4. Тектоника каркасных сооружений

В народном зодчестве многих стран, где традиционно сложились определенные виды деревянных каркасных систем, стоечно-балочная конструкция послужила основой создания выразительной тектонической архитектурной формы. Сюда относится деревянное зодчество стран Юго-Восточной Азии и Японии, фахверковые постройки западноевропейского средневековья.

Несущей основой фахверковых зданий служил деревянный остов, состоящий из стоек, подкосов и обвязок с заполнением промежутков кирпичом или другим материалом. Часто такая постройка имела массивное каменное основание и сравнительно легкие, нависающие один над другим верхние этажи. Фахверковое строительство отличалось большой экономичностью в использовании материала, гибкостью организации пространства и образования объемной формы.

Консольный вынос балки, не превышающий толщины ее сечения, позволял, не нарушая устойчивости сооружения, выдвигать верхний этаж относительно предыдущего вперед почти на толщину стены. В тех случаях, когда вынос стены было необходимо увеличить, пользовались различного рода подкосами, усиливающими балку. При относительно частом шаге вертикальных опор и их совпадении по этажам обеспечивалась равномерность передачи нагрузок.

Различные системы стоек, балок, ригелей и подкосов, характер их соединения становятся основой выразительных средств фахверковой архитектуры. В четких графичных линиях каркаса на фоне светлой стены отражалась работа материала, его прочность и легкость, напряженность. Скульптурная пластика резных украшений концентрировалась в опорных узлах, что значительно усиливало конструкцию, придавало ей большую значимость и силу.

В результате применения металлических конструкций к изобретения железобетона возможности стоечно-балочной системы резко возросли. Каркасное строительство стало быстро развиваться. В конце XVIII столетия чугунные опоры используются в различных постройках— промышленных и гражданских.

Применение металлического каркаса и изобретение лифта в конце XIX века привели к созданию многоэтажных сооружений, что в свою очередь значительно стимулировало развитие каркасных систем. В крупнейших городах США — Нью-Йорке и Чикаго возникает новый тип конторского здания—небоскреб.

Характерным примером такого строительства может служить здание страховой компании «Рилайэнс», построенное фирмой «Бернхэм энд Рут» в 1890—1895 годах в Чикаго. Здесь была найдена специфичная форма, выражающая смысл каркасной конструкции, — ограждающие поверхности из бетона и керамики с большим остеклением как бы облегают стальной каркас. В композиции здания ясно читаются горизонтали этажей и вертикальный ритм сквозных членений несущего каркаса. Здание и в наше время выглядит вполне современным.

Важным шагом развития каркасных конструкций было использование для них железобетона. Первым крупным многоэтажным сооружением с железобетонным каркасом стал дом на улице Франклина в Париже, построенный по проекту архитектора О. Перре в 1903 году.

Металлический или железобетонный каркас в сочетании с кирпичным заполнением служит основой тектонических форм, напоминающих фахверк. Пример такого рода—•жилой комплекс «Канада Истейт» в Лондоне (1964, арх. X. Беннет и др.). Графичная сетка железобетонного каркаса двух башенных домов (21 этаж) контрастирует с плоскостями заполнения кирпичной кладки. Система членений четырехэтажных кирпичных корпусов построена на том же ритме благодаря выявлению несущих стен и горизонтальных линий консольного выноса железобетонных перекрытий. Здесь можно отметить правдивое отражение работы конструкции, которое стало основой выразительности архитектурных форм (илл. 57).

Смелые выносы и чередование объемных форм из кирпича в контрасте с нерасчлененной гладью стен, разнообразие конфигураций проемов стали возможны благодаря применению каркасов и заполняющих конструкций, Каркас позволил создать массивную скульптурность сооружений. Технический прием послужил основой развития новой формы.

Для каркасов с легким заполнением характерна дифференцированная работа всех его частей. Каркас сооружения работает как единая пространственная система, создаваемая на основе точных статических расчетов, и воспринимает механические нагрузки от всех сил, воздействующих на здание. Освобожденные от нагрузок плоские элементы — перегородки и наружные ограждения—защищают и расчленяют пространство.

Сложились два композиционно-конструктивных типа каркасных сооружений: с каркасом, скрытым за стенами-ограждениями, и «ре теткой» каркаса, выведенной наружу. В первом случае подчеркивается общая форма объема здания, во втором—начинает сильно звучать ритм членений, выявляемых каркасом. Эти два направления в развитии сооружений определяют их тектонический характер.

