Раздел 1 Основы архитектурного материаловедения
Глава 1
Взаимосвязь архитектуры и строительных материалов
Свою вещественную форму архитектура обретает с помощью материалов — основы развития новых конструктивных структур. В условиях научно-техниче- ского прогресса роль материальной базы архитектуры неуклонно возрастает. Материалы, оставаясь одним из главных средств решения задач, выдвигаемых архитектурой, в современных условиях не только определяют осуществимость творческого замысла и реальность новых архитектурных форм и конструктивных систем, но и в большей, чем когда либо прежде, степени обуславливают характер и эстетическую выразительность формы, экономическую и функциональную целесообразность сооружения и, наконец, являются мощным объективным стимулом развития современной архитектуры.
Виды, свойства примененных материалов взаимосвязаны с процессами создания, развития и восприятия архитектурной формы (собирательный образ, информирующий о функциональном, структурном содержании и эстетических характеристиках здания, сооружения).
История материальной культуры человечества на протяжении многих тысяч лет свидетельствует, что зодчие понимали необходимость учета свойств используемых материалов при создании архитектурных образа и формы. Современному архитектору недостаточно знать, из каких материалов можно осуществить его проект. В настоящее время, когда материальная палитра весьма представительна, здания и сооружения можно строить из многих взаимозаменяемых материалов. При этом условия жизни, в т.ч. работы, человека могут быть одинаковыми с эксплуатационно-технической точки зрения. Но, в зависимости от вида материала, восприятие среды, эстетики зданий и сооружений будет заметно иным. Архитектор должен представлять, что его творческому замыслу соответствуют только определенные материалы, а часто — лишь один материал.
На протяжении истории архитектуры традиционные формы менялись (и особенно заметно в XX в.) под влиянием новых материалов.
Вплоть до XX в. при строительстве зданий и сооружений использовались преимущественно материалы, которые выдерживали значительные нагрузки при сжатии, но обладали сравнительно невысокой прочностью при изгибе и растяжении. Зодчие не могли не учитывать упомянутые свойства материалов при создании архитектурных форм, отличавшихся, соответственно, тяжестью и массивностью. Например, в истории архитектуры можно выделить период, когда одним из основных материалов был природный камень. И не случайно именно он использовался в древности для возведения культовых сооружений (гробниц, храмов). Свойства природного камня позволяли перекрывать им лишь весьма ограниченные внутренние пространства сооружения. Тяжелые, массивные формы из природных каменных материалов, преобладающие над внутренним пространством, обеспечивали сооружению монументальность, величие, подавляли простого смертного размерами и массой. Таковы храмы и пирамиды Древнего Египта. Каменоломни располагались во многих местах долины Нила: там добывали гранит, диорит, базальт, песчаник, известняк и другие природные камни. Их масса была огромной по сравнению с внутренним объемом сооружения, конструктивное решение которого было достаточно простым (рис. 1).
INCLUDEPICTURE "media/image1.jpeg" \* MERGEFORMAT
Прошли столетия, и определенные архитектурные формы из природного камня стали достаточно легкими. Речь идет о периоде готики, который многие архитекторы справедливо называют вершиной зодчества из природного камня. Но характерные свойства этого материала остались прежними. В результате строительство сооружений, в которых зодчие стремились преодолеть эти свойства, было чрезвычайно сложным и длительным. Желание при создании образа массивного здания учесть свойства природного камня характерно и для многих современных архитекторов.
В течение многих тысяч лет свойства используемых материалов не позволяли архитекторам создавать конструкции, воспринимающие значительные изгибающие и растягивающие усилия. И только в XX в. в строительство были широко внедрены материалы, обладающие высокими прочностными показателями при изгибе и растяжении. Например, применение металла в вантовых конструкциях, в которых основные несущие элементы — тросы — работают на растяжение, позволяет перекрывать огромные площади пространств различной формы. Расход материала при этом минимален так же, как и при использовании оболочек из пластмасс (рис. 2).
INCLUDEPICTURE
"media/image2.jpeg" \* MERGEFORMAT
Зодчие и древности, и средневековья при создании жесткого остова сооружения уже применяли каркас, покрывающийся более легкими материалами. Однако форма и размеры сооружений были весьма ограничены. Использование металла или железобетона для современных каркасных конструкций позволяет получать практически любые заданные формы сооружений разнообразных размеров.
Античные зодчие не создавали высоких отдельно стоящих опор: свойства материалов, применявшихся в древности, не позволяли жестко соединить опору с основанием. Современные высотные металлические или железобетонные опоры (радио- и телевизионные башни), жестко заделанные в основании, наглядно демонстрируют конструктивные возможности материала (рис. 3). Архитектурные формы отдельных частей, конструкций зданий, построенных в древности или даже в начале прошлого века, существенно отличаются от современных. Стеновые, стоечно-балочные, каркасные и другие конструкции неузнаваемо изменились под влиянием новых строительных материалов, рациональное применение которых позволило создать принципиально новые конструктивные системы.
Некоторое представление о влиянии вида материала на архитектурную форму студенты могут получить, выполнив в процессе учебного проектирования макет объемно-пространственной композиции. Формы и внешний вид объемов могут заметно меняться, если упомянутый макет изготовлять с учетом возможного использования (для данной композиции в известном масштабе) определенного материала (рис. 4).
