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).

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).

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.

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).

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-

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.