Роль техники, материала, конструкции в архитектуре

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный университет»

Технологический факультет

Кафедра декоративно-прикладных технологий

Роль техники, материала, конструкции в архитектуре

Выполнила студентка 42 гр.

Сафиуллина Нурания Эдуардовна

Проверил: член СХ России, доц.

Осовитный Юрий Григорьевич

Магнитогорск

2012

Архитектура - искусство и наука строить.

Самые ранние архитектурные сооружения обеспечивали людям лишь частичную защиту. Шатер бедуина или вигвам индейца служили укрытием от солнца, ветра и дождя, но почти не спасали от холода; в своем иглу эскимос находил также прибежище от диких зверей. Но человек стремится воплотить в формах архитектуры еще и свое стремление к прекрасному, свои идеи и надежды. Всякое произведение архитектуры является конструкцией, но не всякая конструкция становится произведением архитектуры.

У архитектуры есть три фундаментальных признака. Во-первых, сооружение должно отвечать своему назначению. Во-вторых, помимо утилитарных нужд, архитектура выражает духовные потребности человека, состоящие в создании и созерцании красивых, гармоничных образов. Третий критерий оценки архитектурного сооружения - его надежность.

Функциональные, конструктивные и эстетические качества архитектуры (польза, прочность, красота) органически взаимосвязаны.

Объектом архитектурного творчества является всё сооружение в целом: размещение здания на территории, распределение отдельных частей внутреннего пространства здания, наружный облик всего здания и каждого из его фасадов, композиция и внутренняя отделка интерьера, а также все стороны технико-конструктивного осуществления сооружения.

На архитектуру здания оказывают влияние особенности участка и климат местности. Открывающиеся виды, яркость солнечного света и преобладающее направление ветра - все эти факторы могут подчеркнуть достоинства постройки. На тех территориях, где выпадает много снега, кровли домов принято делать высокими и крутыми; для Средиземноморья, где часто идут дожди, а снега почти не бывает, характерны кровли с малым наклоном; в засушливых районах достаточно плоской кровли, защищающей от солнца. Холодный климат требует замкнутости здания, чтобы сохранить тепло; на юге нужно, прежде всего, обеспечить хорошую вентиляцию.

Итак, мы видели, какое влияние на концепцию архитектора могут оказывать климат и природная ситуация. Однако архитектурную концепцию определяет в значительной мере не только строительная площадь, но и характер примененных материалов. Каждый строительный материал - дерево, камень, железо, стекло - обладает своим собственным языком, не только выглядит иначе, но предъявляет архитектуре свои специфические требования, содействует или противодействует поставленной архитектором задаче. В древних каменных постройках из-за непрочности камня приходилось ставить опоры очень близко одна к другой, поэтому при значительных размерах здания требовалось множество опор. Дерево и сталь, напротив, позволяют разместить опоры на достаточно большом расстоянии друг от друга; в сооружении, сделанном из этих материалов, ширина проемов может даже превышать высоту. Важны также такие свойства материалов, как легкость и податливость при обработке, текстура и цвет. Архитектор должен считаться с этими естественными качествами материала и стремиться к их целостному использованию.

Не следует, однако, чрезмерно преувеличивать стилистическое значение материала в архитектуре. В теории архитектуры существует направление (в начале XX века оно было особенно популярно), которое настаивает на особой «этике» материала, горячо ратуя за уважение к естественным требованиям материала, за его абсолютную «подлинность». Не забудем, что художественное воздействие материала в архитектуре основано главным образом на его цвете и на обработке его поверхности. В руках архитектора материал так же дематериализуется, как краска под кистью живописца. Подобно тому как масляная краска, темпера или акварель имеют для живописца значение прежде всего своими и изобразительными возможностями, так и для архитектора в материалах скрыты главным образом их оптические и осязательные свойства.

Так, например, излюбленный материал архитекторов барокко травертин нисколько не уступает ни мрамору, ни в особенности песчанику в смысле прочности, но на глаз и на осязание его пористая, несколько ноздреватая поверхность кажется лишенной твердости и определенности. Именно эта мнимая податливость, изменчивость и хрупкость травертина, а отнюдь не его объективная прочность сделали травертин таким популярным материалом в эпоху барокко. Не материал создает архитектурные стили, а стили истолковывают по-своему естественные качества материала. Знаменитое выражение Шиллера: «Задача художника - с помощью формы уничтожить материал» - безусловно есть преувеличение, но оно правильно подчеркивает направление проблемы. Архитектор, разумеется, не уничтожает и не скрывает естественных свойств материала, но он их видоизменяет, перевоплощает, подчиняет статическую массу материала своим динамическим целям. Быть может, именно в различной степени «принуждения» материала сказывается дух того или иного стиля. Особенно яркую иллюстрацию этой мысли дает садовое искусство. От интимных, словно случайных комбинаций английского и китайского сада до торжественно-абстрактной, геометрически точной композиции Версальского парка можно представить себе бесконечное разнообразие приемов в стилизации природы. Но о саде именно как о произведении искусства можно говорить только тогда, когда ясно проявились признаки стилизации, перевоплощения, «принуждения» природы.

Кроме того, необходимо отметить еще одно противоречие в теории защитников «этики материала». Что они подразумевают под естественными, нерушимыми свойствами материала? Как уже указывалось, чисто физическая природа материала, собственно, не играет никакой роли в художественной концепции архитектора. Следовательно, речь могла идти лишь о тех или иных стилистических функциях материала. Но существует ли единый критерий для определения эстетической ценности материала? Действительно ли язык материала в этом смысле совершенно однозначен? Разве один и тот же материал не поддается совершенно различным приемам обработки, оправдание которых скрыто не в самом материале, а в тех эстетических функциях, которые он выполняет? Вспомним, например, мрамор и его судьбу в истории скульптуры. Кто был прав - архаический скульптор, который извлекал из мрамора острые грани и узор поверхности, или Пракситель, который стремился уничтожить контуры и превратить поверхность мрамора в мягкий, прозрачный туман? Какой прием более родствен природе мрамора - пестрая полихромия архаических статуй, одноцветная тонировка Праксителя или чистая белизна статуй Микеланджело и Родена? Можно ли сказать, что природа мрамора просит шероховатой и матовой или, наоборот, гладкой и блестящей поверхности?

