Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях


ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ НА МЕЖДУНАРОДНЫХ ВЫСТАВКАХ

Ю. Мурата (Япония)

Идея проведения выставок, рассчитанных на массового посетителя, родилась во Франции в эпоху Директории. Первая такая выставка была открыта на Марсовом поле в Париже в 1798 г.— за год до того, как правительство Директории пало в результате переворота, совершенного Наполеоном.

В первые же дни Французской революции, в августе 1789 г., Учредительное собрание провозгласило «Декларацию прав человека и гражданина», вызвавшую небывалое одобрение и шумный общественный отклик. Установленное «Декларацией» политическое равенство всех граждан предстояло теперь дополнить свободой выбора рода занятий, поскольку до сих пор род занятий наследовался в соответствии с системой гильдий. В 1791 г. был провозглашен «Манифест о свободе труда», по которому система гильдий была официально упразднена; это вызвало такой же общественный энтузиазм, как и провозглашение «Декларации» 1789 г. Широкая общественная поддержка «Манифеста» во многом способствовала укреплению неустойчивого режима Директории и продолжению революционных преобразований в стране, окруженной врагами. Такой успех был равнозначен формированию нескольких вооруженных дивизий.

Правительство, стремясь повысить свою популярность, устраивало множество массовых празднеств; в Париже эти празднества происходили на Марсовом поле, перед зданием бывшей военной школы. Прежде здесь учили королевских солдат стрелять в народ, теперь этот народ охотно собирался сюда, попирая ногами бывший королевский плац. Поэтому именно Марсово поле стало популярным местом народных празднеств и гуляний. Правительство Директории, не забывшее восторженного одобрения «Манифеста о свободе труда», решило организовать торжества в память о его провозглашении. Празднование освобождения народа от политического гнета объединялось с празднованием освобождения промышленности от сковывавшего ее развитие гнета гильдий; так массовое народное празднество должно было соединиться с промышленной выставкой. Подобное соединение представлялось вполне естественным и организаторам торжеств и публике той эпохи. К тому же среди членов парламента и правительства было немало промышленников, изобретателей и ученых, в том числе Монгольфье — директор известной бумажной компании и изобретатель воздушного шара, механик Жаккар — изобретатель названного его именем ткацкого станка, и др.

Так, в 1798 г., на заре современной индустрии, делавшей тогда первые шаги от ручной мануфактуры к машинному производству, в Париже была открыта первая «Выставка изделий французской промышленности». Выставка была своеобразным сочетанием традиционной ярмарки и музея. Французское название ярмарки — lafoirе — возникло еще во времена Каролингов, от латинского слова feriam, что означает нерабочий день, праздник. В старину торговые ярмарки устраивались церквами или монастырями в дни святых и были одновременно яркими народными и религиозными празднествами. Музеи в эпоху Республики открывались во дворцах, принадлежащих бывшей знати, где прежде избранные посетители любовались произведениями искусства, проходя из зала в зал по строго определенному маршруту. На парижской выставке 1798 г. оказались соединенными праздничная атмосфера ярмарочного гулянья с характерными для музеев того времени формой показа экспонатов и четким маршрутом движения посетителей.

На выставке были представлены некоторые произведения искусства, но главным образом — предметы обихода, многие из которых были изготовлены машинным способом. Посетители с интересом осматривали экспозицию, находя в ней отражение своих настроений и надежд на будущее. Выставка имела огромный успех и с тех пор стала своего рода знаменем достижений промышленной революции. На протяжении всего XIX в. такие выставки играли чрезвычайно важную роль в развитии современной цивилизации, особенно в развитии конструкций из железа и стали.

В 1889 г. правительство Третьей республики впервые организовало в Париже Всемирную выставку, посвященную столетию Великой французской революции. Эйфель построил для нее 300-метровую башню из железа, опережая век стали, который еще не наступил. Башня явилась «гвоздем» выставки. Подобный энтузиазм всегда вызывали те выставки, на которых были показаны те или иные достижения совершенной технологии или инженерного искусства. Эта тенденция стала традицией, сохранившейся до наших дней.

