CC BY
35мообразующей особенности купола в данных проектах. В каждом купол является доминантой и максимально вынесен за пределы здания.
Таким образом, по пунктам были выделены особенности, которые составляют основу проектирования планетария, а также выявлена их взаимосвязь: тип купола по специфике его работы, конструкция покрытия купола, купол зала как формообразующая особенность, размер купола, кинопроекционная, вид купола по типу демонстрации и вид прибора планетария, амфитеатр, зрительские места в плане, кресла в зале.
Выделенные особенности взаимосвязаны между собой, а их выбор зависит от многих факторов, основной из которых - функция проектируемого объекта. Так, проекционный прибор зависит от типа демонстрационного экрана, которых в свою очередь зависит от функции зала и объекта в целом. Размещение мест и кресла в зале также зависит от типа экрана. Конструкции
подбираются в зависимости от функции, размеров купола, эстетической составляющей как экстерьера, так
и интерьера.
Список цитируемой литературы:
1. Анисимов, А. В. Архитектура планетариев: История. Архитектура. Реконструкции. Зарубежный опыт / А. В. Анисимов -Москва : Доброе слово, 2008. - 96 с. - ISBN: 978-5-89796-124-7
2. Молева, Н. Ю. Специфика проектирования планетариев / Н. Ю. Молева // Научный аспект. - 2019. - Том 1, выпуск 4. -С. 130-135.
3. Рекомендации по проектированию планетариев и массовых астрономических обсерваторий // НИЛЭП ОИСИ. - Москва : Стройиздат, 1988. - 104 с.
4. Реконструкция Московского планетария // ARDEXPERT.RU: официальный сайт. - URL: https://ardexpert.ru/project/3288 (дата обращения: 13.03.2021).
5. Цвингман Г. А. Основные типы куполов, их конструкция и архитектура / Г. А. Цвингман // Проблемы архитектуры : Сборник материалов. - 1936. - Том I, книга 2. - С. 385-454.
П. К. Мурадов, Е. В. Барчугова 10.24412/cl-35672-2022-l-0053
P. K. Muradov, E. V. Barchugova
Современные здания и сооружения из пневматических конструкций Modern buildings and constructions made of pneumatic structures
Ключевые слова: адаптивная архитектура, пневматические конструкции, воздухоопорные и пневмокаркасные. Keywords: adaptive architecture, pneumatic structures, air-supported and pneumoframe.
Аннотация: Функционал зданий и сооружений на базе пневматических конструкций увеличился в XXI веке. Этому способствовали многочисленные исследования в данной области, а также усовершенствование технологий производства и изобретение новых материалов с уникальными характеристиками. В статье рассматриваются причины и перспективы распространения пневматических конструкций с XVIII века по настоящее время. Abstract: The variety of functionality of buildings and constructions based on pneumatic structures is enhanced in XXI century. This happens research in this area, as well as the emergence of new materials with natural properties and production technologies. The article discusses the causes and prospects for the spread of pneumatic structures from the XVIII century to the present.
Актуальность рассматриваемой в статье темы обусловлена повышенным вниманием к реализации и исследованиям в области сооружений из пневматических конструкций и привлечением внимания специалистов к вопросам использования пневматики в России и мире. Это связано с современной тенденцией проектирования трансформируемых, экологичных и энергоэффективных сооружений и объектов.
Дух пневматической архитектуры соответствует современности. В XXI веке жизнь человека стала динамичнее: «прослеживается переход от статичной архитектуры к более динамичной и адаптивной» [2, с. 195]. Архитектурные объекты, созданные на основе пневматических конструкций, отвечают концепции адаптивности и трансформируемости не только по форме, но и по функции: архитектура данного типа реализуется в выставочных комплексах и галереях, оранжереях и ботанических садах, концертных залах, стадионах, навесах над спортивными и детскими площадками, фаса-
дах жилых зданий и офисных центров. Задачей статьи является выявление причин и перспектив распространения сооружений, созданных на основе пневматических конструкций.
