Архитектор и пластмассы

Сборные оболочки

Простые оболочки. Большой объем работ, проводимых в области создания сборных конструкций, включал в основном проектирование простых оболочек, из которых можно монтировать ограждения различной длины, пролета и высоты. Среди таких конструкций — сэндвич-конструкции свода (стеклопластик+ пенополиуретан), спроектированного в 1965 г. под руководством проф. З. С. Маковского в Технологическом колледже в Бэттерси, здание серного склада, построенного Ренцо Пиано в 1966 г., и недавние разработки фирмы «Энмак Лтд.» в Ноттингеме группой дизайна Джона Уэста.

Легко спроектировать складчатую или гиперболическою ромбовидную оболочку, которая образует шестиугольные или восьмиугольные в поперечном разрезе конструкции. Длина покрытий может быть любой. Однако пролет конструкции может изменяться в небольших пределах, а изменение высоты приводит к довольно неудобным для использования интерьерам. Работы по созданию простых оболочек, которые обеспечивают подлинную «пространственную гибкость», еще не завершились и, несомненно, представляются увлекательными, хотя и нелегкими.

Большинство из нас утешают себя мыслью, что дешевизна пресс-формы в большинстве случаев оправдывает использование большого числа стандартных элементов. Однако, несмотря на низкую стоимость производственной пресс-формы, шаблон может оказаться очень дорогим изделием. Для конструкций из стеклопластика шаблон, как правило, изготовляется вручную из дерева и гипса, и изготовление форм двоякой кривизны может быть затруднено. В связи с этим представляют интерес недавние эксперименты Джона Зернинга над шаблонами. Для создания очень сложных гиперболических параболоидных форм он разработал подобную коконообразованию технику напыления ПВХ на решетчатый каркас.

Эта техника напыления применяется в течение нескольких лет, а точнее, с конца 50-х годов, когда в Иллинойском технологическом институте под руководством Ричарда Бэринджера были изготовлены две трубчатые стальные конструкции, оплетенные лентами ткани, на которые методом напыления было нанесено покрытие. Эта техника применялась также для нанесения покрытий на тентовые конструкции, о которых пойдет речь ниже (см. рис. 95—101).

Можно было бы удивиться, почему в последние годы мало внимания уделяется экспериментам в области различных оболочковых покрытий. По-видимому, этими исследованиями пренебрегают в пользу более простых конструкций геодезического купола и сводов, созданных Ивом Шаперо. Возможно, много усилий направлено и на разработку складчатых конструкций, о которых речь пойдет ниже.

Стянутые оболочки. Легче соединить стандартные элементы оболочек вместе, чтобы все стыки были в одной плоскости, а затем стянуть всю получившуюся конструкцию при помощи растягивающих или сжимающих элементов с нижней или верхней стороны покрытия, чем спроектировать объемные оболочки, которые сами обладают необходимой для осуществления конструктивно замысла глубиной. Возможно, именно по этой причине со времени ранних экспериментов проф. Маковского и Кеннета Тернера и появления конструкций Уильяма Р. Орра было построено много сооружений с использованием техники стянутых оболочек.

Сделано много опытов, но еще больше не сделано. При невысоких затратах на сооружение подобных покрытий представляется поистине удивительным, что архитекторы не пользуются возможностью создания по своим проектам оригинальных оболочек и не попытаются проектировать новые типы стягивающей решетки. Немногие из нас понимают и ценят то, что мы еще можем осуществлять наши индивидуальные творения; и ирония состоит в том, что чаше всего в своей работе мы механически воспроизводим типовое и стандартное.

Давайте воспользуемся имеющейся возможностью, и пока строительная промышленность все еще находится «на грани индустриализации», дадим волю нашей творческой фантазии — может оказаться, что это благоприятно скажется на грядущих переменах. Негативная реакция на гладкие панели и плоские кровли была какое-то время мобилизующим стимулом; надо полагать, что продукция подлинно индустриального строительства будет совершенно иной, чем мы себе ее представляли десять лет назад, а проекты и сооружения из пластмасс окажутся в авангарде нового движения.