То же можно сказать и о пневматических сооружениях, которые впервые появились в 1940 г. Их создал Уолтер Бэрд, сотрудник Корнеллской лаборатории аэронавтики — исследовательской организации в Буффало, штат Нью-Йорк. Сначала они использовались в качестве укрытий радиолокаторов американских Военно- воздушных сил. В 1958 г. пневматическое сооружение было показано европейской публике на Всемирной выставке в Брюсселе в качестве павильона американской авиационной компании (ПАНАМ). Оно было спроектировано и возведено фирмой «Бэрдэйр».

Павильон представлял собой простой воздухоопорный купол в три четверти сферы и изображал глобус с нанесенными на нем воздушными линиями ПАНАМ. Он был окружен железобетонной смотровой галереей.

Я осмотрел купол с галереи, но, к сожалению, не вошел внутрь. Было слишком много других павильонов, более привлекательных, нежели простая сфера, и трудно было представить себе, что пройдет немного времени, и я буду работать над подобной конструкцией.

В 60-е годы в США и Европе на менее крупных выставках было показано много пневматических сооружений, однако даже самые большие из них не превзошли павильон «ПАНАМ» — простое воздухоопорное сооружение из ткани.

Еще через три года фирма «Бэрдэйр», располагая достаточным опытом, изготовила много выставочных павильонов в США, почти монополизировав американский рынок. В это же время целую эпоху в этой области сделал двумя своими работами архитектор Виктор Ланди.

Павильон «Атомы для мира» (рис. 1) был предназначен для передвижной выставки Американской комиссии по атомной энергии и прошел по странам Центральной и Южной Америки. Оболочка павильона представляла собой две мембраны, отстоящие друг от друга на 1,2 м; межоболочечное пространство было разделено на несколько отсеков. Длина.сооружения равнялась 100 м, ширина 40 м, высота 18 м. Оболочка покрывала площадь 2000 м2. Масса наружной оболочки не превышала 6000 кг. Возведение ее выполнялось бригадой 12 чел. и длилось от 3 до 4 дней [1].

По общему признанию, «ярмарочные» сооружения создают атмосферу карнавала, однако, как сказал Ланди, его «абстрактные воздушные цветы» для ресторанов Брасс-Рэйл (рис. 2) на Нью-йоркской ярмарке 1963—1964 гг. демонстрировали призыв к воображению, для чего они и были сделаны. Созданные специально для ярмарки, эти пневматические конструкции были выполнены из стекловолокнистой ткани и поддерживались непрерывно подаваемым воздухом при низком избыточном давлении. Они имели высоту 22,5 и диаметр около 18 м. Эти громадные объемы, прикрепленные к центральной стойке, действительно образовывали большую трехмерную крышу, парящую над закусочными столиками.

Я думаю, это демонстрирует возможности, предоставляемые техникой XX в., создавать крупные архитектурные формы и объемы, пользуясь сравнительно простыми и недорогими средствами [2]. Крупнейшим событием, последовавшим за Нью-йоркской ярмаркой, была Всемирная выставка в Монреале в 1967 г. Интересно, что на ней не было ни одного пневматического сооружения, и наибольшим успехом пользовался павильон ФРГ, который создали Р. Гутброд, Ф. Отто, Ф. Леонгардт, Г. Кендель, Г. Кис Медлин. Это была тентовая конструкция нерегулярного плана, состоящая из тросовых сетей и мембран, опертая в середине на стойки.

Там же находился американский павильон Бакминстера Фуллера в виде геодезического купола диаметром 50 м, но произвольно спланированный тент Фрея Отто восхищал сильнее своими более органичными, точно рассчитанными формами. На монреальской выставке было много тентовых павильонов, и ее можно было бы назвать «ЭКСПО тентовых конструкций». Выставки всегда очень чутко отражали уровень цивилизации каждой эпохи, традиционно искали новинки технологии и инженерного искусства, каждый раз разгоралось острое международное соперничество, и в Монреале геодезический купол затмили многочисленные тенты.