Если мы признаем, что камень требует простых, сплошных и полнозвучных форм, то нам придется отвергнуть как неполноценную всю готику, если мы допустим, что каждый материал следует демонстрировать в его естественном виде, то нам придется вычеркнуть из истории стилей всю египетскую, вавилонскую, персидскую и арабскую архитектуру, так как там главный стилистический эффект основан именно на скрывании естественной поверхности материала раскраской, глазурью. Само собой разумеется, что последнее слово в разрешении этих проблем принадлежит не материалу, а стилю или индивидуальному таланту художника.

Наконец, еще одно, последнее общее замечание к проблеме материала. Последовательные защитники «этики материала» выдвигают требование, чтобы формы, возникшие в одном материале, не имитировались бы, не репродуцировались бы в другом материале. Однако и это требование не находит себе никакого подтверждения в истории стилей! Напротив, мы знаем много случаев, когда формы, известные нам в одном материале, объясняются только по связи с другим материалом, в котором они первоначально были задуманы.

Так, например, в египетских могилах встречаются волнообразные стены и потолки. Выложенные в камне или кирпиче, они кажутся лишенными конструктивной логики, но ученым удалось доказать, что их прототипом были стены из пальмовых стволов. Еще более яркие примеры такого пережитка одного материала в другом дают некоторые мотивы древнегреческого храма. Прототипом дорийского послужил микенскиймегарон, микенской культуры, ахейцы, принесли с собой из своей северной родины. Но элементы мегарона, выстроенного из дерева и необожженного кирпича, строители дорийского храма перевоплотили в каменные формы. Так объясняются своеобразные каннелюры и капитель дорийской колонны, в особенности же формы дорийского антаблемента. то есть комната с очагом, традиции которой создатели

Когда-то, во времена микенской культуры, на деревянных колоннах покоились деревянные брусья, концы которых от сырости защищались дощечками, скрепленными вертикальными рейками и гвоздями. Мастера дорийского стиля превратили их в чисто декоративный мотив так называемых триглифов и капель. Подобный же процесс трансформации первоначального материала привел к созданию ионийской капители. Ионийская капитель возникла из двух первоисточников. Одним из них следует считать простой деревянный брусок продольной формы с закругленными краями, в который вставлялся ствол колонны. Другой прототип - бронзовая колонка с узорной капителью, известная уже в Месопотамии. Из соединения этих двух столь разнородных и по материалу, и по своим функциям мотивов и получилась классическая капитель ионийского стиля с ее гибкими волютами. Такое же перевоплощение элементов деревянной конструкции в каменные формы красноречиво проявляется в индусской архитектуре.

Наконец, мы знаем, что целый ряд материалов в архитектуре и прикладном искусстве возник с целью прямой имитации другого материала, как его суррогат. Самым ярким примером такой имитации является китайский фарфор, который первоначально возникает как суррогат нефрита и только в результате длительной эволюции достигает вполне самостоятельного стилистического значения. Все эти свидетельства исторических стилей ясно доказывают, что эстетическое значение материалов следует искать только в их оптическом воздействии. При этом оптическое воздействие материала может быть двоякого рода: материал может служить художнику средством эстетического выражения и конструктивной логики (элементы греческого храма), но может и сам сделаться объектом стилизации (китайский фарфор).

Обратимся теперь к краткому обзору строительных материалов.

Дерево есть древнейший строительный материал. Его применяют или тогда, когда еще не умеют строить из другого материала, или же, если нет другого материала и он слишком дорог. К первому случаю относится, например, архитектура Древней Греции или строительство Европы в раннем средневековье. Примеры второго случая дают богатые лесом страны, такие как скандинавские страны или Швейцария. Деревянные постройки, кроме того, распространены в странах, где из-за опасности землетрясения избегают высоких и долговечных построек, как, например, в Японии. Дерево может быть крепким и мягким, длинным и коротким, и эти его качества до известной степени подсказывают масштаб строения, принципы его конструкции и характер его декоративных элементов.

В общем, различают три главных вида деревянной конструкции: так называемый сруб с горизонтальным наслоением балок, затем стойку из вертикально поставленных свай и, наконец, так называемую решетчатую постройку. Эта последняя система характеризуется тем, что из горизонтального венца вертикальных стоек и диагональных раскосов образуются проемы в стенах, которые заполняют всяческим материалом и затем обшивают досками. Очень часто решетчатую постройку применяют только для верхних этажей, тогда как базу выполняют из камня. Сруб и стойка применяются главным образом в северных странах. Так, в России распространен первый вид, в скандинавских странах, особенно в Норвегии, - второй, тогда как решетчатая стройка распространена по всей Европе.

Дерево как строительный материал скрывает в себе неисчерпаемые возможности стилистических эффектов: оно может быть использовано для острой и мягкой моделировки форм, для подчеркивания массы. углов, граней и для игры поверхности, для глубоких выступов и для широких, равномерных плоскостей, для обрамления и для заполнения.

Наиболее популярный в монументальной архитектуре материал - камень. Каменные породы различаются степенью прочности и большей или меньшей легкостью обработки. Гранит, например, с трудом поддается шлифовке и поэтому мало пригоден для тонкого орнамента. Более гибок известняк, особенно мрамор, всего мягче для обработки песчаник. При этом, однако, из каждого материала путем его различной обработки могут быть извлечены самые различные стилистические эффекты.

