. Нерви в 1967 году. Усилия, возникающие в куполе, словно разложены зодчим на их составляющие и сосредоточены в несущих элементах железобетонной сетки. Подобно прожилкам листа ребра купола образуют жесткую конструктивную систему. твердо стоит на бетонных устоях огромный купол диаметром 60 метров. Размеры его ребер увеличиваются по мере нарастания нагрузок книзу. У земли железобетонные нервюры сливаются в мощные опоры, упирающиеся в фундаментную кольцевую балку. Сочетание устойчивости и легкости конструкции, ее соответствие функциональному назначению и художественному замыслу придают зданию тектоническую выразительность.

В архитектурном произведении, прежде всего, следует четко разграничивать несущие и несомые элементы, т.е. опорные части здания, которые только ограничивают объем.

Очень важно правильно выявить основные опорные и ограждающие части, так как конструкция может состоять из несущих элементов и заполнения, а может совмещать поддерживающие функции и ограждающие, как это имеет место в монолитных стеновых конструкциях. Для этого следует изучить взаимодействие конструктивных деталей, их функции и работу. В период рациональной направления в архитектуре, многие архитекторы (П.Л.Нерви, Ф.Кандела, Э. Торроха и др.) считали, что очертания конструктивных элементов должны соответствовать эпюре моментов.

Среди архитекторов Запада в начале XX века, наиболее последовательно развивал функциональную форму Л. Мисс ван дер Роэ. Очертания построек он приводил к простоте элементарных геометрических тел, к параллелепипедам, в чистоте очертаний которых автору виделось сближение с неким абсолютом. Обезличенная простота наделялась и символическим значением – Мису виделось в ней выражение времени, когда индивидуальность утрачивает значение. Утверждается тенденция к анонимности. Следуя правилу рационального метода – «делить каждое из исследуемых затруднений на столько частей, сколько это возможно», Мисс отделял несущие конструктивные элементы здания от тех, которые служат только для ограничения пространства («здания из кожи и костей»). При этом для наружной стены, которая становится оболочкой, освобожденной от нагрузок. Он использовал стеклянные поверхности, расчлененные только тонким стальным каркасом, соединяющим панели стекла. Стена зрительно дематериализовалась; архитектура сводилась до минимума, до грани исчезновения. Безусловную ценность простоты Мисс утверждал афоризмом: «В меньшем – большее».

Сравним римскую тосканскую и среднеазиатскую колонны. Одна расширяется к низу, другая в самом низу сужается и как бы на одну точку. Какое решение правильное? Оказывается, и то и другое, а архитектурные формы обеих колон рациональны и тектонически оправданы.

Тосканская колонна передает работу каменной опоры на сжатие, а среднеазиатская выявляет шарнирное закрепление деревянной стойки в каменной базе.

Каменная колонна выражает устойчивость, а деревянная – подвижность, возможность смещения во время резких подземных толчков, вызываемых землетрясением. Таким образом, разные конструктивные задачи и возможности материалов обусловили разную архитектурную форму обеих колонн.

Если опирание конструкции шарнирное, то изгибающий момент будет равен нулю и соответственно опорная часть может быть минимальной. Однако это справедливое положение не должно вести к механическому повторению конфигурации эпюры моментов, так как на архитектурную форму влияет много других не мене важных факторов, в том числе и требования стандартизации и унификации элементов. Но стремиться по возможности к совпадению очертания конструктивных элементов с эпюрами моментов необходимо. Во всех случаях соответствие архитектурной формы характеру напряжения материала улучшает работу конструкции и усиливает ее тектоничность.

Характерно, что древнегреческие зодчие, интуитивно ощущая работу отдельно стоящей опоры под воздействием тяжести, утолщали колонны в нижней трети высоты. Благодаря этому ствол колонны казался особенно упругим, уверенно несущим значительную тяжесть. Равновесие между нагрузкой и противодействующим ей опорным элементом достаточно хорошо ощущается человеком. Зрительное нарушение этого равновесия производит неприятное ощущение, так как вызывает впечатление несоответствия силы и реакции, характерное для состояния неуравновешенности.

Некоторые архитектурные формы, например каменная витая колонна, недостаточно или совсем не выражают характер конструктивного решения. в этом случае архитектурная форма приобретает декоративную, а не тектоническую выразительность.

Соответствие формы внешним воздействиям – один из законов природы. Поэтому многие природные формы, приспособившиеся в процессе эволюции к воздействию силы тяжести, ветра, ударов и т.д. , могут служить отправным моментом для разработки строительных конструкций. В современной архитектурной науке получила развитие бионика, занимающаяся изучением законов формообразования и принципов работы конструктивных структур в природе. Еше в 1800 г. Академик К.А. Тимирязев высказал мысль, что роль стебля главным образом архитектурная: это твердый остов всей постройки, несущий шатер листьев, в толще которого, подобно водопроводным трубам, заложены сосуды, проводящие соки. Стебель пшеницы по своим техническим показателям, несущей способности, отношению диаметра к высоте, удельному весу несущих элементов превосходит все достижения строительной техники. Столь же совершенны конструктивные свойства некоторых грибов, морских раковин, лепестков цветка.