История использования пневматических конструкций при проектировании зданий различного назначения
В качестве первых замкнутых оболочек человек использовал шкуры животных. Из них создавали надувные плоты и бурдюки - емкости для хранения вина и жидкостей. В 1306 году в Китае был открыт «аэростатический принцип полета», который был реализован с помощью наполненной дымом сферической оболочки.
Период с начала XVIII века и по середину XIX века ознаменован большим количеством открытий и исследований в области развития пневматических конструкций, среди которых воздухоплавательный аппарат Бартоломеу де Гусмана, полет подъячего Крякутного,
пневматическая оболочка братьев Монгольфье, патент «аэробалки» инженера И. А. Сумовского, патент воз-духоопорного цилиндрического свода Ф. У. Ланчестера, проекты из пневмолинзовых и пневмостержневых элементов проф. Г. И. Покровского и проект сферического сегмента Герберта Г. Стивенсона.
Одной из первых построек, созданных на основе пневматических конструкций, было воздухоопорное сооружение У У Бэрда, реализованное в виде сферического купола диаметром 16 метров и высотой 12 метров (рис. 1.1). Сооружение было создано для защиты радиолокационной антенны.
Среди ранних построек «Бэрдеир стракчерз» можно выделить надувную параболическую антенну, воздухо-опорный мобильный ангар с поддерживающими рамами, пневмопанельный обтекатель радиолокационной антенны, укрытие-обтекатель системы «Тельстар», воз-духоопорный полевой склад и многие другие.
Сильным толчком в развитии пневматических конструкций послужила Всемирная выставка ЭКСПО-70 в Осаке (Япония). На выставке были представлены воз-духоопорные и пневмокаркасные павильоны, среди которых крупнейший принадлежал США. Сооружение имело габариты 138x78 метров и демонстрировало возможность перекрывать большие пролеты без внутренних поддерживающих конструкций.
У У Бэрд, В. В. Ермолов, Ю. Н. Орса и другие специалисты в области развития пневматических конструкций, систематизировали сведения о последних разработках в области создания сооружений из пневматических конструкций, начиная с 50-х годов и заканчивая 70-ми годами XX столетия. Материалы исследований В. В. Ермолова и Ю. Н. Орсы упомянуты в книге «Пневматические строительные конструкции» [3].
В СССР разработки и испытания пневматических сооружений проводились во ВНИИ Монтажспецстрой. Среди первых построек научного объединения - кинотеатр на 200 мест и воздухоопорная конструкция склада в Киевской области. В Магадане, в 1973 году было создано воздухоопорное сооружение из дублированной капроновой ткани с каучуковым покрытием. Конструкция использовалась в качестве мастерской. Сооружения из пневмокаркасных конструкций и пневмолинзы появились немного позже - в 1980-х годах ХХ века.
Научные школы, изучающие пневматические конструкции
Как было упомянуто выше, первые реализованные пневматические сооружения появились в 1940-х годах ХХ века благодаря американскому инженеру У У Бэр-ду. Потенциал развития пневматических конструкций привлек многих исследователей и ученых, среди которых Ф. Отто, В. В. Ермолов, Р. Б. Фуллер, Ю. Н. Орса, Э. Бахарлоу, Т. Швинн, А. Менгес, П. Пуане, Ю. С. Лебедев, Ф. Манджон, Б. Чжан. В своих исследованиях ученые и инженеры рассматривали такие качества пневматических конструкций, как связь материала, формы и структуры, прочность, экономичность, изменение формы и цвета в зависимости от температуры. В каче-
стве примера поиска взаимосвязи между формой, структурой и материалом обычно упоминаются исследования немецкого инженера Ф. Отто, посвященные достижению минимальной площади поверхности при помощи пузырей из мыльного раствора. Работая с пневматическими оболочками, Отто обращался к природным аналогам, поскольку «их материальная составляющая и структура организованы симбиотически и нет различий между структурой, формой и материалом» [4, с. 151].