В зданиях с навесными стенами четко разделяются функции несущих и ограждающих частей. Это позволяет более эффективно использовать материалы. Элементы навесных стен выполняются из материалов легких, хорошо сохраняющих тепло, каркасы—из материалов высокопрочных, хорошо сопротивляющихся статическим усилиям, что позволяет элементы, составляющие стену, делать очень крупными. Здания при этом монтируются из заранее изготовленных частей. Основной труд для их создания затрачивается на заводе, а не на строительной площадке.

В практике гражданского строительства каркасы подразделяются на системы с узким и широким шагом. Система с узким шагом характерна для послевоенного строительства административных зданий ФРГ, пространство которых состоит, как правило, из небольших изолированных помещений. Широкий шаг опор принят в США и СССР.

Размер того или иного шага опор выбирается с учетом экономичности строительства и тех процессов, которые должны происходить в здании. Учитываются также габариты мебели и оборудования, т. е. формы, сопутствующие тому или иному функциональному процессу в здании.

При широком шаге колонн между опорами располагается несколько окон, разграничиваемых промежуточными импостами, рассчитанными в основном на ветровые усилия. Расстояние между импостами нередко соответствует сетке каркасов с узким шагом и увязывается с возможностью деления этажа на отдельные помещения. Системы с широким шагом колонн обеспечивают большее разнообразие членений стены и более свободную планировку этажей здания. Сокращение веса путем создания новых конструктивных систем и применения эффективных материалов вызвали необходимость коренного пересмотра тектоники стены, качественные характеристики которой изменились. Если каменная стена была тяжелой и массивной и это всячески выявлялось и подчеркивалось, то навесная стена, наоборот, легка и тонка.

Ограждение, навешенное на каркас,—тепловая и звукоизолирующая защита здания — практически не несет вертикальной нагрузки. Стеновые панели крепятся либо к каркасу, либо к консольным выносам междуэтажных перекрытий, куда передаются и ветровые усилия. Толщина стены определяется теплозащитными свойствами материала и постоянна по высоте и периметру здания. В навесных ограждениях конструктивная разница между стеной и проемом исчезла. Вся их плоскость может быть образована как однородная поверхность— сплошная завеса из стекла в тонких металлических обрамлениях—или может строиться как чередование непрерывных горизонтальных лент стекла и непрозрачных панелей.

Большими композиционными возможностями обладают приемы двухрядной разрезки элементов наружной стены. Шахматное расположение панелей различной высоты, сочетание горизонтальных и вертикальных панелей создают богатые и еще далеко не исчерпанные возможности вариаций ритма стены.

Новые конструктивные системы позволяют возводить все более высокие здания. Громадные плоскости их стен членятся на ячейки, соразмерные человеческому масштабу. Эти ячейки образуют междуэтажные перекрытия и вертикальные опоры, ребра жесткости или швы между панелями (если опоры находятся внутри здания).

Ритмическая повторяемость элементов каркасных зданий по природе своей близка к закономерностям орнаментальных построений. Орнаментальные композиции, обусловленные структурой сооружения, построенные на сочетании практически необходимых элементов (окна, балконы, лоджии, входы и т. д.), раскрывают закономерности конструкции и являются органичным путем создания тектонической формы. Напротив, произвольное «обогащение» фасадной плоскости каркасного здания дробными членениями, не связанными со структурой внутреннего пространства и конструкцией, лишь уводит от подлинной тектоничности.

Многие современные здания, структура которых правдиво отражена в облике, отмечены незавершенностью композиции. Это постройки, сформированные из одинаковых ячеек,— жилые дома, гостиницы, административные здания. Изменение числа элементов, из которых складываются такие композиции, не приводит к их качественным изменениям. Такую незавершенность возможно преодолеть, выявляя тектонические особенности завершения структуры — верхнего и нижнего поясов сооружения. Примером композиции, где завершенность системы, слагающейся из одинаковых ячеек, была достигнута, может служить тридцатитрехэтажное административное здание фирмы Пирелли в Милане (1959, арх. Д. Пон-ти, инж. П. Л. Нерви), привлекающее пластичностью объема. «Сигарообразная» форма его плана вызвана желанием создать наиболее устойчивую относительно ветровых нагрузок несущую систему для сравнительно узкого и высокого корпуса. Конструктивную основу этого здания составляют четыре массивных утоняющихся кверху столба, размещенных попарно, и жесткие, треугольные в плане торцы корпуса (илл. 51).

Структура здания ясно читается в его внешней форме—поэтажные ленты панелей ограждения включены в ритм членений конструкции, глухие торцы здания пластически развиваются ритмами лоджий, учащенный ритм членений верхнего этажа и светотень крыши галереи органически завершают композиционную систему. Ясность композиционных принципов и высокое мастерство авторов—художника и инженера—позволило им создать современное, чрезвычайно выразительное сооружение.