Сооружения современных технологий. Пространственные системы.

Пространственные трубчатые и стержневые конструкции.

Растрово–модульные системы.

Геодезические купола.

Новейшие материалы – новая архитектура. Пластмассы. Стекло. Дерево.

Пневматические оболочки: пневмокаркасные и воздухоопорные конструкции.

Сооружения из пластмасс

Вторая половина XXвека прошло под знаком создания градостроительства в пространстве. Говоря о пространственной архитектуре, мы в известной степени допускаем неточности, поскольку архитектура всегда была пространственной, во всяком случае, с того момента как человек покинул пещеры. Первые люди для защиты от диких животных ставили свои жилища-шалаши на столбы-сваи. Небоскреб, - детище нового времени созданное человеком развивается по вертикали. Но чтобы попасть с 30 этажа на 40 соседнего здания необходимо опустится вначале вниз и лишь, затем подняться вновь. Так возникает идея связи между группами высотных зданий в уровне разных этажей. Город начинает развиваться как пространственная структура. Технические средства, которыми человечество располагает сегодня позволяют осуществлять, то что еще вчера казалось невозможным.

Повсюду в мире развивается движение, ратующее за градостроительство в пространстве; и хотя оно пока находится в стадии изысканий. Однако уже можно выявить главные его направления. В основе пространственной архитектуры лежит конструктивная система, обеспечивающая восприятия пространственно распределенных усилий совместно работающими элементами несущей конструкции. Они дают возможность перекрывать большие площади без промежуточных опор. Начало исследованиям пространственных конструкций положил французский инженер Роббер Ле Риколе. В большинстве случаев их практическое применение основано на его исследованиях и теоретических разработках.

Первоначально эти эксперименты были лишь этапом на пути создания конструкций сверх легких сооружений. Разработка пространственных конструкций открыло перед архитекторами исключительно плодотворное пространство деятельности. Традиционное представление о прямолинейном направлении действия сил в несущих конструкциях привело к мысли о распространении сил в пространственных системах, все элементы которых работают совместно. Разработка на этой основе конструкции имеет то преимущество, что, несмотря на малый собственный вес. Обладают большой прочностью и устойчивостью. В этой области открываются широкие перспективы и многие из этих конструкций уже прошли проверку практикой. Применяемые на практике системы отличаются в основном геометрическими начертаниями пространственной решетки; все они обладают большой устойчивостью. Пространства между плоскими и растянутыми или сжатыми стержневыми элементами таких конструкций могут быть заполнены самыми разнообразными способами.

Монтаж конструкций известных по новейшим разработкам, состоит из множества одинаковых нормализованных элементов заводского изготовления, монтаж которых осуществляется легко и быстро.

И хотя разработка пространственного градостроительства по прежнему остается уделом архитекторов - утопистов и мечтателей. Сама идея таких конструкций уже достаточно прочно вошла в практику строительства и дизайна, от детских игровых площадок до небоскребов.

Конструкции из металлических стержней состоят из основного элемента решетчатой конструкции – стержня, выполняемого из различных видов стали (крупного проката, труб, профилированной стали и т. д.). соединение стержней в узлах при помощи болтов или сварки по определенным геометрическим принципам обеспечивает разнообразие стержневых конструкций, образующих формы различных очертаний. Так плоские стержневые покрытия получают при помощи системы стержней, размещаемых в различных направлениях. Перекрестно-ребристые покрытия состоят из систем решетчатых балок либо ферм, пересекающихся в двух или трех направлениях. Плоские стержневые покрытия используют для зданий, имеющих значительные размеры в плане. Проект зала для собраний, выполненный Мис ван дер Роэ, предусматривал размеры в плане 220 х 220 м. при высоте помещения, равной 34 м, и и конструктивной высоте покрытия, равной 9 м. Пространственные формы различных очертаний образуются стержнями, размещенным по кривым поверхностям и образующими жесткие пространственные конструкции. Шедевром зданий такого типа, стал стадион в Пекине построенный к олимпиаде, и названный «Птичье гнездо».