Параллельно с Ф. Отто принципы бионики исследовал и применял американский архитектор Р. Б. Фуллер при разработке идеи самонесущей сферической конструкции, впоследствии - геодезического купола. Проекты Ф. Отто и Р. Б. Фуллера рассматривались, анализировались, изучались в исследованиях Ю. С. Лебедева, руководителя лаборатории Архитектурной бионики. Ю. С. Лебедев первым предложил использовать возможность изменения формы и цвета при различных температурах. Им был представлен проект мобильного городка из пневмокаркасных конструкций в условиях жаркого климата (рис. 1.2).
Рис. 1:1 - купол радиолокационной антенны (инж. У. У. Бэрд); 2 - проект мобильного городка из пневматических конструкций (арх. Ю. С. Лебедев); 3 - вилла с автоматически поднимающимися и опускающимися элементами кровли (арх. А. Мутнякович)
coupe diamétrale ЕЕ
Рис. 2. Проект «Диодон». Арх. Жан-Поль Юнгман
В конструкции используется свойство авторегуляции в аэрогидростатических системах. Помимо Ю. С. Лебедева, проекты с использованием авторегуляции можно найти у югославского архитектора А. Мутняковича, который разработал виллу с автоматически поднимающимися и опускающимися элементами кровли (рис. 1.3).
Изменения и трансформация формы здесь связаны, прежде всего, с реакцией на климатические изменения (например, изменение положения солнца на горизонте).
Идеи, предложенные в концептуальных проектах Ю. С. Лебедева и А. Мутняковича, нашли свою реализацию в здании офисного центра с пневматическим фасадом Ме&ЛСТ, где датчики, установленные на трехслойных и двухслойных пневмопанелях, реагируют не только на количество пропускаемого света, но и на количество людей в помещении для регулирования микроклимата внутри сооружения.
Продолжая тему бионики, стоит рассмотреть проекты жилых зданий из пневматических конструкций Жан-Поля Юнгмана, созданные в 70-х годах XX века. Архитектор рассматривал пневматические конструкции как инструмент для создания жилых помещений, предметов мебели и быта. В утопическом экспериментальном проекте «Диодон» Юнгман демонстрирует возможности развития пневматических конструкций (рис. 2).
В качестве демонстрации приемов формообразования в проектах на основе пневматических конструкций в XX веке стоит обратиться к анализу работ Ю. Н. Орсы. В книге В. В. Ермолова «Пневматические строительные конструкции» Ю. Н. Орса пишет о новых свойствах воз-духоопорных оболочек, укрепленных натянутыми тросами и имеющих внутренние опоры. Дополнительные элементы, интегрированные в оболочку, увеличивают жесткость конструкции. Эти качества пневматических конструкций могут быть продемонстрированы на примере павильона, созданного архитектором С. Радичем для шоу Александра Маккуина.
Управление формой, обозначенное в работах Ю. С. Лебедева, проявляется в проекте П. Пуане, А. Менгеса, Э. Бахарлоу и Т. Швинна, созданном в Институте Вычислительного Проектирования при Штутгартском Университете. Целью этой работы является создание самонесущей структуры, которая моделируется за счет внешних ограничений в виде канатов, применяемых к надутой мембране.
э
Рис. 3:1 - Эдем (арх. Николас Гримшоу); 2 - проект The Shed (арх. Diller Scofidio + Renfro); 3 - павильон Nawa из металла (арх. Оскар Зиета)
Проекты с изменяемой конфигурацией, реализованные П. Пуане, А. Менгесом, Э. Бахарлоу и Т. Швинном, можно отнести к кинетической архитектуре. Тема кинетической архитектуры из пневматических конструкций продолжается в исследованиях Ф. Мелендеса, М. Ганнона и З. Якобсона-Уивера. Работа заключается в создании пневматических элементов, отлитых из силикона при помощи опалубки. Элементы приводятся в движение от небольших гидравлических установок.
