Классическая тектоника — это демонстрация того, что здание устойчиво с позиции представления о «работе» камня в архитектуре. «В архитектуре понятие тектоники означает пластическое построение формы сооружения в соответствии с ее конструктивной сущностью», — формулирует известный теоретик архитектурной композиции А.М.Соколов. В прошедшем веке появилась новая эстетика невесомых светопрозрачных систем. Возможно, возникновение другого тектонического языка объясняется тем, что наряду с ощущением надежности капитальных каменных зданий, человек нуждается и в эстетическом удовольствии от иллюзорной невесомости конструкции.

Когда стекла в архитектуре здания становится много, возникает обманчивое впечатление, что архитектура исчезает совсем — архитектурный объем или пространство становится «фантомом». Но это только первое впечатление. Действительно, когда многократно уменьшается процент глухих ограждений и капитальных стен, в таком сооружении как объект зрительного восприятия начинают в полной мере работать несущие ажурные конструкции, которые задумываются архитекторами и конструкторами по законам строительной механики и сопротивления материалов. И в то же время это чистая эстетика инженерии. Такая инженерия реализует законы природы. Архитектор с развитой ассоциативной памятью или целенаправленно изучающий природные явления может использовать бионические принципы — то есть те законы, по которым существуют биологические организмы — растения, животные, или, например, возникают продукты их жизнедеятельности — соты, паутина, гнезда. Эстетическая потребность в невесомости стен и инженерная работа над реализацией задач их прочности и стала базой для комплексного направления в архитектуре и конструкторском искусстве, которое получило наименование «структурное остекление» (Structural glazing). Этому способствовало развитие науки об инженерных расчетах металлических конструкций, которые позволили выполнять несущие основы стен все более ажурными, использующими силы растяжения тонких профилей и тросов, образующих несущую систему светопрозрачного здания. Главный тектонический элемент здания из стекла — несущая основа здания в целом, которая одновременно поддерживает стекла или стеклопакеты светопрозрачного ограждения — так называемая субструктура. Вторая группа важных элементов — узлы соединения субструктуры со стеклом, которые становятся нередко самостоятельными произведениями дизайнерского искусства, по своему значению сопоставимыми с такими элементами «ордера» как кронштейны, капители, базы, карнизы и т.п. В одних случаях эти узлы воспринимаются только изнутри, но от типа соединения зависит и сама композиционная структура фасада — абсолютно гладкого или с элементами креплений — горизонтальных, вертикальных или точечных. Третья часть тектонической системы — вынесенные на фасад солнцезащитные элементы в виде ажурных козырьков, жалюзийных навесов и решеток, в том числе динамических — изменением углов поворота реагирующих на состояние погоды и освещенности.

В конкретном сооружении или в конкретной фасадной системе в эстетическом плане субструктура, узлы соединения и солнцезащитные устройства образуют единый эстетико-стилевой алфавит ее архитектурного языка.

В настоящей публикации попытаемся рассмотреть разновидности несущих конструкций для больших витражей и стеклянных крыш — так называемых субструктур. Этот термин (Substructure) является устоявшимся в западной практике реализации проектов структурного остекления и переведен нами буквально.

Можно обнаружить в результате расчетов, что с увеличением остекленной поверхности, к которой не подходят несущие элементы здания, простая решетка из алюминия уже не справляется с ветровыми нагрузками. Поэтому по вертикали или горизонтали возникают столбы или тяги усиления в виде прямоугольных или круглых труб или двутавров. Индивидуально изготавливаемые большие двутавры могут иметь ажурную среднюю полку. Так, стандартные усилители витражей в виде ферм либо шпренгельных балок уже предлагаются фирмами-производителями витражных профилей.

Для увеличения жесткости субструктуры из столбов или горизонтальных балок в плоскости фасада также используются растяжки — диагональные и крестообразные, узлы соединений которых с несущими элементами эстетически обыгрываются (цилиндрическая резьба устройств натяжения, лекальной формы петли косынки, узлы соединения сферической формы).

При большем пролете целесообразно заменить сплошные элементы фермами, которые могут быть стержневыми и тросо-стержневыми. Внешний контур фермы может работать исключительно в состоянии растяжения и в этом случае интерпретироваться в конструкции вантом.

Если формируется конструкция купола, ферма может быть пространственной, то есть состоящей из спаренных плоских ферм и иметь криволинейный контур. Эффектно, когда ритм поперечных стержней совпадает с модулировкой разрезки стеклопакетов.