Каркасы с заполнением оболочками. Это конструкции, в которых элементы пластмассовых оболочек выполняют не главную, а второстепенную роль. Каркас может стоять без оболочек, сам по себе. К этой группе сооружений можно отнести купол Фуллера на «Экспо-67» в Монреале, красивые сферические купола дю Шато, Дуглас-центр Джиллинсона, Барнетта и др. В каждом объекте, относящемся к такому типу конструкций, применение как акриловых материалов, так и стеклопластиков и поливинилхлорида объясняется стремлением использовать их прозрачность или светопроницаемость.

Вполне понятно, никакие другие материалы не могут справиться с этой задачей. Несмотря на это, приходится констатировать довольно скромное и даже нерешительное выявление истинного строительного потенциала пластмасс. При сооружении каркасов с заполнением оболочками и конструкций из стянутых оболочек могут возникнуть и действительно возникают некоторые трудности, проистекающие из различия в скоростях теплового расширения оболочек и затяжек или распорок. Но это не относится к чисто оболочковым конструкциям, почему они и заслуживают большего внимания, чем им оказывают.

Способы стыкования. Соединение элементов простых оболочковых конструкций обычно осуществляется посредством загибания кромок панелей вниз и стягивания их изнутри болтами вместе с герметизирующей прокладкой. Существует много видов герметиков, но наиболее популярен полисульфидный каучук. Этот герметик выпускается в виде ленты или же может быть нанесен при помощи пистолета. Он очень чувствителен к давлению: когда панели стянуты болтами и герметик сдавлен, он образует нечто напоминающее мягкий сварной шов. Герметик принимает на себя значительную часть разрывной нагрузки, создавая возможность уменьшить число монтажных болтов и снизить требования, предъявляемые к ним. При необходимости демонтировать или расширить конструкцию такой шов можно разрезать острым лезвием.

Иногда панели стягиваются при помощи болтов кромками наружу, особенно в тех случаях, когда необходимо получить в интерьере гладкие ровные поверхности. Если решается проблема пересечения четырех, шести или восьми швов, применяется герметик в виде насадки.

Можно спроектировать хорошо защищенный от атмосферных воздействий стык, вода из которого выводится по специальному профилю, но это влечет за собой значительные осложнения в тех случаях, когда одна и та же панель применяется в вертикальном и горизонтальном ограждениях.

Теоретически легким решением этой проблемы является сварка элементов на месте монтажа (см. фабрику в Генуе, Ренцо Пиано, 1966). Однако это редко осуществимо, так как смола при отверждении легко реагирует на изменения температуры и влажности.

Вероятно, со временем станет возможным более широкое использование особых свойств, которыми обладает материал, известный под названием полиизобутилена. Он применялся еще в 30-е годы, но только сейчас начинает входить в практику. Изготовленный из полиизобутилена однослойный эластичный материал применяют для покрытия кровельных панелей, а

атмосферостойкий герметик, изготовленный в виде ленты, является, в сущности, тем же материалом. Лента прижимается к шву, накрывая края смежных панелей, постепенно как бы «впитывается» и соединяется с верхним слоем покрытия.

Долговечность светопрозрачных панелей из стеклопластика все еще оставляет желать лучшего, хотя зависит не столько от самих материалов, сколько от способа применения. Несколько неудачных экспериментов прошлых лет заставили нас быть более осторожными — в Швейцарии я видел кровельные фонари из волнистого стеклопластика, прослужившие 20 лет, из которых отовсюду торчала «солома» (т. е. во время изготовления фонарей некоторые стеклянные волокна выступили через покрывной слой смолы, образуя каналы для попадания влаги, в последующие годы мороз закончил разрушение поверхности).

В настоящее время против этого явления принимаются меры предосторожности — поверхность защищается очень тонкой стеклотканью, на которую наносится желеобразное покрытие или же слой смолы.

Часто для дополнительной защиты на поверхность стеклопластика наносится полиуретановое покрытие. Еще лучше для этой цели применять покрытие из прозрачного поливинилфторида, который не только увеличивает срок эксплуатации лет на пятнадцать, но и улучшает внешний вид светопрозрачного стеклопластика.

Монолитные конструкции

Заветное желание многих архитекторов — творить лучше на строительной площадке, чем на бумаге, и некоторые для осуществления этого желания применяют полимерные материалы.

Одним из первых примеров такого творчества был пластмассовый дом Смитсона (см. рис. 13), массивные стены которого отливались на стройплощадке из грунта с помощью синтетического связующего и затем устанавливались на место.

