Стійково-балкова та каркасна тектонічні системи

Стійково-балкова архітектурно-конструктивна система – це система стійок або вертикальних опор і балок, що на них опираються. Ця система виникла в стародавні часи та існує дотепер. Найперші споруди створювалися за цією схемою. Багаточисельні доісторичні споруди, що збереглися на теренах Європи та Азії, так звані дольмени, складаються з двох чи більше вертикально поставлених каменів і кам’яних глиб чи плит, що відіграють роль балки.

З часом ця примітивна конструкція досягла значної досконалості, розвинувшись у струнку архітектурну систему, на основі якої було створено багато архітектурних споруд і будівель. Необроблені кам’яні глиби як підпори перетворилися в стовпи чи колони, які набули чіткої тектонічної форми, підкресленої пластичною та орнаментальною обробкою. Безформна плита перекриття перетворилася в кам’яну балку геометричної форми.

Стійково-балкові конструкції з давніх часів виконувалися і з дерева. При цьому такі дерев’яні конструкції з їхніми більш стрункими, легкими пропорціями в свою чергу могли впливати на формування кам’яних конструкцій, розвиток яких, як правило, йшов шляхом усе більшого полегшення балки та стрункості несучої підпори.

В архітектурі давнього світу колонні системи знайшли широке розповсюдження. Історія архітектури Давнього Єгипту та інших давніх цивілізацій дає багато прикладів споруд, де основою є колони, перекриті балками.

Їх форма часто носила риси копіювання та натуралізму: наприклад, масивні гранітні колони в єгипетській архітектурі, які були стилізацією купи стеблів папірусу або квітки лотоса. Подібні форми не відображують сутності конструктивного змісту стійково-балкових систем, і з погляду на образне рішення така стилізація позбавлена логіки. Безперечно, походження цих форм значною мірою визначалося більш давніми конструкціями з дерева, очерету та подібного матеріалу, традиційна форма яких потім втілилася у спорудах з каменю (рис. 1.1).

 

 

Рис. 1.1. Різні типи протодоричних колон Єгипту

 

Стійково-балкова система, зберігаючи свою конструктивну суть і логіку, зазнавала пластичних еволюцій протягом століть, що позначилось як на зміні технології виготовлення частин будівель і споруд, так і на прагненні будівельників використати композиційні засоби разом із особливостями матеріалу для отримання художньо-ідеологічного ефекту.

Так, у Давньому Єгипті храмова архітектура створювалась спеціально для підтримки культу божества, що персоніфікувалося фараоном, і саме тому основним композиційним засобом було специфічне використання масштабу, а саме несорозмірність будівлі і людини, «надлюдський» масштаб тощо.

Принцип символічної декоративності, що застосовувався зодчими Єгипту в рішенні пластики колон (рельєфи, форма капітелей) використовувався й при обробці стін і інших поверхонь (рис. 1.2).

Свого часу відбулася трансформація стійково-балкової системи в колонні ордери, які по суті єсистемою вертикальних і горизонтальних конструкцій, підпорядкованою певним законо-мірностям формування, побудови пропорцій, розташування й чергування окремих елементів (рис. 1.3, 1.4).

 

 

		Рис. 1.2. Храм Амона, зодчі Аменхотеп, Горі і Суті, XV ст.
		Рис. 1.4. Парфенон – найвеличніша та найвидатніша споруда грецької архітектури: загальний вигляд

 

Ордерна архітектура характерна для Античної Греції та Стародавнього Риму. Слід зазначити, що грецький ордер – це найбільш вдале та досконале втілення тектоніки стійково-балкової системи, в той час, як римському ордеру притаманна більша декоративність.

В епоху Древнього Риму були створені чудові зразки бездоганних у тектонічному відношенні споруд – мости (акведуки й віадуки), у яких єдність матеріалу (каменю), форми, конструкції й оточення досягнуте повною мірою.

Тектонічні еволюції стійково-балкової системи в давньорим-ські часи були досить різноманітні й включали великий діапазон форм – від вишукано-тектонічних атріумних житлових будинків до сугубо декоративних зображень ордера на стіні.

Закономірна система ордерних форм, із чіткою градацією несучих (стійки) і ненесучих (балки, плити) елементів, пов’язаних загальним тектонічним принципом, зі строгими кількісними відношеннями між частинами та цілим, є чудовим прикладом реалістичної архітектури, що має певне методологічне значення і зараз.

Кам’яні стовпи та балки зберігали стійкість за рахунок ваги та сили тяжіння самої конструкції. Грецькі храми не руйнувалися від ураганного вітру, оскільки маса кам’яних блоків була більшою від перекидаючого моменту. Однак, відносно невеликі поштовхи під час землетрусу призводили до зміщення елементів, часто руйнували конструкції. Зв’язок між стійками і балками був не міцним і не жорстким, тому кам’яна конструкція добре опиралася силам стиснення і погано – силам розтягу. На розтяг слабко працював і сам камінь. Тому кам’яна балка на двох опорах перекриває значно менший проліт, ніж дерев’яна.

Фізичні властивості матеріалу визначають його конструктивні можливості. Ще здавна будівельники виробили певні числові відношення для елементів стійково-балкової конструкції. Ці технічно виправдані співвідношення довжини, ширини та висоти стійки чи балки в античному світі знайшли своє відображення в системі пропорцій, в яких втілилися технічні та естетичні вимоги до конструкції.