Фермы, соединяющиеся в двух или нескольких перекрестных направлениях, образуют пространственную решетку и позволяют создавать большие поверхности остекления.

Архитектор может реализовать весьма эффектный прием, похожий на лучи солнца, поддерживающие тонкостенную стеклянную цилиндрической формы оболочку. Для полукруглых стеклянных оболочек удачны радиальные пространственные системы, использующие принцип велосипедного колеса.

Иногда применяются сплошные сетчатые пространственные структуры на треугольном или шестиугольном модуле по типу знаменитых куполов Фуллера. Необычайная жесткость таких систем, объяснение которой нужно искать в конструктивных расчетах и испытаниях натурных моделей подобных конструкций, позволяет минимизировать диаметр стержней и сделать их визуально невесомыми. Иногда сетка пространственных элементов, благодаря найденной кривизне купола, сохраняется в пределах поверхности оболочки. Но при больших пролетах применяется, как правило, укрупненный стабилизирующий контур стержней, либо система модульных элементов сетчатого купола становится трехмерной, входит в интерьерное пространство.

Особое направление — древовидные вертикальные субструктуры — столбы с горизонтальными консолями, поддерживающими точечные крепления больших стекол. Иногда подобные системы поддерживают целые группы «пауков» точечного крепления и внешне начинают походить не только на деревья, но и на мачты парусных кораблей.

Другой поход — бионические формы, выполняемые в стали, армоцементе, а иногда и на основе нового материала армостекла, которое, например, широко применяет в своих работах архитектор Сантьяго Калатрава, ассоциативно напоминают скелеты диковинных животных. Подобные образные ассоциации происходят в силу конструктивной пластичности элементов несущих конструкций, такой же, как в скелетах животных и рыб. Они могут поддерживать иерархичность организации несущих конструкций, подобно ветвям деревьев. Светопрозрачные заполнения в таких сооружениях почти не видны и позволяют бионическому скелету доминировать в образном восприятии сооружения. Разновидностей этих и других несущих систем применяется довольно много. Они могут базироваться на интерпретациях конструктивной схемы здания, поисках образных аналогов из живой природы и беспрецедентных фантазиях архитекторов, проверенных конструктивными расчетами. При этом принципиальным в расчете и конструировании несущих субструктур является только один принцип. Перемещение в узле прикрепления стеклопакета или стекла не должно превышать критерий деформации при любом сочетании нагрузок. Это сочетание нагрузок и воздействий для различных сезонов и погодных условий, с моделированием сейсмики и возможных геологических деформаций, происходит с помощью стандартных и специализированных компьютерных программ. В зависимости от величины, ответственности и класса сооружения, а также с учетом способа крепления светопрозрачных элементов, величина допустимого перемещения в узлах выдерживается в интервале 1:300–1:500.

Таким образом, несмотря на внешнюю иллюзорность и аморфность восприятия оболочек из стекла, в сооружениях со структурным остеклением ярким образным элементом становятся субструктуры. Выбор рисунка субструктур зависит от фантазии архитектора и расчетов конструктора. Нередко автор должен выступать в едином лице инженера-дизайнера, владеющего и вопросами эстетики, и ощущением работы конструкции. Источником для вдохновения должна служить природа, бионические исследования «живых» конструкций.

При этом субструктуры — это явление из области «хай-тека» архитектурного стиля, связанного с реализацией высоких технологий. В проектировании и производстве элементов для субструктур (стержней, несущих стеклянных пластин, вантов, их соединений) используются в большей степени достижения машиностроения, чем в традиционной архитектуре. В Европе и Америке формируется сеть иногда и небольших, но креативно настроенных производственных предприятий, осуществляющих своеобразный «индпошив» таких конструкций по проектам архитекторов и инженеров. Спецпроизводства осуществляют точные лазерные выкройки по компьютерным чертежам, фрезерование и литье. Комплектование одной серии субструктур производится на нескольких специализированных производствах — все как в машиностроении.

В СНГ создатели структурного остекления находятся на самом старте данного направления. Впрочем, производственный потенциал при наличии соответствующих архитектурных заказов позволяет быстро освоить и данную целину, о чем свидетельствуют новые постройки некоторых архитекторов.

Сергей Буравченко, кандидат архитектуры, член-корреспондент Украинской Академии архитектуры, главный архитектор института УкрНИИПграждансельстрой

Полный текст статьи, включая наиболее яркие примеры тектонических субструктур, вы можете найти в журнале OKNA.BZ №2(21) за 2008 год