Развитие модернистской предвоенной архитектуры в Европе в значительной степени стимулировалось выставками. И «Баухауз», и Ле Корбюзье принимали активное участие в европейских выставках. Всемирная выставка 1970 г. в Осаке (Япония) ЭКСПО-70 после монреальской «тентовой выставки» 1967 г. выглядела «выставкой пневматических сооружений». Наряду с мегаструктурой японского архитектора К- Танге в виде пространственных рам, некоторыми висячими конструкциями, «деревом огней» и т. п. было использовано много пневматических сооружений, более совершенных, чем на выставке 1963—1964 гг. в Нью-Йорке. Следует упомянуть ряд проектов, оставшихся нереализованными. Я помню сильное увлечение того времени пневматическими конструкциями. Как я и предвидел, ЭКСГЮ-70 «сказалась ареной международного соперничества в области пневматической архитектуры. Это объясняется замечательной особенностью выставок — традицией предоставлять возможности новым направлениям развития и давать им официальное признание.

Павильон Франции для ЭКСПО-70 в Осаке (конкурсный проект). Авторы: Жан ле Куто и Дени Слоан (1967).

Бетонные оболочки, заглубленные в грунт, имели наземное продолжение в виде пневматических оболочек, образовавших вместе с ними полные сферы. Внутри предусматривались многоэтажные стальные платформы. Эти платформы нигде не касались оболочек. Проект не был реализован прежде всего из-за чувства неуверенности в решении технической задачи [11].

Павильон Италии для ЭКСПО-70 в Осаке (конкурсный проект). Автор: Студия архитектуры и индустриального дизайна (1968).

Проект представляет дальнейшее развитие структурной системы. В нем предложена большая оболочка, состоящая из куполообразных мембранных секций, которые скомплектованы в виде модульной конструкции. Сферические сегменты высотой 17 м со стороной 24 м должны были выполняться из поливинилхлорида с помощью высокочастотной сварки. Они перекрывали площадь 3850 м2. Внутреннее давление воздуха составляло 200 Па. Требовались два месяца на изготовление оболочек и неделя на их монтаж [1].

Павильон ФРГ для ЭКСПО-70 в Осаке (конкурсный проект). Авторы: Вольфганг Ратке и Эйке Виэ (1968).

Из пояснительной записки архитекторов: «Проект, в соответствии с пожеланиями конкурсной комиссии, представляет интеграцию здания и выставки, достигнутую путем использования многих возможностей в запрограммированной игре структуры, пространства, света и тени. Похожие на облака формообразования из поливинилхлоридных баллонов могут быть сделаны из прозрачных, просвечивающих и цветных материалов, которые меняют свой вид при использовании световых эффектов» [1].

Первоначальные проекты павильона США для ЭКСПО-70 в Осаке (рис. 3 и 4). Авторы: Дэвис, Броуди, Чермаев, Гейсмар, Де Харак (1968).

Первый проект этих авторов (двухслойная оболочка кубической формы, собранная из синкластических панелей) оказался победителем на конкурсе проектов павильона США. Однако ни первый, ни второй проекты не были осуществлены по финансовым причинам (конгресс сократил бюджет с 16 до 10 млн. долларов, из которых только 4 млн. приходились на долю павильона и всей экспозиции). Окончательный вариант, который был реализован, выглядел значительно скромнее, но оказался вполне подходящим для того, чтобы продемонстрировать возможности пневматических конструкций.

Как и предполагалось, на территории ЭКСПО-70 оказалось много разнообразных пневматических сооружений: информационные киоски простой сферической формы; павильон Рико с привязным воздухоплавающим баллоном; павильон Мицуи с тремя пневматическими конструкциями; купола Бини-Шелл — пристройка к автомобильному павильону; павильон «Посетите США» в виде простого воздухоопорного купола; складные надувные зонтики в парке; надувные кровельные подушки на пространственных рамах Мегаструктуры К. Танге; павильон США — в то время крупнейшая в мире (проект 80 м)г воздухоопорная оболочка, усиленная сеткой из стальных канатов; (павильон Фудзи — крупнейшая в мире (диаметр 50 м) пневмоарочная конструкция; плавучий театр павильона Федерации электротехнической промышленности, состоящий из довольно усложненных пневматических структур.