Сооружения, которые наиболее точно подходят под категорию «пещерообразные», образованы при помощи напыления или штукатурным методом по тонкой проволочной сетке, которой можно придать любую форму в процессе работы.

Некоторые из соображений Хаузерманна принадлежат к этому типу — оболочковые формы, которые успешно изготовляются на стройплощадке из пластмасс или торкрет-бетона методом напыления (см. рис. 136, 138, 139). В том же духе и мой проект «Дом—сад» — изгибающаяся, образованная напылением стена (внутри которой находятся площадки и оболочки), перекрытая двойным жестким куполом, сооруженным на месте методом наполнения паром (см. рис. 198—200).

Все эти примеры являются частью движения «назад к природе» потому, что они имеют тенденцию к отрицанию техники, и более относятся к скульптуре, чем к архитектуре. Не могу сказать, что я полностью исключаю их, — подобные проекты превосходны как упражнения творческой фантазии на пути, свободном от ограничений стоимости и традиционных конструктивных решений. И действительно, как знать, может быть, в будущем переносный инструмент для напыления будет иметь

большое значение при организации жилой среды. Вообразите, что в какой-нибудь безветренный день можно образовать методом напыления волокна паутину, тонкую, но достаточно прочную, чтобы выдержать нанесение последующих слоев (похожих на «сахарную вату»). А почему бы и не строить сказочные съедобные домики? Уже существуют синтезированные из побочных продуктов пластмасс искусственные протеины, и, вероятно, мы не должны категорически отказываться от возможности создания сооружений аварийного назначения, которые можно при необходимости употребить в пищу.

Способ спирального образования монолитных форм является, вероятно, компромиссным. Конструкция сооружается полностью на стройплощадке, но ее правильная форма в значительной степени предопределена. Стандартное оборудование состоит из платформы и установленных на ней стрелы с экструдером, который непрерывно подает самовспенивающуюся и быстро затвердевающую в жесткий пенопласт композицию на основе полиуретана. Стрела начинает вращение с уровня земли, постепенно поднимаясь по спирали и образуя купол. Так как толщина полосы, как правило, составляет около 20 см, сооружение обладает чрезмерно высокой изоляцией и недешево. Другой способ, использующий внутреннюю или внешнюю пневматическую опалубку, на которую методом напыления наносится более тонкий слой пены, значительно дешевле, хотя и менее механизирован.

Складчатые конструкции

«Сложенный лист» хорошо известен в изящной технике жестких конструкций из тонких панелей или листового материала. Осенью 1965 г. я прочел книгу по конструкциям, в которой объяснялось, как сделать складчатый бочарный свод из одного листа картона без разрезаний и соединений. Это привело к случайному открытию, что конструкцию можно сложить в плоский компактный объем. За этим последовал анализ геометрической зависимости формы панели от формы конструкции и складываемости материалов, в результате чего был разработан и запатентован ряд основных конструкций.

Мы не были первыми в этой области — ряд других проектировщиков (в частности, Международная корпорация по конструкциям в США) разработали конструкции аналогичного типа — но наша работа наглядно показывала поистине неограниченный диапазон конструктивных форм, которые можно было изготавливать из дешевых легких панелей, складываемых при перевозке в плоские компактные объемы.

Первыми конструкциями такого типа, предназначаемыми для осуществления в натуре, были бочарные шести- и восьмиугольные своды. Они были возведены в качестве доказательства того, что жесткость конструкции совсем не зависит от прочности соединений, а является результатом ее геометрии.

Например, наши инженеры полагали, что поскольку каждое соединение обладает определенной степенью гибкости, то «общая гибкость» свода будет являться суммой показателей каждого соединения. Макетные испытания показали, что это не так, а прототипы сооружений подтвердили, что гибкость отдельных соединений «поглощалась» диагональными крестообразными стыками конструкции, и доказали правомерность использования гибких соединений.

Жилища, разработанные для кочующих сельскохозяйственных рабочих в Калифорнии Международной корпорацией по конструкциям, изготовлялись из пенополиуретановых панелей, облицованных бумагой, сдублированной с полиэтиленовой пленкой. складки которой как бы впрессовывались в материал, что вело к образованию трещин. Однако, по экономическим соображениям, пока еще нет возможности создать складчатую форму из одного большого листа жесткого ПВХ с локализированной гибкостью вдоль сгибов. Точно так же все еще невозможно воспользоваться другим простым решением — отдельными пенополиуретановыми панелями с поверхностной коркой, склеенными вместе при помощи липкой ленты.