Так, например, поверхность природного гранита (валуна) с неопределенными очертаниями и широкими швами дает чрезвычайно богатую градацию тонов от светло-серого до красного и зеленовато-черного и производит впечатление несколько мрачной, таинственной силы. Напротив, обработанный всеми современными техническими средствами, распиленный машиной и полированный гранит отличается очень резкими гранями и блестящей поверхностью и приобретает холодный, как бы официальный, чопорный оттенок.

Характер кладки камня также очень активно участвует в стилистическом воздействии архитектуры. Бутовая кладка внушает массам примитивный, суровый характер (в особенности так называемая циклопическая кладка). Напротив, швы квадровой стены придают ей строго организованную, симметричную структуру, то подчеркивая гладкую, монолитную поверхность стены, то заставляя ее волноваться в контрастах света и тени (так называемая рустовка). Для концепции архитектора имеет значение не только большая или меньшая податливость камня и характер его структуры, но также и масштаб каменного блока. Французский архитектор XVI века Филибер Делорм, один из строителей Лувра, рассказывает, каким образом он пришел к изобретению так называемого французского ордера. Для стволов колонн он располагал каменными блоками сравнительно небольшого размера. Тогда он стал накладывать цилиндры попеременно более крупного и более мелкого диаметров, создавая впечатление как бы опоясанной колонны и скрывая швы цилиндров орнаментальными и скульптурными украшениями.

В странах, бедных каменными породами, наиболее популярным строительным материалом делается кирпич, который применяют или как сырец, высушенный на солнце, или как обожженный и иногда покрытый цветной глазурью. Из всех строительных материалов кирпич следует считать наиболее ограниченным и односторонним по своим конструктивным и экспрессивным возможностям. Но в этой сдержанности, малой гибкости кирпича заложена отчасти и его своеобразная привлекательность для архитектора, так как недостаток пластической выразительности побуждает фантазию строителя искать удовлетворения в узоре поверхности или в широком размахе чисто пространственных комбинаций. И дефекты кирпича как строительного материала, и заложенные в нем своеобразные стилистические возможности яснее всего можно почувствовать, если сравнить архитектуру в Египте, столь богатом каменными породами, с архитектурой в Месопотамии, где недостаток камня, естественно, привел к расцвету кирпичной стены, или сопоставить каменную готику во Франции с кирпичной готикой в Северной Германии.

Из этого сравнения видно, прежде всего, что в кирпичном зодчестве мало популярна колонна и что поэтому в отличие от горизонтального антаблемента, свойственного каменной архитектуре (Египет, Греция), кирпичная архитектура тяготеет к арке, своду и куполу. Далее, одним из основных признаков кирпичной конструкции являются мелкость и однообразие строительной единицы - фасонного, лекального кирпича. Из этого дефекта, естественно, вытекает связанность и бедность пластической энергии в кирпичном зодчестве: кирпичная архитектура должна избегать далеко выступающих карнизов и глубоких желобов, стремясь к простоте очертаний, к воздействию широкими плоскостями и замкнутыми массами.

Чрезвычайно поучительно в этом смысле сравнить классические соборы северофранцузской готики - Реймса, Амьена, выстроенные из камня, с готическим собором, выстроенным из кирпича в южнофранцузском городе Альби. Крайнее упрощение форм превращает собор словно в крепость и создает впечатление мрачной силы. Внутренность собора в Альби не разбивается на традиционный ряд нефов, а состоит из одной огромной залы тридцать метров вышины и двадцать метров ширины; снаружи собор почти лишен пластических украшений, фиалов и вимпергов, столь излюбленных в архитектуре развитой готики; его узкие, очень высокие окна тесно зажаты между массивными контрфорсами, имеющими вид полукруглых башен и завершенных только низким и плоским карнизом. В соборе Альби есть своеобразная, аскетическая и возвышенная прелесть, но как далека она от пламенной динамики собора в Реймсе или Руане.

Дефект, присущий кирпичной архитектуре, отсутствие пластической выразительности, в свою очередь, уравновешивается одним стилистическим преимуществом, в высокой мере свойственным этому виду зодчества, а именно: богатой орнаментальной и колористической игрой поверхности. Прежде всего, это преимущество проявляется в самой кладке кирпичной стены, гораздо более разнообразной, чем кладка каменной стены. Кирпичная кладка состоит обычно из так называемых продольного ряда и поперечного ряда. Кирпичи, лежащие наружу своей узкой стороной, называются тычковыми, а лежащие длинной стороной - ложковыми. Пространство между двумя тычковыми кирпичами, находящееся позади ложкового, заполняется мелким камнем. Так как прочность кладки зависит от отношения между тычковыми и ложковыми кирпичами, то по крайней мере одна треть кирпичей должна состоять из тычковых. Вертикальные швы между кирпичами называются стыковыми (наряду с ними существуют швы горизонтальные), стыковые швы не должны приходиться непосредственно один над другим в слоях кладки. При этом швы могут быть крайне разнообразны как по своей структуре (полые швы, вогнутые, гладкие, выпуклые и т.д.), так и по своему общему рисунку (перевязка крестовая, цепная, голландская, готическая, диагональная или елочная и др.). Уже одна эта игра швов на поверхности создает своеобразную динамику кирпичной стены. Но к ней могут еще присоединяться чисто колористические эффекты - переливы различных оттенков кирпичного тона, чередование красных, коричневых, зеленых и черных кирпичей, отблеск глазури и т.д., - эффекты, которые особенно богато использованы в мусульманской архитектуре.

Наконец, кирпичная стена может быть покрыта штукатуркой, целиком или по частям (прием, особенно популярный в голландском зодчестве), и этот штукатурный слой опять-таки использован для декоративных целей. Особенно богатые декоративные эффекты достигаются приемом так называемого сграфитто, наиболее распространенным в Италии XV века, когда на темный слой штукатурки накладывают светлый налет и в нем выцарапывают узоры орнамента, обнаруживающие темный фон. В сочетании с каменной и кирпичной кладкой часто применяются также работы в стуке. Вследствие его гибкости этот материал чаще всего употребляется для украшения внутренних стен - уже античная архитектура знала потолки из стука, в эпоху Ренессанса и особенно барокко орнаменты и рельефы из стука приобрели самую широкую популярность.