Важно, что при современных технологиях особенно отчетливо проявляется не только влияние материалов и их свойств на создание и развитие архитектурных форм, но существует и обратный процесс. Проблемы производства материалов с заранее заданными свойствами могут успешно решаться уже сейчас.
INCLUDEPICTURE
"media/image3.jpeg" \* MERGEFORMAT
Восприятие архитектурной среды связано, прежде всего, с восприятием архитектурной формы. Огромное значение при этом имеют виды используемых материалов и их характеристики.
Эмоциональное воздействие архитектурной формы в значительной мере связано с фактурой, цветом, характером рисунка лицевой поверхности примененных материалов. Именно эти характеристики оказывают большое влияние на соответствующий зрительный образ, они — мощное, активное и мобильное орудие в руках архитектора, позволяющее усилить, развить, акцентировать основную идейно-художественную задачу проекта.
Зодчие Древней Руси, работавшие в Новгороде, в основном, в условиях пасмурной погоды, мягкого рассеянного света, который нивелирует светотеневые контрасты, использовали крупные объемные формы материалов с крупным выразительным рельефом.
Архитекторы Древней Греции умело пользовались цветом материала. Например, для выделения при ярком солнце деталей ордера в тени их окрашивали.
Впечатление тяжести или легкости, пластичности, плотности архитектурной формы связано с характером лицевой поверхности материала. Несущая способность стеновой конструкции, нарастание напряжений в нижних частях стены хорошо выражаются при облицовке цоколя природным камнем с ударной гру- борельефной фактурой. Логично, если высота рельефа на лицевой поверхности материала для облицовки средних этажей снижается, а для верхних этажей применяется материал с гладкой фактурой. В этом случае характер обработки лицевой поверхности материала показывает, что нижние плиты природного камня словно раздались под тяжестью сооружения, выдерживая значительную нагрузку, которая убывает снизу вверх (рис. 5).
INCLUDEPICTURE
"media/image4.jpeg" \* MERGEFORMAT
С психологической точки зрения, вне зависимости от эстетических характеристик материала, заметную роль играют сложившиеся представления человека о таких эксплуатационно-технических свойствах и как прочность, долговечность. Например, архитектурная форма Останкинской телебашни в Москве — одного из самых высоких в мире свободно стоящих сооружений (536,3 м) — может показаться даже грамотному инженеру недостаточно прочной (рис. 6). Первое впечатление о недостаточной прочности усиливается при знакомстве с конструктивными особенностями сооружения — глубина заложения фундамента всего лишь 3,5...4,6 м, верхняя часть башни при ветровых воздействиях может иметь большие колебания. Однако архитектурная форма этого сооружения воспринимается достаточно прочной, ибо при характеристике конструкции подчеркивается, что она изготовлена из монолитного железобетона, стянутого 150-ю мощными семижильными стальными канатами. Вряд ли восприятие архитектурной фор-
INCLUDEPICTURE
"media/image5.jpeg" \* MERGEFORMAT
мы башни было бы аналогичным, если бы сообщалось, что она построена из ка- ких-либо других материалов с искусственной структурой.
Эстетические характеристики материалов для внутренней отделки зданий и сооружений, особенно отделки интерьеров, где человек находится длительное время, часто могут являться решающими при восприятии внутренней архитектурной среды. Выбор цвета, фактуры, рисунка поверхности отделочного материала должен быть непосредственно связан с функциональным назначением помещения, его размерами и композицией. Например, в малых помещениях размер элементов фактуры должен быть ограничен, иначе элементы фактуры и размеры интерьера будут немасштабны, и помещение может восприниматься еще меньшим, чем на самом деле. Материалы с крупными элементами фактуры, рисунка рационально применять для отделки больших помещений. Гладкая фактура отделочного материала, отличающаяся сильным блеском, может искажать восприятие интерьера.
Качество осуществленных архитектурных, дизайнерских проектов, результатов работы реставраторов непосредственно связано с качеством используемых материалов. Качество представляет собой совокупность эксплуатационно-технических и эстетических характеристик. Понятие «комплексное, или интегральное, качество» к указанной совокупности добавляет экономические характеристики. Уместно отметить, что известны результаты исследований в области оценки комплексного качества материалов. Соответствующий квалиметрический анализ помогает решать задачу рационального выбора лучшего материала из сравниваемых (одного функционального назначения).
Экономические показатели архитектурно-строительной, дизайнерской, реставрационной практики так же в большой мере связаны с применяемыми материалами. До 50 % и более совокупной стоимости современного здания, сооружения приходится на стоимость материалов, которую следует оценивать с учетом их будущей эксплуатации. При этом ценность материалов, лицевые поверхности которых воспринимаются в процессе эксплуатации, не должна связываться с их стоимостью. Так, например, можно заменить позолоту на главах православных храмов на более дешевые металлические покрытия или мозаичный паркет в Кремлевском Дворце съездов в Москве на обычные доски. Такие замены будут выгодны экономически, но несомненен моральный, духовный урон.