В архитектуре имеется немало примеров использования конструктивных качеств природных форм: грибовидные опоры, своды в виде морских раковин. Трубчатые конструкции и т.д. взаимодействие архитектурной формы и природы проявляется в нескольких аспектах: конструктивно-тектоническом (изучение конструктивных систем и принципов устройства живых организмов и растений); климатическом (изучении реакции природных форм на климат и использование их в архитектуре); эстетическом (исследовании эстетических свойств природных и архитектурных форм) и других. Еще древние египтяне и греки использовали в своих постройках природные формы. Представители известной философской школы стоиков считали человека частью природы, а постижение ее законов и их использование в художественном творчестве – необходимостью. В древней Греции ваяние с его культом человеческого тела было очень тесно связано с зодчеством. Великий теоретик древности Витрувий писал: «Если, следовательно, природа так устроила тело человека, что его члены своими пропорциями отвечают его общему начертанию, тол, кажется мне, вполне основательно древние установили то правило, что и при возведении построек соразмерность отдельных частей здания точно соответствовали общему внешнему виду сооружения».

Научное осознание и глубокое изучение функций и структур живой природы стали возможными лишь в середине XX века. Бионические принципы применяются при проектировании конструкций, зданий, архитектурных комплексов и городов.

Многие конструктивно-тектонические системы: балки, колонны, плиты, рамы, складки, оболочки-скорлупы напоминают корни, ветви, стволы и листья растений, скелеты и панцири животных, строение человеческого тела. Так, колонна подобна стволу дерева, консоли – его листья, скорлупа яйца, череп человека или животного сходны с оболочкой, позвоночник животного напоминает балку, жилки листьев – ребристые каркасные фермы, а некоторые листья – плиту.

Изучение реакции растений на климатические влияния (температуру, солнечную радиацию, влажность) помогает решать цикл задач, связанных с учетом этих факторов для архитектурных объектов.

Форма растения очень чутко реагирует на наличие или отсутствие тепла и влаги. Так во влажной среде растения стремятся увеличить возможность усвоения воздуха и поэтому сильно ветвятся, в условиях пустыни поверхность испарения всемерно сокращается, и объем растения становится компактным – экономя запасы влаги.

На основе изучения принципа строения кожицы растений возникло предложение о создании изоляционных материалов и ограждающих конструкций. Приведенные примеры бионического подхода в архитектуре лишь отчасти иллюстрируют его перспективность. В будущем человек еще множество раз обратится к исследованию моделей, созданных природой, и к их творческому применению.

Таким образом, тектоника в архитектуре тесно связана с конструкциями здания и принципами их работы. Понятно, что для устойчивых конструктивных систем со временем выработались определенные приемы тектонического решения.

Особенности архитектурной композиции, ее взаимоотношения с конструкцией.

Разные периоды истории оставили бесчисленные примеры совершенных произведений, поражающих единством эмоционального выражения смыслового содержания и отточенной, гармонической, высокохудожественной формы. Примеры эти не только многочисленны, но и чрезвычайно разнообразны. Многообразие художественных средств, приемов используемых для выражения идеи произведения, объясняется отличием самих идей, так и техническими возможностями, которые определяются многими факторами. Тем не менее, архитектурная композиция характеризуется многими постоянными принципами. Эти принципы, многообразно проявляясь, проверяясь и обогащаясь в течении всего исторического развития архитектуры, приобретали характер объективных композиционных закономерностей.

Архитектурная композиция – это закономерное сочетание объемов и пространства в единую гармоничную архитектурную форму, отвечающую назначению произведения природным и социальным условиям (возможностям строительной техники, требованиям экономики и идейно-художественным задачам своего времени). Выражаясь математическим языком, архитектурная композиция – это функция многих объективных условий. И задача архитектора – используя средства и методы композиции, суметь удовлетворить всем требованиям, объединив объемы и пространство в целостную структуру, обладающую художественной выразительностью.

Средства архитектурной композиции – это объективные свойства материально-пространственной формы, с помощью которых достигается наиболее полое и яркое выражение идеи и содержания архитектурного произведения. Эти свойства формы с их выразительностью человек воспринимает эмоционально (чувственно). Выразительность архитектурной формы – способность ее объективных свойств (содержания) обнаруживаться, проявляться во внешнем виде (в форме). Следовательно, средства архитектурной композиции – это объективные свойства формы ( в том числе и объективные закономерности, используемые как средства организации элементов в единую, устойчивую для восприятия систему), обладающие эмоциональной выразительностью. Итак, целями архитектурной композиции определяются ее задачи, а реализация этих задач осуществляется средствами, соответствующими цели.

Конструктивные системы характерные для малоэтажного строительства.