Все упомянутые материалы - дерево, камень, кирпич - могут быть и одновременно применены в одном и том же здании. Мы знаем, например, что в древнегреческой архитектуре (микенский мегарон, древнейшие храмы) были приняты каменные фундаменты и на них возводились стены из необожженных кирпичей с проложенными деревянными балками; в эпоху готики часто употребляли для жилых домов конструкцию на каменном фундаменте, в эпоху Ренессанса любили соединять квадровую и кирпичную кладку.

К этим, так сказать, извечным материалам архитектуры в XIX веке присоединяются новые строительные материалы - железо и бетон. Для новых конструктивных задач, выдвинутых европейской цивилизацией, был необходим и новый материал. Раньше железо применяли только для рабочих инструментов или как средство для соединения других материалов (гвозди, скобы, цепи и т.п.), в новейшее же время железо сделалось самостоятельным строительным материалом со своими собственными стилистическими задачами и требованиями.

Различают три главных вида железа. Во-первых, чугун, который выдерживает только вертикальное давление сверху и который поэтому обычно применяют в виде свободных опор. Во-вторых, литое ковкое железо, которое выдерживает как давление сверху, так и боковое давление и растяжение - его поэтому применяют в виде балок при перекрытии пространства. Наконец, сталь, которая отличается наибольшей прочностью и эластичностью и поэтому наиболее приспособлена для широкого напряжения арок и сводов. Железу свойственны принципы стоек, родственные фахверку: железная конструкция состоит из соединения треугольников (фермы), заполненных или камнем, или бетоном, или стеклом.

Поскольку железная конструкция более чем какой-либо другой материал зависит от сложных законов статики; строить в железе - прежде всего значит вычислять: место архитектора занимает инженер. К тому же железная конструкция неспособна воздействовать отношениями компактных масс, направления и пересечения ее брусков часто подсказаны чисто механическими соображениями, а не эстетическими эмоциями. Тем не менее, обобщая железный скелет широкими и мелодическими очертаниями, уравновешивая динамику линий мощными каменными контрфорсами и базами, и железной конструкции могут быть присущи своеобразные художественные эффекты.

Наиболее же важные стилистические функции железо выполняет в новейшей архитектуре в сочетании с бетоном. Уже римляне охотно применяли особую систему кладки (так называемую конкретную систему, или «эмплектон»), главным образом для сводов, систему, которую следует считать прообразом современного железобетона. Пользуясь выгодными качествами так называемой пуццолонской земли, которая, будучи смешана с известью, давала отличный раствор, римские строители заполняли деревянную форму щебнем, заливали ее раствором и по застывании массы получали компактную кладку без швов. Именно этим способом выстроены громадные залы римских терм и императорских дворцов.

На этой же идее - на смешении цемента, воды, песка и мелкого камня и их трамбовке в деревянных формах - основано изобретение современного бетона, которое относится к 20-м годам XIX века. Главной особенностью бетона является полная однородность стены, совершенно свободной от швов. В середине XIX века французским садоводом Монье, специалистом по гротам и фонтанам, была изобретена еще более совершенная система кладки, так называемый армированный бетон. Французскому архитектору Огюсту Перре принадлежит и первое использование армированного бетона для чисто художественных целей в театре на Елисейских полях.

Суть этой системы заключается в том, что в массу бетона вставляются железные бруски, так называемая арматура, которая усиливает способность материала к растяжению, взаимную связь составных частей и упругость и позволяет перекрывать огромные пространства в мостах, фабриках, вокзалах, ангарах и т.п. Помимо конструктивной гибкости и выносливости железобетон обладает еще одним практическим преимуществом - значительно сберегает материал. Но железобетону присущи и оригинальные стилистические особенности. С одной стороны, железобетонная конструкция основана на системе арматур, состоит из одних только опор и связывающих их горизонтальных поясов, может обходиться почти без стен, не нуждается в капителях для колонн и в этом смысле родственна деревянной конструкции; с другой стороны, она все же сохраняет компактный характер каменных стен.

Из этого своеобразного стилистического контраста вытекает главное преимущество железобетонной конструкции - ее способность создавать грандиозные пространственные впечатления, а также комбинировать далеко выступающие и как бы висящие в воздухе массы. Но теми же самыми причинами объясняются и опасности, скрытые для архитекторов в свойствах железобетона: вследствие отсутствия всяких переходных, промежуточных форм, которыми так богаты каменная и особенно деревянная конструкции, железобетонная архитектура часто производит резкое, почти грубое, как бы сырое впечатление; к тому же для зрителя всегда остаются скрытыми внутренние силы, руководящие здесь материалом, и он не чувствует равновесия в сочетании масс. Одним словом, конструктивная гибкость железобетона далеко превосходит его экспрессивную способность.

Насколько различные формы может приобретать одна и та же конструктивная задача в различных материалах, показывает история купола. Достаточно сравнить византийский купол из кирпича, римский купол из цементированной массы, каменную кладку итальянских куполов или деревянную конструкцию французских куполов, чтобы убедиться в органической связи между материалом и художественной формой.

В последнее время к традиционным строительным материалам все чаще и все в большем масштабе присоединяется стекло, главным образом в соединении с железной арматурой. До XV века стекло употребляли только для церковных и монастырских окон, тогда как даже во дворцах и замках окна имели обыкновение закрывать деревянными ставнями, оставляя в них небольшие отверстия, завешенные прозрачной промасленной бумагой, закрытые слюдой или тонкими роговыми пластинками. Так как величина стеклянной пластинки в то время определялась силой легких выдувальщика стекла, то куски стекла, изготовленные для окон, были размером не больше кисти руки. Этим отчасти объясняется мозаичная композиция цветных готических витражей.