Повернення до ідей античності в європейській культурі Відродження, природно, призвело до широкого використання ордерної системи, але вже на якісно іншому рівні. Характерне

 

для людей Ренесансу прагнення до уточнення, перерахування, повторного огляду всього сущого, а також до ясності, чіткості, ідеальних форм втілилося у процесі створення цілого ряду канонічних (усереднених, ідеалізованих) ордерних систем. Дотримуючись правил трактату Вітрувія, у структурі ордера намагалися знайти секрети закономірностей майстерності, рецепти «вічної краси». Відомі ордерні системи великих італійців Віньоли, Палладіо, Альберті тощо. А що ж відбувалося з тектонікою? Зодчі Відродження, реалізуючи на практиці власні погляди (що, до речі, не завжди означало застосування винайдених ними канонів), виробили образно-метафоричний підхід до ордерної системи, що отримав повний розвиток у період бароко.

Звертання до ордера як до тектонічної системи, використовуваної як художньо-пластична мова в архітектурі, було характерне для періоду класицизму, коли й набуло особливого значення і змісту. Роль ордера, однак, уже була іншою: по-перше, він продовжував залишатися здебільшого накладною декорацією на фасадах будинків, по-друге – виражав зовсім інші ідеї.

Універсальність ордерної системи як засобу художньої виразності служить людині з моменту виникнення ордера й дотепер, і тільки корінні зміни будівельного виробництва, перехід від ручної праці до практично повної індустріалізації позбавив ордер його значення тектонічного й художнього символу. У подальшому розвитку відбулась трансформація в аркову та склепінчасту системи з несучими стінами.

Стійкова-балкова тектонічна система є праобразом каркасної тектонічної системи. Будь-яка споруда має якомога краще протидіяти зовнішнім силам, які діють на неї в усіх напрямках. У давньому світі це завдання вирішували або зведенням жорсткої суцільної конструкції – стіни, що обмежувала простір з усіх боків, або спорудженням жорсткого остова, вкритого якимось більш легкими матеріалами. Головні навантаження від зовнішніх сил як своєрідний скелет будівлі сприймав остов.

Подібна конструкція називається каркасною від «carcassa» – остов. Головною відмінною рисою каркасних конструкцій є розділення функцій на несучі та захисні. Каркас зазвичай складається з вертикальних (стійок чи опор) і горизонтальних (ригелів чи балок) елементів, жорстко з’єднаних між собою в різних площинах. У порівнянні з монолітною стіновою конструкцією на виготовлення каркасу витрачається менше матеріалу, з огляду на це він більш легкий та екомічний, оскільки площа перерізів каркасу складає відносно невеликий відсоток від площі перерізу стіни. Каркасні конструкції широко застосовувались у середньовічних містах Західної Європи. Основою народного житла часто був дерев’яний каркас із розкосами для жорсткості – фахверк, який заповнювався глиною або цеглою. Народні майстри вміло виявляли тектонічні особливості каркасу і зазвичай не закривали фахверк із зовнішнього боку. Чіткий малюнок дерев’яної несучої основи та художньо підкреслений характер заповнення реалістично розкривали об’ємно-просторову структуру будівлі та її конструктивну сутність (рис. 1.5).

У дерев’яних каркасах було порівняно легко поєднувати елементи каркасу та забезпечувати йому просторову жорсткість. Для цього в різних площинах використовувалися різні розкоси. Значно важче було створити просторові зв’язки в кам’яному каркасі.

 

 

		Рис. 1.5. Фахверковий житловий будинок
	Рис. 1.4. Фахверковий житловий будинок

 

Майстри готики розробили кам’яний остов за допомогою ребер склепіння – нервюр, нахилених арок – аркбутанів і спеціальних опорних стовпів – контрфорсів. У результаті вага перекриттів і горизонтальні умови розпору передавалися на систему зв’язаних між собою конструктивних просторових елементів, що вивільняють від навантажень значні ділянки стіни. Вони, в свою чергу, виконували захисну функцію.

Із розповсюдженням металу та залізобетону каркас набув широкого застосування, особливо в багатоповерхових будівлях. До характерних рис каркасних конструкцій належить зменшення розмірів перетину несучих елементів до мінімуму (згідно зі статичними розрахунками) та чітке функціональне розмежування несучих і ненесучих елементів.

Головні тектонічні та виробничі вимоги до каркасних систем – цевиявлення на фасаді опор і місць кріплення огороджуючих навісних панелей, тобто кроку каркасу (рис. 1.6).

	Рис. 1.6. Схема каркасу виробничого будинку

 

 

Застосовуються різні варіанти кріплення навісних панелей: безпосередньо до колон і ригелів; тільки до колон; до консольно виступаючих перекриттів, тощо. Відповідно до цього існують різні можливості формоутворення та різний ступінь виявлення малюнка каркасу на фасаді.

Таким чином тектоніка каркасної системи передбачає відображення каркасу на фасаді за допомогою віконних переплетів і розрізки панелей. На рис. 1.7 і 1.8 показано різні варіанти рішення фасадів каркасних будівель.

Каркасна архітектурно-тектонічна система найбільш розповсюджена в сучасній архітектурі. Вона самостійно служить конструктивною основою багатьох сучасних будівельних споруд і є складовою частиною комплексних конструкцій, які найчастіше використовуються архітекторами.

 

Рис. 1.8. Різні варіанти фасадних членувань каркасних будівель