Стоит отметить, что многие идеи, показанные в XX веке в виде концептуальных проектов, реализовались в XXI веке благодаря исследованиям и экспериментам, усовершенствованию технологий производства, появлению новых материалов и оборудования.
Материалы, используемые в пневматических конструкциях
Наиболее часто используемыми материалами в пневматических конструкциях являются: пленки из этилен-тетрафторидэтилена (EFTE); стекловолокно, покрытое политетрафторидэтиленом (PTFE), и полиэстер, покрытый ПВХ (PVC). Выбор материала основывается на функции сооружения.
Материал ETFE был разработан компанией Dupont в 70-х годах ХХ века. В архитектуре ETFE-мембраны и пленки стали использоваться благодаря немецкому архитектору Стефану Ленерету. В 1982 году архитектор создал компанию Vector Foiltec, которая стала основным производителем пленок ETFE в Европе. Первым масштабным архитектурным объектом, в котором применение пленок ETFE стало возможным, стал проект «Эдем» Николаса Гримшоу (рис. 3.1).
К характеристикам материала можно отнести такие качества, как адгезионность, морозойстойкость, долговечность, легкость, светопрозрачность. Яркими примерами использования ETFE пленки служат проекты: выставочного центра The shed в Нью-Йорке (арх. Diller Scofido+Renfro, рис. 3.2); Media-TIC в Барселоне (арх. Ру-ис-Хели); павильона Bukit Jalil в Малайзии (Konzepte+ CGNA Sdn Bhd); аквапарка Water World в Гонконге (Ae-das); зоопарка Swamp Forest в Новой Зеландии (арх. Studio Hansen Roberts + Ignite Srchitects); выставочного павильона в Вероне, Италия (Maffeeis Engeneering и Pichler Projects); выставочного центра Koelnmess в Германии (Beyss Architekten, Kaspar и Kramer Architekten).
Не менее актуальным материалом, применяемым в сооружениях из пневматических конструкций, служит ПВХ (поливинилхлорид, или PVC-материал), который впервые был открыт инженером и химиком А. В. Реньо в 1835 году. PVC мембрана - это современный композитный материал, который представляет собой высокопрочную полиэфирную основу, покрытую с двух сторон слоем поливинилхлорида (ПВХ). Основные характеристики материала: большой срок службы, эластичность, устойчивость к коррозии.
Среди наиболее известных сооружений, созданных при помощи покрытия ПВХ, можно назвать павильон Medusa Густава Торга, прозрачный павильон Кристофера Тейлгаарда, детскую площадку «Воздушная гора»
Aether Architects, инсталляцию Алекса Шведлера, городскую интервенцию Sinestesia от IED Madrid Burbujas. Еще одним широко используемым материалом служит политетрафторэтилен (PTFE). Данный материал обладает высокой химической стойкостью и способен сохранять свои характеристики практически во всех агрессивных средах. Срок эксплуатации PTFE-тканей достигает 30 лет. Помимо этого, материал хорошо рассеивает свет и может быть светопрозрачным.
Благодаря характеристикам и свойствам современных материалов, возможно создание сооружений из пневматических конструкций различного функционала c уникальными свойствами регулирования ультрафиолетового излучения и температуры внутри помещения, а также количества пропускаемого света. Материалы обладают широким цветовым спектром, что позволяет архитекторам разнообразить дизайн сооружений.
Программные средства
На сегодняшний день реализация пневматических сооружений возможна благодаря компьютеризации процесса проектирования и изобретению новых технологий в области создания уникальных материалов. Для создания сооружений из пневматических конструкций используется высокоточное профессиональное оборудование, роботизированная техника и новейшее программное обеспечение с использованием параметрического софта. Помимо наличия оборудования, в задачи компаний по изготовлению материалов для пневматических конструкций входит поставка материала, тестирование и ввод сооружений в эксплуатацию.