Только со времени изобретения литых стеклянных плит стекло стало применяться как строительный материал. Один из первых опытов монументальной конструкции из стекла и железа - так называемый Хрустальный дворец в Лондоне. Разумеется, стекло имеет незаменимые практические преимущества: полностью пропуская свет, оно не дает доступа ветру. Но стилистически стекло является самым опасным из всех строительных материалов, так как оно не дает никакого оптического завершения пространству и массам. Попытки современных архитекторов строить целые здания из стекла или вставлять в каменные здания сплошные стеклянные плоскости (например, лестничные клетки) приводят по большей части к негативным результатам. Стекло может поддерживать органическое взаимодействие с иными строительными материалами только тогда, когда обрамление, распорки, перила, рамы, поперечники придают реальный, пластический характер его мнимым плоскостям.

После того как архитектор познакомился с ситуацией будущего здания, установил его материалы и конструктивную схему, он приступает к проектированию, к графической фиксации трехмерных элементов строения. Прежде всего он набрасывает план, то есть горизонтальный разрез здания. План позволяет установить направление и толщину стен и протяженность пространств (следовательно, также пола и потолка); далее, определяет положение окон, дверей, лестниц; кроме того, план показывает характер покрытия (купол символизируют кругом, своды - скрещенными прямыми).

Конструктивной схемой здания называют систему вертикальных (стены, столбы) и горизонтальных (перекрытия, покрытия) элементов, которые обеспечивают зданию пространственную жесткость. Конструктивные схемы зависят от типа и расположения вертикальных и горизонтальных элементов несущего остова здания.

Исторически сложились три конструктивных системы, известные с древних времен:

- стоечно-балочная (или каркасная), в которой горизонтальный элемент (балка) работает на изгиб;

- сводчатая и арочная, в которых материал работает на сжатие, передавая с верхних элементов на нижние нагрузку и собственный вес;

- подвесная, в которой горизонтальные элементы работают на растяжение.

Каждой системе соответствовал материал, наиболее всего к ней подходивший.

Стоечно-балочная конструктивная система -- одна из самых древних. Как говорит само название, она состоит из вертикально поставленных стоек или столбов и опирающихся на них балок. С древнейших времен при строительстве зданий в этой конструкции использовались как строительные материалы дерево, кирпич и камень, делающие эту конструкцию устойчивой. Позднее для нее стали применять металлические колонны и балки.

Большой интерес представляет для нас античная греческая архитектура, возникшая на основе стоечно-балочной системы, которая получила в то время свое законченное художественно-образное выражение. Здесь выработалась та система архитектурных форм, которая получила название ордера.

В общем виде ордер можно определить как такой порядок расположения конструктивных частей сооружения, при котором рациональное распределение и взаимодействие несомых и несущих частей получило определенное образное выражение (форму), отвечающее практическому (утилитарному) и художественному назначению сооружения.

Ордер возник на материальной основе стоечно-балочной конструкции и стал ее художественным выражением. Основными элементами ордера являются колонна и архитравное перекрытие. Они выполняют практическую функцию, образуя укрытие от дождя и солнца; они являются конструктивными элементами, образующими устойчивую систему сооружения, и, наконец, они выполняют художественную функцию, создавая тот или другой художественный образ здания.

Таким образом, ордерная система была конструктивной и одновременно художественной системой здания. В античной греческой архитектуре сложились три ордера: дорический, ионический и коринфский.

Ордер в Древнем Риме: А - дорический; Б - тосканский; В - ионический; Г - коринфский; Д - композитный.

Обладая общей исходной конструкцией, все три ордера имеют и общие основные части: колонны, антаблемент и ступенчатое основание (стереобат). Колонны представляют собой опоры, поддерживающие антаблемент. Они завершаются капителями. Верхняя часть капители - абак (или абака) -- непосредственно воспринимает тяжесть антаблемента. В ионическом и коринфском ордерах колонны имели базы. Основная средняя часть колонны -- ствол (или фуст) -- слегка сужается кверху, образуя незначительную выпуклую кривизну, называемую энтазис. Стволы колонн обработаны вертикальными (криволинейными в плане) углублениями - каннелюрами. Антаблемент во всех ордерах имеет три структурные части: нижнюю -- архитрав, среднюю -- фриз и верхнюю -- карниз. Архитрав -- основная несущая часть антаблемента -- состоит из каменных блоков, перекрывающих пролет между колоннами. Фриз -- стенка, на которую в каменной конструкции опираются балки и плиты перекрытия. В карнизе главным структурным элементом является карнизная плита (гейзон), которая выносится вперед и служит в то же время переходом к крыше здания. Карнизная плита завершается каменным желобом (сима), который собирает стекающую с кровли воду и сбрасывает ее через специальные отверстия на землю.

Разновидности ордера в Древней Греции. А - деревянный прототип ионического ордера. В - эолийская капитель (от которой, возможно, произошла ионическая) и её прототип в дереве. Г - дорический ордер: 1 - сима; 2 - выносная плита; 3 - мутул; 4 - гутты, или капли; 5 - триглиф; 6 - метопа; 7 - тения; 8 - полочка, или регула, с каплями; 9 - абак (абака); 10 - эхин; 11 - ремешки; 12 - шейка капители, или гипотрахелион; 13 - каннелюры; 14 - стилобат (верхняя ступень стереобата). Д - ионический ордер (справа - более ранний, исходный малоазийский тип, слева - более поздний аттический тип): 1 - сима; 2 - выносная плита; 3 - фриз; 4 - зубчики, или дентикулы; 5 - тения; 6 - фасции архитрава; 7 - абак; 8 - волюта; 9 - эхин; 10 - каннелюры с дорожками между ними; 11 - полувал, или торус; 12 - скоция; 13 - плинт; 14 - стилобат.