Между прочим, липкая лента является незаслуженно забытым и пренебрегаемым строительным материалом. Ассортимент липких лент в настоящее время чрезвычайно широк, характеристики сцепления и схватывания могут быть очень высоки. И все же мы продолжаем при монтаже сверлить и стягивать болтами, а не используем для этой цели липкую ленту, одинаково хорошо работающую на растяжение и на сдвиг.

За неимением идеального решения мы снова вынуждены идти на компромисс. Пенополиуретановый листовой материал производится методом непрерывной экструзии при незначительных производственных затратах и обладает очень высоким отношением прочности к массе. К сожалению, обычно его производят методом экструзии между двумя листами крафт-бумаги, погодостойкость которой, несмотря на тонкое покрытие из полиэтилена или поливинилхлорида, всегда внушает сомнение.

Более удачным методом была бы экструзия пенопласта между двумя алюминиевыми листами — и в настоящее время уже проводятся эксперименты, которые обещают быть успешными. Пенопласт имеет довольно высокую скорость горения, облицовка из алюминия значительно снижает горючесть изделий. Готовая панель толщиной 1,3 см будет стоить приблизительно от 12 до 15 долларов за 1 м². Однако, как во всякой слоистой конструкции, торцы панели должны быть защищены от расслоения и попадания влаги.

Панелью, имеющей толщину всего 1,3 см, примененной в складчатой конструкции, можно перекрыть пролет 12 м при стоимости, равной стоимости палаточного покрытия. Конструкция при этом будет обладать высокой степенью изоляции, быстро монтироваться и демонтироваться.

ль

По-видимому, складчатые конструкции из пластмасс ждет широкая сфера применения в качестве различных ограждений и складских сооружений, учитывая их низкую стоимость. Однако гибкости стыков, особенно в узловых соединениях элементов конструкции при ее трансформации, сложна и требует точного математического анализа.

Тентовые конструкции

За последние годы этот вид конструкций разрабатывается очень эффективно и тщательно, и поэтому здесь он рассматривается только с точки зрения взаимосвязи пластмасс и архитектуры.

Для меня растянутые конструкции, и не только Фрея Отто или Ж. Минка, но и других, являются самыми изящными и элегантными формами, какие когда-либо были созданы в строительной и архитектурной практике.

Можно пойти дальше и сказать, что почти невозможно создать уродливую тентовую конструкцию. Даже стандартная форма красива. Тем не менее можно заметить, что конструкция бывает привлекательнее до установки перекрывающей мембраны (оболочки), и это является результатом недавно проявившейся тенденции к отделению главных тросов и «второстепенной» сетки от мембраны.

В большинстве своих ранних работ Отто применял одиночные мембраны, но по мере увеличения размеров его конструкций росли также и проблемы концентрации и распределения напряжения, и это привело сначала к применению тросов, помещенных в специальных рукавах внутри мембраны (Швейцарская национальная выставка в Лозанне), а затем (это считается не совсем удовлетворительным) к полному разделению сетки и мембраны, что упрощает проектирование тентовой конструкции. Эксперименты с мыльными пузырями могут наметить лишь общую форму минимальной площади поверхности, однако последующий расчет мембраны чрезвычайно сложен, в то время как проектирование сетки во многом является более простой операцией. Мембрана может провисать между ячейками сетки, но это существенно не сказывается на ее форме.

Однако подобное упрощение приносит сопутствующие сложности, а именно — затрудняется крепление мембраны к сетке, что как раз и является причиной ухудшения внешнего вида конструкции.

Трудность расчета точной формы мембраны с минимальной площадью поверхности является только частью проблемы. Чрезвычайно трудно достигнуть надежной и ровной работы тканого материала мембраны, который может делаться из волокон разной прочности. Если к этому добавить концентрацию напряжения в определенных точках, картина будет почти за вершенной. При сравнительно небольших размерах эти проблемы не имеют значения или же легко решаются. При больших размерах они становятся критическими, и в результате мы бываем вынуждены пойти на разделение сетки и мембраны.