Уровень павильонов ЭКСПО-70 в Осаке отличался от уровня сооружений Нью-Йоркской выставки 1963—1964 гг. Они превосходили их по размерам, был виден заметный прогресс в теории, технике изготовления и проектировании. Томас Герцог так отозвался об этом в аннотации к своей книге «Пневматические конструкции»: «В течение ряда лет технология зданий из мембран и воздуха страдала от предвзятого мнения, что они пригодны лишь для реализации в виде простых куполов и сводов и обладают только ограниченными проектными и функциональными возможностями. Однако за несколько последних лет громадное число реализованных проектов и в особенности опыт возведения выдающихся сооружений на ЭКСПО-70 в Осаке, основанных на пневматическом принципе, дают убедительное доказательство обратного. Они ясно продемонстрировали, что строительная пневматика проложила дорогу для революционно новых перспектив, особенно в область дизайна и функциональности» [1].

Приведем также отзыв Роджера Дента: «Среди пневматических сооружений, появившихся на ЭКСПО-70 в Осаке, наиболее впечатляющими и замечательными по замыслу и размерам были павильоны США и Фудзи, а также плавучий театр Федерации электротехнической промышленности. Их вклад в развитие строительной пневматики поистине огромен; никогда ранее такая изысканность и такие возможности не находили столь драматического выражения в пневматических сооружениях, как здесь» [3].

Павильон США (рис. 5 и 6). Авторы: Дэвис, Броуди, Чермаев, Гейсмар, Де Харак. Консультант по конструкциям: Д. Гейгер.

Овальный план длиной 138,6 и шириной 78 м перекрыт воздухоопорной оболочкой со стрелой подъема всего 6,1 м. Столь малый подъем стал возможным только потому, что он был подкреплен сеткой из 12 стальных тросов диаметром 48 мм* Масса тросовой сети 45 т. Оболочка, выполненная из стеклоткани, покрытой поливинилхлоридом со швами на высокочастотной сварке, весила 15 т. Внутреннее давление воздуха поддерживалось на уровне 27 мм вод. ст. (0,27 кПа) даже при сильных ветрах; при сильном снегопаде оно могло быть поднято до 63 мм вод. ст. (0,63 кПа).

Павильон был одним из крупнейших на ЭКСПО-70. Его особенность заключается не только в размерах, но и в сочетании ясности и необычности проектного решения. Здание частично заглублено. Вынутый грунт образует двускатную насыпь по периметру здания.

После ЭКСПО-70 Д. Гейгер построил ряд университетских стадионов, используя тот же самый конструктивный принцип — пологая воздухоопорная оболочка из покрытой тефлоном стеклоткани, усиленная тросовой сетью. В этом случае реализм принял вызов, брошенный высокоразвитой технологией. В самом деле результат оказался ясным и очевидным в смысле ценности проекта для выставочных целей.

Павильон Фудзи (рис. 7). Автор: Ютака Мурата. Расчет конструкций: Мамору Кавагучи.

Крупнейшее до сего времени пневмоарочное сооружение павильона Фудзи было наиболее заметным на ЭКСПО-70 и стало всемирно известным благодаря своей органичной форме.

«Это сооружение, которое представляет собой сейчас самую большую мембранную конструкцию, состоит из 16 пневмоарок диаметром 4 и длиной 78 м, расположенных по окружности диаметром 50 м. В результате оба торца здания поднялись на 7 м. Через каждые 4 м арки соединяются друг с другом охватывающими их поясами шириной 50 см. Средняя арка полуциркульная. Остальные, по мере сближения их опор, становятся все выше и выше. В обоих торцах оставлены проемы шириной 10 м в качестве входов. Тканевая основа материала с разрывной прочностью 400кгс/см (400 кН/м) и массой 3,5 кг/м состоит из поливинилспиртового волокна. Наружная сторона ткани покрыта хайпалоном, внутренняя — поливинилхлоридом. Концы арок были заделаны в стальные цилиндры.