Дорический ордер представляет наибольший интерес по строгости и закономерности своего строения. Он имеет тесно поставленные колонны и крупный антаблемент.

При мощных пропорциях колонн и значительных размерах нижнего диаметра это усиливает ощущение их силы и устойчивости. Детали дорического ордера с их наименованиями мы видим на чертежах главного храма афинского акрополя -- Парфенона (V в. до н. э.) , построенного, как и другие античные здания на акрополе, из белого мрамора. Величие, строгость, простота и вместе с тем пластичность форм, мастерски выполненных из мрамора, гармония пропорций, мужественный и жизнеутверждающий характер архитектуры -- все это достигло своего высшего выражения в облике Парфенона.

Структура ионического ордера имеет иной характер. Понять ее нам тоже помогает деревянный прототип ионического ордера. Конструкция перекрытия из небольших брусьев объясняет расчлененный характер форм антаблемента. Архитрав состоит как бы из нескольких брусьев, положенных друг на друга. Небольшое нависание брусьев друг над другом образует так называемые фасции. Потолочное перекрытие портика сделано из мелких, часто расположенных брусьев, выступающие концы которых служат консолями для карниза; они называются зубчиками. Фриз, возникший в ионическом ордере лишь в каменной конструкции, представляет собой сплошную стенку без триглифов и метоп, на которую ложатся плиты карниза и балки и плиты перекрытия. Следствием этого является большая, чем в дорическом ордере, свобода в расстановке колонн, и отпадает необходимость сужать крайние интервалы между колоннами.

В качестве примера ионического ордера можно привести ордер Эрехтейона -- храма, расположенного на афинском акрополе. Мы видим в Эрехтейоне два варианта антаблемента: с фризом (в восточном и северном портиках) и без фриза (в портике Кариатид); последний отражает более древнюю конструкцию ионического архитрава , восходящего к деревянным прототипам. Живописный, нарядный и праздничный характер декора в ионическом ордере получил свое высшее выражение в ионической капители, в богатой пластике ее волют, балюстр, фриза.

Структурными частями коринфской капители являются абак сложной формы и колокол. В состав декора коринфской капители вошел растительный орнамент в виде декорирующих колокол стилизованных листьев южного растения акант, а также большие и малые волюты. Все убранство капители располагается в строгом соответствии с осями, в определенном ритмическом порядке. Примером греческой коринфской капители может служить капитель из Эпидавра. Коринфский ордер отличается от дорического и ионического ордеров большим пластическим разнообразием форм.

Архитектура Византии наследовала от Рима его достижения в области арочно-сводчатых конструкций. Наряду с куполами и цилиндрическими сводами были широко распространены крестовые своды, чаще всего имевшие вспарушенную форму, появившуюся в результате отказа от эллиптического очертания диагональных ребер обычного свода и перехода к более простому полуциркульному абрису, легко очерчиваемому с помощью короба. В опирании купола на квадратное основание нередко использовался восточный прием -- тромпы.

Наиболее существенным конструктивным достижением византийской архитектуры является разработка системы опирания купола на отдельно стоящие четыре опоры с помощью парусного свода. Парусный свод представляет собой сферическую поверхность, образованную путем пересечения полусферы под прямым углом четырьмя вертикальными плоскостями. При пересечении полусферы горизонтальной плоскостью, касательной к вершинам вертикальных арок, образуется круг, который может служить основанием для опирания купола. Благодаря образованным таким образом четырем сферическим треугольникам-парусам вертикальная нагрузка от основания купола распределяется в сводах и собирается в четырех опорных точках. Боковые контуры сферических треугольников-парусов образованы четырьмя подпружными арками.

Вначале купол опирался непосредственно на паруса и подпружные арки; позднее между куполом и опорной конструкцией стали устраивать цилиндрический объем -- барабан, в стенах которого оставляли проемы для освещения подкупольного пространства.

Эта конструктивная система позволила освободить интерьер зданий от громоздких стен и еще более расширить внутреннее пространство. Той же идее пространственности интерьера служил прием подпирания подпружных арок полукуполами, создающими вместе с куполом единое пространство, иногда достигавшее очень больших размеров. Взаимное уравновешивание сводов -- одно из выдающихся достижений византийской архитектуры.

Типы структур и конструкции в архитектуре Византии

1 -- центрическая купольная структура -- церковь Сергия и Вакха в Константинополе, 527 г.; 2 -- купольная базилика -- собор Софии в Константинополе (532--537 гг.): а-- план; б -- продольный разрез; в -- конструктивная система (фрагмент центральной части интерьера); 3 -- крестово-купольная структура: а -- план Календер-Джами, IX в.; б -- конструктивная система центральной части; 4-- схема парусного свода и купола на парусах; 5 -- византийская кладка стен

Использование пространственных форм, обладающих в силу геометрического строения жесткостью и устойчивостью, позволило свести до минимума массивность Опорных конструкций, рационально распределить в них строительные материалы, получить значительную экономию в трудовых и материальных затратах.

Важной задачей романского строительного искусства стало преобразование базилики с плоским деревянным перекрытием в сводчатую. Вначале сводом перекрывались небольшие пролеты боковых нефов и апсиды, позднее сводом стали перекрывать и главные нефы. Толщина свода иногда была довольно значительной, поэтому стены и пилоны проектировались толстыми с большим запасом прочности. В связи с потребностью в больших перекрытых пространствах и развитием строительной технической мысли конструкцию первоначально тяжелых сводов и стен стали постепенно облегчать.

Романская арка и крестовый свод

Свод дает возможность перекрывать большие пространства, чем деревянные балки. Наиболее простым по форме и конструктивному исполнению является цилиндрический свод, который, не раздвигая стен, давит на них сверху огромной тяжестью, и потому требует особенно массивных стен. Этот свод наиболее пригоден для перекрытия помещений с небольшим пролетом, но он часто применялся и в главном нефе - во Франции в областях Прованс и Овернь (собор Нотр-Дам дю Пор в Клермоне). С переходом к цилиндрическим сводам массив стеновых опор стал резко возрастать.