Здесь открываются два пути исследований. Один состоит в разработке мембран высокого напряжения для обеспечения равномерной работы под нагрузкой, а также в поиске более экономичного решения, направленного на противодействие местным напряжениям, посредством изменения содержания волокна ¹.

¹ Вероятно, автор имеет в виду содержание стекловолокна в стеклопластиковых покрытиях (прим. науч. ред.).

Этот путь, к сожалению, влечет за собой еще более сложный расчет напряжений, чем применяемый при проектировании тентовых конструкций, или же использование анализа фотоупругости, основанного на применении отражающих свойств полярископа и проводимого в Великобритании в Сэлфордском университете под руководством д-ра Дж. Б. Мак-Николаса.

Однако более простым и прямым решением было бы принятие того факта, что проектирование тросовой сетки значительно проектирования мембраны, и поиск техники прямого наложения мембраны на сетку.

Любая листовая мембрана, соответствующая сетке, должна подвергнуться упомянутым ранее сложным расчетам, чтобы за-вольно неудобным способом быть прикрепленной к сетке. При сооружении некоторых тентовых конструкций применялась техника «коконообразного» напыления поливинилхлоридных волокон, но, по-видимому, в дальнейшем потребуется ее усовершенствование.

Поливинилхлоридные волокна можно напылять на сеть с размером ячейки до 60,8 см (2 фута). Напыление производится по диагонали, и паутинообразные волокна перелетают от троса к тросу, образуя покрытие. Напыление на тросы производится с двух сторон, в результате чего тросы оказываются заключенными внутри кожеподобной оболочки. Обычно напыляется несколько слоев, при этом часто применяется нанесение на поверхность теплоотражающих алюминиевых гранул.

Эту же систему можно применить для покрытых сеткой пневматических конструкций низкого давления, где основные нагрузки несет сетка, а мембрана должна выдерживать напряжения. распределенные между ячейками сетки.

В технике напыления многое требует усовершенствования, прежде чем ее можно будет широко применять: в том числе — стоимость (около 120 долл. за 1 м²), являющаяся, может быть, следствием малого спроса, прочность и др.

Полагаю, что мы должны по-настоящему изучать технику напыления волокна. Кроме того, я, как и многие другие архитекторы, хотел применять напыляемые покрытия с высоким коэффициентом светопропускания или даже прозрачные. Неокрашенный пластифицированный ПВХ имеет тенденцию к разрушению под действием солнечных лучей, поэтому для данной цели требуется либо другая разновидность поливинилхлоридного материала, либо другой полимер.

В этом нет ничего невозможного, но разработка нового материала определяется спросом на него со стороны архитекторов и инженеров-строителей.

Пневматические конструкции

Пневматические конструкции низкого давления. Говорят, что история архитектуры является историей устремлений человека создать перекрытия наибольшего пролета, что римляне могли перекрывать пространства с большим пролетом, чем греки; что готические строители во многом шли дальше римлян; что со времен Железного моста в центральных графствах Англии мы получили возможность перекрывать максимальные пространства... Если это так, то тогда самое замечательное изобретение осталось незамеченным.

Часто утверждают, что теоретически не существует пределов пространства, которое можно перекрыть пневматичской конструкцией, и при определенных обстоятельствах это утверждение может быть обосновано. Практически можно перекрыть пространство площадью во много квадратных миль с помощью уникальной техники, причем себестоимость перекрытий снижается по мере увеличения пролета. Чем можно объяснить, что такая, не имеющая себе равных, техника пока не революционировала архитектуру?

Возможно, рассказ о трех моих неудачах с пневматическими конструкциями объяснит причины этого явления. История испытаний пневматических конструкций довольно драматична. Первым был испытан параболический купол высотой 7,9 м, построенный студентами-архитекторами Художественного колледжа в Брэдфорде в 1963 г. Мы применили прозрачную полиэтиленовую пленку с Т-образным соединением шва (в котором под действием избыточного давления появлялись маленькие дырочки) и наполненную водой трубу основания, или, точнее, частично наполненную водой, так как при диаметре 38 см в нее входило свыше 3 т воды. И хотя масса воды была достаточной, чтобы удержать купол, он все же поднялся вверх и опрокинулся. Дело в том, что основание оказалось недостаточно ровным, и вся вода стекла к более низкому уровню, оставив незакрепленной остальную часть периметра купола. Простой случай «кратковременного недомыслия» вогнал в краску всех участников неудачного эксперимента, исправленного позже устройством более тщательно подготовленного основания.