Обычно давление воздуха в арках составляло 1000 мм вод. ст. (10 кПа). Оно могло быть повышено до 2500 мм (25 кПа) при штормовых ветрах. Все арки были присоединены к центральному турбокомпрессору с помощью периметральной системы стальных труб. Компрессор оказался весьма эффективным и работал исправно даже при сильном ветре» [1].

Пневматические арки использовались и ранее, но обычно диаметр их сечения не превышал 1 м, внутреннее давление — 1 ати (100 кПа), а пролет — 10 м. В павильоне Фудзи общая поверхность арок при постоянной длине не зависела от их диаметра. Поэтому можно было увеличить диаметр сечения арок с тем, чтобы уменьшить внутреннее давление в них, что в конечном счете выразилось в снижении растягивающих усилий в оболочке. Это было экономичным путем, позволившим установить пневмоарочные конструкции пролетов 50 м для ЭКСПО-70.

Пневматический плавучий театр-павильон Федерации электротехнической промышленности (рис. 8). Автор: Ютака Мурата. Конструктивные расчеты: Мамору Кавагучи.

Театр был установлен на стальной опорной раме диаметром 23 м, на которой располагались артистические уборные, подсобные помещения и машинный зал. Он плавал в неглубоком озере и его поддерживали 48 понтонов. Объем воздуха в каждом баллоне автоматически регулировался в зависимости от перемещения зрителей или изменения ветра. В течение 20-минутного представления плавучая конструкция, медленно вращаясь, пересекала озеро.

Театр был покрыт оболочкой, поддерживаемой пневматическими трубами с диаметром сечения 3 м, образующими три арки пролетом 23 м. Внутреннее давление могло колебаться в пределах 15— 30 кПа в зависимости от силы ветра. Не связанный с верхней оболочкой потолок был выполнен в виде мембраны с канатами. Обе оболочки, кровельная и потолочная, были герметично прикреплены по периферии аудитории, и пространство между оболочками находилось под отрицательным давлением (вакуумом) 0,1 кПа, которое можно довести до 0,2 кПа в штормовых условиях, чтобы предотвратить флаттер (полоскание) оболочки. Светильники и громкоговорители были подвешены к нижней оболочке.

Позади сидений вдоль кромки обеих оболочек шла стальная труба, оба конца которой были прикреплены к полу на петлях. Эта трубчатая арка удерживалась на месте канатной тягой, которая реагировала на отрицательное давление. Когда оно уменьшалось, арка поднималась и открывала широкий входной проем для посетителей. По обе стороны плавучего театра имелись надувные лестничные ступеньки, соединенные с запасным выходом.

Малые размеры сооружения обусловили большую свободу проектирования. Этот павильон оказался «наиболее хитроумным из всех пневматических сооружений, когда-либо построенных» [3] . Архитектор Р. Дент в своей книге «Принципы пневматической архитектуры» [3] отметил, что ЭКСПО-70 была «ЭКСПО-пневмо».

После ЭКСПО-70 пневматические сооружения стали обычными, пора энтузиазма миновала, но их высокая конструктивная эффективность оставалась очевидной, даже после того как они перестали быть «криком моды».

Они являются наиболее экономичными сооружениями с колоссальными возможностями мегаструктуры. Их размеры превышают обычные размеры зданий, они могут перекрывать агломерации зданий. Например, вся выставка может быть покрыта единой пневматической кровлей.

Существует проблема, которую еще надо решать. Воздухоопорное здание является своего рода теплицей, которая аккумулирует солнечную энергию. Зимой тепличный эффект полезен, но в солнечные летние дни он недопустим, и помещение нуждается в усиленной вентиляции или кондиционировании воздуха. Однако обычные методы для воздухоопорных зданий неприменимы. Регулирование влаготермического режима представляет собой наиболее серьезную проблему после проблем статики.

Павильон Фуйо в Кобе, Япония (рис. 9). Автор проекта: Ю. Мурата. Конструктивные расчеты: Мамору Кавагучи. Механические расчеты Уичи Иноуе. Гидропоника: Кунихико Мураи (1981).