Основой для новых типов сводов стал старый римский прямой крестовый свод над квадратным в плане помещением, получаемый пересечением двух полуцилиндров. Нагрузки, возникающие от этого свода, распределяются по диагональным ребрам, а с них передаются на четыре опоры по углам перекрываемого пространства. Первоначально ребра, возникающие на пересечении полуцилиндров, играли роль арок-подкружал, что давало возможность облегчить всю конструкцию (собор св. Стефана в Кане, 1064 - 1077; монастырская церковь в Лорш - первая полностью перекрытая сводами базилика). Если увеличить высоту свода настолько, чтобы диагональная кривая пересечения из эллиптической превратилась в полукруглую, можно получить так называемый повышенный крестовый свод. Крестовые своды использовались главным образом в боковых нефах и лишь с начала XII в. они начинают применяться для перекрытия главного пролета. Как и в Византии, романский крестовый свод почти всегда делается вспарушенным, что придает ему большую жесткость. Купола, иногда возводимые на пересечении главного нефа и трансепта, опирались на четырехгранное основание с помощью парусов или тромпов.

Своды чаще всего имели полнотелую кладку, что, требовало возведения массивных пилонов. Поэтому большим шагом вперед стал романский составной пилон: к основному пилону добавлялись полуколонны, на которые опирались гуртовые арки, и в результате уменьшался распор свода. Значительным конструктивным достижением стало распределение нагрузки от свода на несколько определенных точек за счет жесткого соединения поперечных гуртовых арок, ребер и пилонов. Ребро и гуртовая арка становятся каркасом свода, а пилон - каркасом стены.

В более позднее время сначала выкладывались торцевые (щековые) арки и ребра. Эта конструкция получила название ребристого крестового свода. В период расцвета романского стиля этот свод делался повышенным, а его диагональная арка приобретала остроконечную форму (церковь св. Троицы в Кане, 1062 - 1066).

Важным шагом в преобразовании конструктивной системы было сосредоточение усилий с помощью крестовых сводов и подпружных арок в отдельных точках и расчленение стены на собственно стену и столбы -- контрфорсы, устанавливаемые в местах наибольшего действия, распорных усилий. Эта конструктивная схема явилась основным итогом развития романского зодчества и стала основой для развития готической системы.

В период зрелой романской архитектуры (XII в.) принцип дифференциации конструкции начинает проявляться и в структуре сводов, внутренняя поверхность которых сочетается с выступающими ребрами -- гуртами. На гранях несущих опор гурты обычно имели продолжение в виде тонких полуколонок с базой и капителью. Расчлененная структура несущего столба явилась основой пластического решения интерьера, нашедшего свое дальнейшее развитие в готических постройках.

Главным новшеством, введенным зодчими готического стиля, является каркасная система. Исторически этот конструктивный прием возник из усовершенствования романского крестового свода. Уже романские зодчие в некоторых случаях выкладывали швы между распалубками крестовых сводов выступающими наружу камнями. Однако такие швы имели тогда чисто декоративное значение; свод по-прежнему оставался тяжелым и массивным. Готические архитекторы сделали эти ребра (иначе называемые нервюрами, или гуртами) основой сводчатой конструкции. Возведение крестового свода начинали, выкладывая из хорошо отесанных и пригнанных клинчатых камней ребра - диагональные (так называемые оживы) и торцовые (так называемые щековые арки). Они создавали как бы скелет свода. Получавшиеся распалубки заполняли тонкими тесаными камнями при помощи кружал.

Схема кладки каркаса готического свода

Такой свод был значительно легче романского: уменьшались и вертикальное давление и боковой распор. Нервюрный свод своими пятами опирался на столбы-устои, а не на стены; распор его был наглядно выявлен и строго локализован, и строителю было ясно, где и как этот распор должен быть «погашен». Кроме того, нервюрный свод обладал известной гибкостью. Усадка грунта, катастрофическая для романских сводов, была для него относительно безопасна. Наконец, нервюрный свод имел еще и то преимущество, что позволял перекрывать пространства неправильной формы.

Готический свод. Схемы расположения нервюр

Оценив достоинства такого свода, готические зодчие проявили большую изобретательность в его разработке, а также использовали его конструктивные особенности в декоративных целях. Так, иногда они устанавливали дополнительные нервюры, идущие от точки пересечения ожив к стреле щековых арок - так называемые лиерны ( ЕО, GO, FO, НО). Затем они устанавливали промежуточные нервюры, поддерживающие лиерны посередине,- так называемые тьерсероны. Кроме того, они иногда связывали основные нервюры между собой поперечными нервюрами, так называемыми контрлиернами. Особенно рано и широко стали пользоваться этим приемом английские зодчие.

Так как на каждый столб-устой приходилось несколько нервюр, то, следуя романскому принципу, под пяту каждой нервюры ставилась особая капитель или консоль, или колонка, примыкающая непосредственно к устою. Так устой превращался в пучок колонн. Как и в романском стиле, этот прием ясно и логично выражал художественными средствами основные особенности конструкции. В дальнейшем, однако, готические зодчие выкладывали камни устоев так, что капители колонн полностью упразднялись, и опорная колонка от основания устоя продолжалась без перерыва кладки до самой вершины свода.

Боковой распор нервюрного свода, строго лаколизованный, в противоположность тяжелому романскому своду не требовал массивной опоры в виде утолщения стены в опасных местах, а мог быть нейтрализован особыми столбами-пилонами - контрфорсами. Готический контрфорс является техническим развитием и дальнейшим усовершенствованием контрфорса романского. Контрфорс, как установили готические зодчие, работал тем успешнее, чем он был шире снизу. Поэтому они начали придавать контрфорсам ступенчатую форму, относительно узкую наверху и более широкую внизу.