Конструкции из сборных монтируемых стержней применяются переносных сооружений временного типа (складов, переносных выставочных и торговых сооружений и т.д.), а также для перекрытия крупно пролетных промышленных зданий, залов театров. Спортивных сооружений, торговых центров и т.д.

Принципы каркасных сооружений сегодня доминируют в архитектурном, средовом и выставочном дизайне. Громадное значение приобрели пространственные структуры при создании выставочно-экспозиционных комплексов, дающие безграничные возможности архитекторам и дизайнерам в процессе формирования громадных пространств и интерьерных комплексов. Структура, образуемая каркасом примечательна не только функциональными возможностями, но и декоративным богатством своей пространственной геометрии.

Наиболее распространенной схемой решения пространства в настоящее время является растровая система, при которой создается несущий каркас, как бы обозначающий границы модульных ячеек, внутри которого располагается предметный экспозиционный комплекс. Главная роль каркаса состоит в зрительном членении пространства или площади на основе метрического ряда. Принцип модульной сетки – простейшие геометрические формы: квадрат, прямоугольник, треугольник, шестиугольник. Повторяясь в сериях или различных сочетаниях, структура может иметь бесчисленное количество вариантов. Характерные качества конструктивных систем, созданных на базе растровых структур, - функциональность, простота, удобство транспортировки, способность к трансформации, ограниченное количество элементов модулей.

К наиболее наглядным примерам организации пространства с помощью растровых конструктивных систем относится каркас по типу строительных лесов.

Конструктивная идея строительных лесов необычайно проста. Фактически это отрезки трубы и специальные замки-хомуты, надежно фиксирующие соединение труб в любом месте. Выбор типа конструкций определяется многими факторами: во-первых, образным соответствием теме ансамбля. Во-вторых, экономическими и производственными соображениями. Пространственная конструктивная система по типу строительных лесов обладает свойством создавать растровые структуры в так называемой свободной геометрии, образовывать сложные и криволинейные формы. Фрикционные зажимы на трубах дают возможность устанавливать диагональные растяжки, что решает проблему конструктивной жесткости. Это особенно важно для сооружений на открытых пространствах, подверженных ветровым нагрузкам.

Эксперименты со стальными стержнями были этапом на пути к созданию конструкций сводов-оболочек. Они были подхвачены и получили развитие в таких сооружениях, как многогранники Бакминстера Фуллера. В его выставочном павильоне вместо бетона над стальным каркасом была натянута легкая нейлоновая пленка. Вскоре, подобные конструкции получили широкое распространение в архитектурной практике. Многогранники получили наименование - «геодезический купол». Считают, что за последнее время он может стать одной из самых распространенных конструкций.

В чем суть геодезического купола? Этот купол, собранный из относительно небольших сборных элементов заводского изготовления в форме тетраэдра. Элементы, изготовленные из металла, пластмасс, картона, стекловолокна или бамбука, поддерживаются стальной сеткой. Купола небольших размеров превосходно служить в качестве аварийного жилища, а крупные купола позволяют создавать условия для кондиционирования воздуха на участках большой площади. Купола могут достигать гигантских размеров; их изобретатель Бакминстер Фуллер предложил проект купола из просвечивающихся пластмасс, покрывающего весь остров Манхэттен. Таким образом, инженерное решение геодезических куполов дает возможность покрыть колпаком целый город, построенный в условиях непригодного для жизни климата (например, среди полярных льдов или в пустыне), и обеспечить его самой совершенной системой кондиционирования воздуха.

Пожалуй, наиболее «утопическим» предложением Бакминстера Фуллера (при этом надо помнить, что многие его идеи были претворены в жизнь) следует считать возведенную по принципу геодезического купола светопропускающую сферическую оболочку вокруг земного шара; центр тяжести оболочки, по замыслу автора, совпадал бы с центром тяжести земли.