Павильон представляет собой воздухоопорный купол диаметром 36 м из пленки и сетки, усиленный канатами. Под ним расположены четыре геодезических купола диаметром по 14 м каждый, покрытых сеткой и пленкой, в которых находятся экспонаты и размещается администрация. Пространства под этими малыми куполами соединены между собой и с внешней средой, так что давление воздуха под куполами такое же, как и снаружи, т. е. атмосферное. Давление воздуха между четырьмя куполами и внешней оболочкой обычно равно 30 мм вод. ст. (0,3 кПа), но может быть повышено до 100 мм вод.ст. (1 кПа), чтобы противостоять ураганным ветрам, имеющим скорость 40 м/с.

Климат, создаваемый под малыми куполами, рассчитан на пребывание в них человека, а под большим куполом — на выращивание растений. Соответственно, павильон имеет два кондиционера — обычный для людей и специальный для растений.

Воздух, поддерживающий большой купол, проходит через водораспыляющую камеру, охлаждается при испарении распыленной воды и поступает в помещение вместе с парами воды. Подогретый солнцем воздух поднимается и аккумулируется в верхней части купола, где установлены вытяжные воздуховоды, отводящие тепло и пар.

На пленках малых куполов выращивают водяной кресс, который растет на полосках синтетического войлока, орошаемых с помощью спринклеров удобряющим раствором. Таким образом, четыре малых купола в нужное время покроются зеленью.

Полы в пределах между большим и малыми куполами представляют собой мелкие бассейны с удобряющим раствором, где плавают перфорированные тарелки, предназначенные для растений. Снаружи павильона и изнутри сквозь пленку будут видны густые заросли, скрывающие посетителей.

Павильон демонстрирует новый конструктивный метод, новую систему кондиционирования и успехи гидропоники. Это новый принцип организации среды.

Пневматические сооружения сейчас используются для выставочных павильонов так же, как стальные в прошлом столетии, и они будут развиваться от выставки к выставке.

Архитекторы вступили на этот путь, и сейчас пневматические конструкции играют важную роль. Открываются ясные перспективы пневматической архитектуры и ожидаются ее большие успехи. Она еще долгое время будет основой выставочных павильонов, и область ее применения расширится от простых зданий до среды обитания человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Herzog Т. Pneumatic Structures. London, 1977.
2. Lundy V. Architectural and sculptural aspects of pneumatic structures. — Proceedings of the 1st International Colloquium on pneumatic structures. Stuttgart, 1967.
3. Dent R. N. Principles of pneumatic architecture. London, 1971.

В. Ермолов, У. У. Бэрд, Э. Бубнер и др., Пневматические строительные конструкции, М., 1983

??????????

??????? ?.?., ??$B!`(B?????? ?.?., ??????? ?.?., ?????????????? ???????????

?????? ?.?., ???????????? ??????????? ?????????? ????????????

?.?. ???????, ????????????? ???????????

?.?. ???????, ???????? ?????? ?? ??????? ???????????

?. ???????, ????????$B!`(B????? ???????????? ???????????

???????? ?.?., ??????????? ?.?., ???????? ?.?., ???????????????? ?????????? ???????????

?.?. ???????, ?????????? ???????????

?.?. ?????????, ?. ????, X. ???????, ????? ???????????? ?????

?.?. ???????, ?????? ???????

?????? ?.?., ??????????: ??? ??? ???????? ? ??? ??? ??$B!`(B?????

?. ????????, ???????????? ????????????? ???????????? ??????

?.?. ???????, ?????????????$B!`(B????? ?????????

?.?. ???????, ????????? ??????????$B!`(B?????? ? ?????????????????? ?????????????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. I. ?????? ???????

??????????$B!`(B????? ??????????. $B!_(B. II. ??????????? ???????

???????????? ??????????$B!`(B????? ?????

?.?. ???????, ??????????$B!`(B????? ??????????

?. ?. ????, ????????????????

????????????$B!`(B????? ??????????????? ???????

????????????? ?????????????? ???????

????? ? ???????????, ????????? ??????

??????????? ????????? ? ??????????? ???????? ??????????