Вторым был луковицеобразный купол высотой 9,1 м, выполненный из черного полиэтилена студентами Архитектурной школы в Лидсе в 1965 г. Я предполагал загнуть край оболочки внутрь и засыпать его песком, но студенты отговорили меня от этого, предложив использовать колбасообразные трубы из того же полиэтилена, наполненные песком и продетые в петли, специально для этого приваренные к оболочке.

Испробовав эту конструкцию в течение двух недель в помещении, мы вынесли ее наружу. Был включен только один вентилятор из трех запроектированных, и давление внутри оболочки было очень слабым. Дул порывистый ветер, который трепал конструкцию и оборвал все петли, а мы, шестеро участников эксперимента, ухватившись за оболочку, попеременно то взмывали вверх, то опускались на землю. И, наконец, руки разжались, ветер подхватил оболочку и понес ее прочь, как огромную черную летучую мышь.

Основные выводы испытаний: необходимо хорошее крепление периметра, при проектировании луковицеобразного купола нельзя делать чрезмерно длинной вытяжную трубу (в противном случае с большого расстояния он будет выглядеть как горошина на барабане).

В обоих этих куполах внутреннее давление превышало атмосферное примерно на 15 кг/см². Третий неудачный эксперимент проведен с куполом, наполненным воздухом под давлением около 63 кг/см².

Этот купол был сделан по заказу кинофирмы «XX век Фокс» для фильма «Прикасаемые». Нас пригласили в качестве консультантов, и режиссер предложил соорудить для съемок фильма прозрачную сферу в ³/₄ с диаметром около 25 м.

Сфера в ³/₄ представляет собой пневматическую конструкцию, довольно сложную для расчета давления внутри купола и вне его. Кроме того, невозможно было получить по-настоящему прозрачную ткань с покрытием. Изучив различные возможности, мы, наконец, остановились на прозрачной ПВХ пленке и нейлоновой сетке.

Когда все исследования и изготовление деталей были завершены, началась установка купола. Трубчатый стальной подиум был покрыт тканью, и с помощью напыления ему придали вид бетона, были сделаны зеркальный пол из полированных алюминиевых панелей, вход снизу из «пружинящей» двери и установлен абсолютно бесшумный вентилятор.

К несчастью, во время укладки пола подача воздуха внутрь была уменьшена и еще более снижена в результате установки решетки в верхней части купола. «Мы думали, — как мне сказали позднее, — что выходит такое же количество воздуха, как подается, но воздух выходил намного быстрее». В купол воздуха поступало недостаточно, и конструкция «обмякла». С гор подул ветер, ударил в купол, и верхушка его лопнула. Результат, конечно, парадоксален: взрыв был настолько эффектен, что его намеренно повторили в кульминации фильма.

Когда же были предприняты все меры предосторожности, купол вел себя прекрасно. Это был самый большой в мире прозрачный купол, давший возможность режиссеру Роберту Фримену провести съемки.

До недавнего времени большинство пневматических конструкций проектировалось на основании предшествующего опыта. Некоторые предприниматели наладили производство и выпустили в продажу ряд стандартных форм, уже оправдавших себя на практике. Однако, когда возникала необходимость в новом материале, возникали сложности, так как специалистов-проектировщиков в этой области не существовало, а сам процесс проектирования пневматических конструкций еще не был достаточно разработан. Вероятно, этим можно объяснить медленное развитие пневматических конструкций в Европе, и, в особенности, в Великобритании.

Но теперь картина меняется. Изданы справочники, где излагаются основы проектирования и расчета разнообразных форм; все больше инженеров интересуются этим предметом. Однако расчеты, касающиеся проверки работы пневматической формы, сложны, занимают много времени и должны исходить из конкретного проекта, который является результатом разумного или, скорее, интуитивного подхода проектировщика к предмету.

Пневматическая конструкция низкого давления будет устойчивой, если внутреннее давление будет равно или же будет слегка превышать массу оболочки. Если масса ткани составляет 1,4 кг/м², потребуется давление, лишь немного ее превышающее. Этого достаточно для стабильности конструкций только при тихой погоде.

Ветер — причина многих осложнений, и поэтому внутреннее давление всегда должно быть равно или, когда требуется, слегка превышать давление, оказываемое на конструкцию ветром. Устойчивая форма может предотвратить вибрацию, которая иногда достигает угрожающей величины.