Разумеется, воплощение этого проекта человечеству пока не по силам. Наибольший геодезический купол диаметром 117 метров Фуллером в Батон-Руже (штат Луизиана) в 1958 году. Преимущество маленьких куполов заключается в их необычайной легкости. Их можно доставлять на место вертолетами, а в случае невозможности посадки можно спускать на парашюте. Монтаж их чрезвычайно прост и может быть осуществлен не специалистами.

В 1959 году геодезический купол был применен при строительстве одного из павильонов американской выставки в Москве. Диаметр этого алюминиевого купола на отметке земли составлял 60 метров. Необычайный купол произвел большое впечатление и его решили приобрести. Подобные купола построены во многих городах мира.

Основной тенденцией архитектуры последних десятилетий становится архитектура, теряющая вес, которую можно быстро перемещать на любые расстояния. Такая архитектура дает человеку больше независимости от привязанности к определенной территории, властей иных общественных условностей. Массовые мероприятия молодежи: концерты и неформальные митинги в совершенно неподготовленных местах требуют мгновенной подготовки для их проведения и сворачивания. Освоение новых неизведанных территорий земли и его изучение без большого вреда для окружающей среды, требует быстро монтируемых, невесомых сооружений. Одной из таких конструкций является пневматически стабилизированные конструкции.

Необходимо упомянуть еще один тип архитектурных конструкций, вошедший в практику работы архитекторов и дизайнеров, при формировании временного и мобильного жилища, временных выставочных и складских помещений, ангаров, детских игровых конструкций и даже мебели и многих других изделий, отличающихся быстротой монтажа и минимальным собственным весом, это пневматически стабилизированные оболочки.

Пневматически стабилизированные конструкции, (наполненные сжатым воздухом оболочки из ткани или синтетических пленок), за недолгий срок из использования достаточно хорошо зарекомендовали себя. Они получили распространение особенно при устройстве временных, передвижных сооружений самого различного назначения – от резервуаров и складов до передвижных зрелищных сооружений (цирков, театров, выставочных павильонов и пр).

Появились эти конструкции не сегодня. Уже давно был построен воздушный шар братьями Мангольфер, а в первую мировую войну успешно использовались аэростаты, дирижабли и цепеллины. Прототипами создания надувных плавучих конструкций стали надувные бурдюки, применяемые древние шумерскими воинами для переправы через водные преграды. Всё это послужило основанием создания новых конструкций выполняемых из новейших не тканных синтетических материалов, высокой прочности, а также мощных воздуходувных установок, компрессоров и насосов малого размера.

Принцип работы пневматически стабилизированных конструкций состоит в разности давлений возникающих на границе газообразной или жидких сред. В этот момент конструкции, состоящие их гибких, эластичных тканей испытывают усилия натяжения. В этот момент стабилизирующее тело играет роль конструктивного элемента.

Чаще всего принято различать воздухоопорные (Airinflate) и пневмокаркасные(Airsupport) конструкции. Воздухоопорные – это такие конструкции, в которых основной объем, изолированный от внешнего пространства заполняется избыточным давлением воздуха или иного газа (подобно воздушному шарику) или внутри которого имеющего жесткий несущий контур возникает отрицательное давление. Они бывают с одинарной изолирующей мембраной или с двойной мембраной(подобно велосипедному колесу.

Пневмокаркасные конструкции – это такие конструкции, в которых, что ясно из их наименования существует трубчатый каркас, заполненный избыточным давлением газа.

Конструкции различаются главным образом по их несущей способности и форме. Они могут быть прямолинейными и сводчатыми.

К достоинствам пневматически стабилизированных оболочек можно отнести малый вес и небольшой объем при транспортировке, что часто становится важным фактором при выборе системы. Не менее важен размер сооружения при выборе системы и формы каркаса. При увеличении высоты сооружения, возрастает ветровая нагрузка, что иногда бывает не безопасно, или требует добавочной, надежной системы раскреповки и анкерного закрепления.

К основным недостаткам конструкции можно отнести большие расходы на отопление и поддержание достаточного подпора воздуха.