Жилые дома «Орион». Франция, Ж. Маневаль и Р. Майер, 1968 г. Общий вид, разрез

метром 15 м. Оно казалось чудом XX в.—туго натянутая тонкая (тоньше 1 мм) ткань стала жесткой, устойчивой и надежно защи-; щала от дождя, ветра, снега и обледенения ажурную металлическую конструкцию радиолокационной антенны. Тонкая оболочка не

препятствовала прохождению, радиоволн, была «радиопрозрачной». Этот чрезвычайно удачный прототип положил начало массовому изготовлению во многих странах мира пневматических сферических куполов — укрытий антенн, так называемых радомов. Некоторые из них достигали громадных размеров, например, самый большой, системы Тельстар (Андовер, США), имеет диаметр 64 м.

Однако сама идея пневматических сооружений появилась гораздо раньше. Известен патент Ф. У. Ланчестера, датированный 1917 г., в котором довольно подробно разработана конструкция, мало отличающаяся от современного пневматического сооружения и наделенная всеми присущими ему основными элементами: оболочкой из воздухонепроницаемой ткани, шлюзами, анкерами и даже усиливающими канатами.

Нельзя не упомянуть проектные предложения проф. Г. И. Покровского, выступившего еще в 1936 г. в печати с оригинальными предложениями, относящимися к «аэростатической архитектуре».

Были и другие, более ранние проекты и патенты. Подлинное удивление вызывают «аэробалки» Сумовского, получившие американский патент еще в 1839 г. В «Журнале новейших изобретений и открытий» за 1896 г. описываются его предложения: «Сущность нового изобретения сводится к следующему: непроницаемые мешки длиной до двух и более сажен различного диаметра наполняются при помощи воздушного насоса воздухом. Из этих мешков можно строить легко и быстро громадные постройки».

Делались попытки кустарного изготовления пневматических конструкций. Японец Кашениге Номура в 1929 г. сделал и запатентовал «тент-модерн» — палатку размером 2X2X2 м с ребрами в виде прорезиненных труб, накачанных воздухом. Его сын Риотаро Номура стал президентом крупнейшей в Японии фирмы «Тайо Ко-гио», изготовляющей пневматические и тентовые конструкции.

Современные громадные пнев\латические сооружения являются прямыми потомками газонаполненных воздухоплавательных аппаратов. Начиная с «фурвина, надутого дымом поганым и вонючим» и поднятого в воздух рязанским подъячим Крякутным в 1731 г., и кончая аэростатами второй мировой войны, в формах и конструкциях воздухоплавательных баллонов можно было угадать формы и конструкции будущих пневматических сооружений.

Однако производство пневматических оболочек и внедрение их в строительную практику стало возможным не раньше, чем материалы,-из которых их изготовляют, стали массовой продукцией химии полимеров.

Современные оболочки изготавливают из высокопрочных материй, силовую основу которых составляют ткани из синтети-

ческого волокна, защищенные полимерными покрытиями. Создание таких материалов во второй половине XX в. и сделало пневматические конструкции продуктом наших дней.

К материалам пневматических конструкций предъявляются трв- бования прочности, водо- и воздухонепроницаемости, долговечности, легкости, негорючести, низкой стоимости, тепло- и морозостойкости, способности к окрашиванию в различные цвета. Требования высокие и иногда несовместимые.

Для текстильной основы мягких оболочек используют следующие виды синтетического волокна: полиамидное (капрон, найлон, дедерон, перлон и др.), полиэфирное (лавсан, терилен, тревира/ дакрон и др.), полиакрилнитрильное (нитрон, орлон и др.), поливи-нилспиртовое (винол, куралон и др.), полипропиленовое.

Воздухонепроницаемость тканям придают полимерные покрытия в виде пасты или пленок. Они же защищают ткани от механических повреждений и от разрушающего действия ультрафиолетовой зоны спектра дневного света. Покрытиями служат синтетические каучуки — натрий бутадиеновый, хлоропреновый, бутилкаучук, хлоросульфированный полиэтилен («хайпалон») или синтетические смолы, чаще всего пластифицированный поливинилхлорид (ПВХ), По многим показателям — долговечности, свариваемости, светопро- ницаемости, массе, стоимости—они превосходят каучуки. Для архитектора ценно и такое их качество, как способность к окрашиг ванию в массе в любые цвета.