Одной из наиболее известных компаний, которая занимается проектированием, строительством и вводом в эксплуатацию объектов из пневматических конструкций можно назвать Vector Foiltec с патентом TEXLON. Среди реализованных компанией объектов следует выделить фасад башни Haituo, крышу молла Kuwait от PLP architects, окна производственного цеха American Crystal Sugar Co, стадион Allegiant от Manica architects и HNTB architects, станцию Mechelen от Salvatore Bono и Brent Turchak.
Прогрессивная технология в области пневмокар-касных конструкций представлена патентом FIDU от немецкого Freie Innendruck Umformung. Технология демонстрирует метод создания объектов различного масштаба из двумерных листов плоского металла, толщиной 2,5 мм, сваренных вместе с использованием внутреннего давления. Процесс основан на свободной деформации металла. Соединенные листы металла проходят через лазерную резку для получения нужного раскроя. Затем полученные заготовки подключают к насосу и под давлением закачивают воздух. В результате двухмерная заготовка становится трехмерной. Данную технологию использовал архитектор Оскар Зиета в своем павильоне Nawa (рис. 3.3).
Помимо зарубежных компаний, занимающихся проектированием, производством и монтажом пневмати-
ческих конструкций, следует также упомянуть отечественную компанию «Ломмета». Компания обладает большим опытом в производстве и монтаже конструкций с использованием инновационных материалов PVC и ETFE. Этому способствует современное оборудование, в которое входит робот для 3D плазменной резки металлоконструкций, плоттер для резки ПВХ, станок для сварки ПВХ с системой вакуумной поддержки с помощью ЧПУ, единственный в России и странах СНГ станок для сварки ETFE.
В проектировании пневматических конструкций во многих случаях используется связка программ Rhino+Grasshopper. Параметрическое проектирование в процессе создания сооружений из пневматических конструкций используется в качестве создания уникальных деталей, которые будут произведены в связке с построенной моделью. Различные плагины Grasshopper позволяют сделать развертки модели, просчитать количество деталей и распределить их на полотне для последующей резки, а также создать нумерацию для алгоритма сборки.
В заключение следует сказать, что без современного высокоточного оборудования в виде комплекса станков и новейшего программного обеспечения реализовать концепты и идеи XXI века в области архитектуры из пневматических конструкций не представляется возможным. Дальнейшему развитию пневматических конструкций может способствовать наличие экспериментальных баз при школах и университетах, возможность посещения студентами предприятий по изготовлению воздухоопорных и пневмокаркасных сооружений, а также разработка приемов по проектированию пневматических конструкций для архитекторов в целях облегчения работы над их эскизным проектированием и последующей реализацией.
Список используемой литературы:
1. Лебедев, Ю. С. Бионика и город будущего / Ю. С. Лебедев // Город и время : [Сборник статей] / Научно-исследовательский институт теории, истории и перспективных проблем советской архитектуры (Москва); Институт основных проблем пространственной планировки (Варшава). — Москва: Стройиздат, 1973. — 302 с., ил. — С. 160—178.- URL: http://tehne.com/event/ arhivsyachina/lebedev-yu-s-bionika-i-gorod-budushchego-1973 (дата обращения: 12.04.2022).
2. Назаров, Д. С. Многофункциональная адаптивная жилая среда в городах России / Д. С. Назаров, И. Т. Таратута // Наука, образование и экспериментальное проектирование: тезисы докладов международной научно-практической конференции // КиберЛенинка: Научная электронная библиотека (НЭБ). -URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mnogofunktsionalnaya-adaptivnaya-zhilaya-sreda-v-gorodah-rossii/viewer (дата обращения: 12.04.2022).
3. Пневматические строительные конструкции / В. В. Ермолов, У У Бэрд, Э. Бубнер [и др.]; под ред. В. В. Ермолова. - Москва : Стройиздат, 1983.
4. Пшеничникова, К. А. Особенности формирования пневматической архитектуры в XXI веке / К. А. Пшеничникова //Architecture and Modern Information Technologies. - 2019. -№2(47). - С. 151. - URL: https://marhi.ru/AMIT/2019/2kvart19/ PDF/10_pshenichnikova.pdf (дата обращения: 12.04.2022).