Нейтрализовать боковой распор свода в боковых нефах не представляло трудностей, так как высота и ширина их были сравнительно невелики, а контрфорс можно было поставить непосредственно у наружного столба-устоя. Совершенно иначе приходилось решать проблему бокового распора сводов в среднем нефе.

Готические зодчие применяли в таких случаях особую арку из клинчатых камней, так называемый аркбутан; одним концом эта арка, перекинутая через боковые нефы, упиралась в пазухи свода, а другим - на контрфорс. Место ее опоры на контрфорсе укреплялось башенкой, так называемым пинаклем. Первоначально аркбутан примыкал к пазухам свода под прямым углом и воспринимал, следовательно, только боковой распор свода. Позднее аркбутан начали ставить под острым углом к пазухам свода, и он принимал, таким образом, на себя частично и вертикальное давление свода.

Конструкция и пластическая разработка форм в готической архитектуре

1 -- собор в Реймсе, XIII в.: а-- план; б-- поперечный разрез; в-- членение и декор основного нефа; г-- фрагмент бокового фасада; 2 -- схема распределения распора и ветрового давления; 3 -- стрельчатый крестовый свод; 4 -- нервюры свода; 5 -- возведение свода по деревянным кружалам; 6 -- разрез по наружной стене храма; 7-- кладка стены с внутренней забутовкой; 8-- готические детали: а-- фиал; б-- окно-роза; в-- профили нервюр; г-- двухпролетный аркбутан; д -- окно бокового фасада; 9 -- деревянная фахверковая конструкция средневекового дома

При помощи готической каркасной системы достигалась большая экономия материала. Стена как конструктивная часть здания становилась излишней; она либо превращалась в легкий простенок, либо заполнялась громадными окнами. Стало возможным строить здания невиданной ранее высоты (под сводами - до 40 м и выше) и перекрывать пролеты большой ширины. Возрастали и темпы строительства. Если не было помех (отсутствия средств или политических осложнений), то даже грандиозные сооружения возводили в относительно короткие сроки; так, Амьенский собор в основном был построен меньше чем за 40 лет.

После внедрения в архитектуру металлических конструкций стали применять третью систему - подвесную. Байтовые покрытия, растягиваемые или поддерживаемые системой тросов, могут быть разнообразными по форме.

В современном массовом строительстве не требуется перекрывать большие пролеты, поэтому в основном используют три схемы стоечно-балочной системы.

1. Бескаркасная с несущими наружными и внутренними стенами (с продольными или с поперечными). Причем несущими могут быть продольные стены, поперечные или и продольные и поперечные.

2. С неполным каркасом : внутренний каркас и несущие наружные стены.

3. Каркасная (с полным каркасом), т. е. с несущими отдельными опорами. Состоит она из вертикально поставленных стоек (колонн) и опирающихся на них балок (прогонов).

Соединение вертикальных и горизонтальных элементов конструкции может допускать вращение одного элемента относительно другого; такое соединение, допускающее изменять геометрическую форму сопряжения, называется шарнирным.

Если соединение горизонтальных и вертикальных элементов заделано намертво с целью увеличения жесткости конструкции, такое сопряжение называется жестким. В этом случае из стоечно-балочной система превращается в рамную с жесткими узлами рамы, а балка - в ригель - горизонтальный элемент рамы.

Жесткость конструкции может достигаться введением жестких плоскостей - диафрагм жесткости. Постановка вместо внутренних несущих стен отдельных опор (колонн), соединенных ригелями (балками перекрытий), с опиранием на ригели плит перекрытий дает возможность перекрыть большие пространства, внутри которых можно изменить размеры помещений, передвинув перегородки - ограждающие конструкции. Так возникает понятие гибкой планировки - возможности в процессе эксплуатации здания менять расположение и размеры помещений.

Каркасные здания наиболее полно отвечают требованиям современного строительства, а бескаркасные применяют обычно для жилых домов и небольших общественных и промышленных зданий. Последние надежны и просты, но имеют недостатки: из-за ограниченной длины плит перекрытий, не превышающей 6 м, необходимо возводить стены для опирания плит, поэтому спроектировать свободное помещение большого размера по этой схеме невозможно.

Важнейшим средством практического решения функцией, и идейно-художественных задач архитектуры является строительная техника. Она определяет возможность и экономическую целесообразность осуществления тех или иных пространственных систем.

Для стен в основном использовался кирпич -плинфа, укладываемая на растворе. В восточных областях империи, богатых карьерами известняков и туфа, применялась кладка из тесаных камней на растворе (Сирия, Закавказье).

В растворе использовали известь, к которой примешивали мелко истолченный кирпич -- цемянку для придания раствору большей прочности и гидравлической стойкости. В стенах раствор укладывался горизонтальными слоями толщиной в несколько сантиметров. Иногда применялась смешанная кладка: 3--5 рядов плинфы, уложенных на толстом слое раствора, чередовались с несколькими слоями тесаного камня. Наружная поверхность стен обычно не штукатурилась.

Быстросхватывающийся цемяночный раствор позволял возводить своды и купола по древневосточному обычаю -- без применения дорогостоящих лесов. При возведении куполов кладка велась отдельными кольцами с наклонными рядами кирпича. Продолжая строительные традиции восточных областей империи и сопредельных стран, конструкция византийских сводов из кирпича резко отличается от конструкции римских сводов, возводимых по деревянным кружалам.

Для облегчения веса в кладку сводов вводились пористые каменные породы, в частности пемза. Купола и своды покрывались черепицей или свинцовыми листами.

Для восприятия распора арок и сводов в процессе их сооружения в византийских постройках часто применялись металлические и деревянные затяжки, которые иногда оставлялись и в уже возведенном здании. В куполах закладывали растяжные кольца, изготовленные из дубовых брусьев или полосового железа.