Технико-конструктивная сторона формирования среды чрезвычайно важна как для успешного функционирования сооружения, так и для раскрытия его художественного образа. Правильный выбор конструктивной системы определяется рядом моментов: материалом (дерево, металл, камень, железобетон, пластмассы и т.д.), композицией внутреннего пространства (многоклеточная структура или безопорное пространство, ограниченное оболочкой и т. д.). в современной архитектуре существует много видов конструктивных форм, но при проектировании зданий небольшой этажности не все они могут быть применены.

Основными типами малоэтажных зданий и сооружений, с проектированием которых сталкиваются студенты первых курсов архитектурно-строительных вузов и студенты изучающие дизайн окружающей среды и интерьера, такие как павильоны, теневые навесы; небольшие общественные здания ( спортивные залы, кафе и клубы); небольшие жилые дома, коттеджи в одном или в двух уровнях и пр. Все указанные типы зданий, несмотря на различное назначение, имеют некоторые общие черты, главной из которых следует считать наличие большого главного помещения и группы небольших обслуживающих помещений, а также, максимальная степень слияния внутреннего и наружного пространства.

Особенности структуры подобных типов зданий обуславливает и специфику их конструкций, резко отличающуюся от конструкций крупных сооружений.

Тектоника стеновых конструкций.

Приемы тектонического решения стеновых конструкций в прошлом основывались на ее работе в сооружении под воздействием сил тяжести.

Высокую стену из сырцового кирпича во избежание расплющивания слоев кладки и для увеличения ее основания внизу делали более широкой. Для более равномерной передачи нагрузки на грунт и создания более устойчивого основания нижние участки стен в античных постройках выкладывались из больших камней.

Однако со временем практическая целесообразность облекается в эстетическую форму. Зодчие начинают подчеркивать художественными средствами – размерами деталей, фактурой, пластикой, цветом массивность, большую несущую способность нижних опорных частей стены. Они стремятся не только достигнуть прочности сооружения, но и показать ее наглядно, добиться «эстетической устойчивости».

Рассмотрим некоторые примеры тектонического решения стеновой конструкции.

Классическим образцом тектонического решения стены служит палаццо Медичи-Рикарди во Флоренции. Несущая способность конструкции, нарастание напряжений в нижней части стены прекрасно выражены в архитектурных формах здания. Нижний этаж палаццо облицован большими камнями с грубо колотой поверхностью и резко очерченными швами; средний -камнями меньшего размера с относительно ровной поверхностью и простой формой руста; верхний – гладкими небольшими плитами с едва различимыми линиями стыков. Нижние слои камней словно раздались под тяжестью, поддерживая огромную нагрузку, которая постепенно убывает вместе с уменьшением размера рельефа камней. Это эмоциональное впечатление работы конструкции усиливается большими размерами нижних арок и закономерным убыванием высоты этажей снизу вверх. Стена на первом этаже кажется массивной и очень толстой, а в третьем – легкой и тонкой. Ощущение небольшой толщины стены способствует малый рельеф обрамлений верхних окон и размещение переплетов почти в одной плоскости с наружной поверхностью фасада.

Вторым примером тектонического решения стены является выражение нарастания нагрузки стены к4низу с помощью ордера.

Внизу располагаются самые устойчивые массивные колонны дорического или тосканского ордера, а а выше – более хрупкие изящные колонны ионического и коринфского ордеров. Облегчение колонн кверху и соответственно зрительное увеличение несущей способности колонн книзу ассоциируется с большей способностью нижних участков стены воспринимать нагрузку. Уже древние римляне использовали этот прием в общественных сооружениях (театр Марцела, Колизей). В эпоху Возрождения он был применен Альберти при решении фасада палаццо Ручеллаи в1451 году и затем получил широкое распространение в архитектуре.

Древнерусские зодчие нашли свои художественные средства для выявления тектоники стены. В доме Коробовых в Калуге (XVIIв.) нижний подклетный этаж словно вдавлен в землю. Широкие лопатки ограничивают каменный подклет, а над ними располагается тонкие спаренные колонки. Лопатка выглядит как основание верхней части здания. Окна внизу меньше, их обрамления проще и они углублены в толщу стены, что указывает на ее значительную толщину. Окна вверху больше, их декоративные наличники занимают почти всю плоскость стены и как бы наложены сверху кладки – толщина стены кажется меньшей. Таким образом, создается впечатление устойчивости сооружения, опирающегося на крепкое массивное основание. Существуют и другие композиционные приемы выявления устойчивости и прочности сооружения. Например, в каменном здании наклон угловых пилонов аркады или их уширение, особенно при значительной нагрузке, оправдано как с конструктивной, так и композиционной точки зрения.

Большой угловой простенок и его эстетическое усиление способствуют не только ощущению устойчивости, законченности форм, Нои конструктивно логичны, учитывая структуру здания, а также расположение и вид окон внутри помещений.

В настоящее время тоже широко распространены конструкции с несущими стенами, эмоциональная выразительность которых усиливается правильным тектоническим решением, но это тема отдельного изучения.