Оболочка должна также выдерживать давление снега, который может скапливаться на горизонтальных или почти горизонтальных плоскостях.

Так как внутреннее давление в конструкциях этого типа равномерно распределяется по всей поверхности, нужно определить самое сильное возможное внешнее давление и учитывать его при проектировании. Максимальное давление должно определяться в каждом отдельном случае — например, если человеку надо взобраться на конструкцию для ухода или чистки. В этом случае было бы неправильным считать, что этой нагрузке (около 40 кг/см²) нужно создать противодействие по всей поверхности оболочки. Правильнее считать, что временная локализованная деформация допустима.

Можно подумать, что при выборе материала оболочки проектировщики руководствуются общим уровнем напряжения, который должна выдержать оболочка, но в действительности может возникнуть очень сильная концентрация напряжения, которая и будет диктовать прочность мембраны.

Итак, основная цель расчета заключается в том, что оболочка в целом должна выдержать максимальную нагрузку в любой части. Можно по-разному «раскраивать» оболочку для улучшения эксплуатационных свойств в определенных местах, однако это не всегда возможно по финансовым соображениям.

Наконец, должна быть рассчитана подъемная нагрузка, определяемая давлением, приходящимся на единицу площади основания. Эту нагрузку считают одинаковой по всему периметру, хотя в действительности при порывах ветра она может различаться.

Форма диктуется стремлением к минимальной площади поверхности. Она может быть также изменена за счет раскраивания. Например, если бы кто-нибудь надувал оболочку кубической формы, она бы стремилась к форме шара. К форме можно Добавлять всевозможные отростки, но и они при надувании будут походить на причудливые шары с рогами и носами.

Шары приводят к пузырям. Поэтому логическое проектирование пневматических конструкций низкого давления может быть основано именно на изучении формы пузырей.

Пузырь, как и любая пневматическая форма низкого давления, состоит из оболочки, заключающей в своем объеме воздух под невысоким давлением, достаточным для восприятия массы оболочки. Пузырь всегда ограждает определенный объем при минимальной площади поверхности оболочки.

Не будем говорить об очевидном случае с мыльным пузырем. Каждый, вероятно, может представить себе проволочное кольцо, которое, каким бы ни было сложным по своей конфигурации, будет затянуто лежащей в одной плоскости пленкой. Однако, если кольцо согнуть, пленка приобретет форму, которая может оказаться очень сложной, но будет все же самой малой по площади возможной поверхностью.

Здесь я привожу слова автора многих работ о природе пузырей и не только пузырей, но также и о физическом строении вещей и явлений природы, например капель воды и т. п., Д'Арси Уэнтуорта Томпсона, который в 1917 г. опубликовал великолепную книгу «О развитии и форме», необходимую каждому проектировщику.

Интересно, скольких из нас удивляла и эта книга, и те необычайные факты, которые автор время от времени находил. Например, при анализе состоящего из кремнезема скелета представителя семейства губок, известных под названием Радиолярии ¹, он случайно заметил, что «никакой системой из шестиугольников нельзя оградить пространство; при равных или неравных шестиугольниках, правильных или неправильных — при всех обстоятельствах это математически невозможно».

¹ Радиолярии, или лучевики, — группа морских организмов, обладающих наружным скелетом, часто имеющим геометрически правильные формы решетчатых шаров, многогранников и пр. (прим. науч. реб.).

Таким образом, прежде чем перейти к недавним публикациям работ Фрея Отто, заметим, что проектирование должно отталкиваться от этого положения. Всегда нужно помнить, что для проверки работы новой формы, созданной проектировщиком, необходимы сложные расчеты. Сначала сделайте эту форму, и это сэкономит вам уйму времени и денег.

Некоторые мои работы с пузырями привели меня к выводам, противоречащим признанным положениям. Например, высказано предположение, что форма мыльного пузыря, покоящегося на плоской поверхности, является идеальной для пневматической конструкции низкого давления. Это правильно лишь при условиях, когда необходимо только уравновесить массу оболочки при помощи внутреннего давления, но во всех практических случаях лучшим сравнением послужил бы пузырь, надуваемый воздухом, поступающим снизу. Именно этот вид наглядной демонстрации может иногда дать довольно различные результаты, в особенности в тех случаях, когда пузырь надувается над неправильным в плане основанием, например в форме звезды. Пузырь поднимается над основанием рядом растянуттых парусов купола, в котором оболочка соединяется с основанием скорее под острым, чем под прямым углом.

В области пневматических конструкций низкого давления еще предстоит многое сделать, и я с нетерпением жду того дня, когда можно будет осуществлять климатический контроль над огромными пространствами. Почему наши спортивные стадионы до сих пор открыты, хотя лучшие спортивные результаты достигаются в идеальных условиях? Почему на курортах у нас, в Великобритании, до сих пор не осуществят вполне реального — не перекроют больших площадей моря и суши и тем самым не «побьют» курорты Средиземноморья их же собственной картой? Почему мы строим наши города на открытом воздухе и создаем тысячи микроклиматов, когда можно сделать над ними общую крышу? Но как бы мы жили, если бы это было сделано, и что сталось бы с архитектурой?

Пневматические конструкции высокого давления. Пневматические конструкции высокого давления обычно состоят из разделенной на отсеки полой оболочки, которая надувается воздухом, например надувной матрац, или трубы, надутые до умеренно высокого давления и несущие оболочку покрытия.

Первые пневматические конструкции высокого давления принадлежали ко второму типу, и они продолжают еще сооружаться. Однако при больших пролетах размер трубы настолько увеличивается, что сооружение может быть выполнено из труб, поставленных рядом.Некоторые из особенностей пневматических конструкций высокого давления, свидетельствующие об их перспективах, можно показать на примере работ Института военной техники в Кристере и Института королевских воздушных сил в Кардингтоне (оба в Великобритании). Представьте себе хранящийся в кузове небольшого грузовика мост, который можно надуть выхлопными газами, чтобы навести переправу для грузовика через овраг; пневматический подъемник, с помощью которого можно поднять человека на определенную высоту; подушку-домкрат для автомашины, которая надувается выхлопными газами; пневматическое покрытие (на сей раз низкого давления), которое можно использовать для переправы танка через реку; надувные дамбы (плотины); надувные, работающие на сжатие элементы для сооружения палубных надстроек — все это демонстрирует неограниченные возможности пневмоконструкций. И я убежден, что будущее пневматических конструкций высокого давления скорее в специализированном применении, как приведенные выше, нежели в больших пространственных покрытиях.

Дело в том, что я не убежден в надежности пневматических конструкций высокого давления. Под грандиозным по размерам пневматическим покрытием низкого давления легко может пролететь небольшой самолет, притом без риска, что оболочка тут же взорвется. Например, при проектировании пневматического покрытия низкого давления для стадиона Уэмбли в Великобритании было подсчитано, что если выключить все компрессоры подачи воздуха и открыть все 79 дверей, составляющих квадрат, сторона которого равна 2,28 м, то на спуск воздуха потребуется около 4 ч. Давление внутри помещения настолько слабое, что воздух не вырывается, а медленно выходит подобно легкому ветерку.

А в конструкциях высокого давления один небольшой прокол грозит немедленным оседанием всей конструкции. Для того, чтобы локализовать аварию, можно сдублировать конструкцию или разделить ее на мелкие отсеки, или же оборудовать ее компрессором для компенсации утечки воздуха, но до тех пор, пока у нас не будет самосклеивающейся оболочки, слабая прочность оболочки останется самым существенным недостатком.

Я хорошо прочувствовал этот недостаток сам, когда разрабатывал другой, неосуществленный проект для стадиона Уэмбли. Покрытие состояло из полой, разделенной на отсеки и наполненной гелием оболочки, поднимающей прозрачное растянутое покрытие, которое в свою очередь прикреплялось по всему периметру существующего здания стадиона. Исследования показали, что, хотя имелись достаточно прочные ткани, выдерживающие когти птиц, а маленькие дырочки не шли в счет, нужен был самосклеивающийся материал. Тем не менее проект был осуществим как с конструктивной, так и с экономической точек зрения, и проектировщики могли начать изыскания потенциального источника дешевого гелия, получаемого на определенных месторождениях нефти и природного газа.

Я убежден, что пневматические конструкции являются самым важным открытием, когда-либо сделанным в области архитектуры; что они могут освободить жилую среду от скованности и могут сыграть существенную роль в развитии общества.