Прочность этих материалов обычно колеблется в пределах 30 000—60 000 Н/м, хотя можно встретить значительно более проч-* ные двухслойные (дублированные) материи.

Различают два основных способа обеспечения устойчивости работоспособности пневматических сооружений: 1) подача возду^ ха под оболочку, выполняющую функции несущей и ограждающе^ конструкции; 2) подача воздуха в несущие конструкции стержневс го типа. В первом случае сооружения именуются воздухоопорны-ми, т. е. опирающимися на заключенный под оболочкой воздух, ве втором — воздухонесомыми, т. е. такими, несущая способность сопротивляемость сжатию и изгибу которых создается сжатым воз духом. Поэтому если общие законы формообразования пневмати^! ческих оболочек относятся к воздухоопорным сооружениям в це лом, как в архитектурной форме, то во втором случае эти законь могут быть применены только к конструктивным элементам, из которых компонуются сооружения воздухонесомого типа.

Архитектура пневматических сооружений неотделима от ni конструктивных возможностей. Поэтому целесообразно рассмот реть основные пути и законы их формообразования в соответствии

Двухслойная воздухоопорная оболочка американской передвижной выставки. В. Ланди

С принятым делением на воздухоопорные и воздухонесомые. Причем обе разновидности воздухонесомых сооружений — пневмокар-касные и пневмопанельные — рассматриваются раздельно.

В упрощенной трактовке основной формой воздухоопорной конструкции является шар, а воздухонесомой — удлиненный цилиндр. И та и другая форма в зависимости от ряда факторов (характер раскроя, очертания опорного контура, дополнительные конструкции) довольно широко варьируются.

Пневматическое сооружение воздухоопорного типа — это мягкая оболочка, как бы «опирающаяся» на множество невидимых колонн из слегка сжатого (от 1/1000 до 1/100 ати избыточного давления) воздуха, подаваемого обычно непрерывно работающим вентилятором промышленного типа.

Первая воздухоопорная конструкция — сферическая оболочка, появившаяся в 1946 г., стала вскоре преобразовываться в другие, более функциональные и архитектурно-выразительные объемы.

В 1957 г. У. Бэрд установил пневматическую оболочку над плавательным бассейном. Она в соответствии со своей функцией должна была быть удлиненной и приземистой. Сферический радом для этой цели не подходил, родилась новая форма — полуцилиндр со сферическими торцами. Оба торца и одна из сторон цилиндрической части оболочки были выполнены из светонепроницаемого материала, другая сторона, обеспечивая естественное освещение и инсоляцию бассейна,— из прозрачной пленки. Цилиндрическая форма получипа широкое распространение для сооружений самого различного назначения.

Однако план помещения, перекрываемого такой оболочкой, отличался сильно округленными углами, что сокращало полезную площадь и не всегда было удобным. Замена сферической поверхности торца цилиндрической дала возможность получить прямоугольный план. Эта форма оболочки привлекает внимание архитекторов и конструкторов, несмотря на некоторую «нечистоту»

с точки зрения законов формообразования. Природа мягких об лочек не терпит сопряжения поверхностей под углом. Поэта углы пересечения двух цилиндрических поверхностей втягивак внутрь помещения и покрываются морщинами. Нетрудно догада ся, что этот недостаток можно уменьшить скруглением угл В результате появилась некоторая «компромиссная» оболоч которая постепенно завоевала популярность.

Таким образом, возникли три основные формы оболоч пневматических сооружений, отличающихся геометрической ностью, простотой раскроя и ... архитектурной невыразительностб Это — сфера, цилиндр со сферическими и цилиндр с цилиндри кими окончаниями.

К числу несложных геометрических форм оболочек еле отнести и тороидальную. Представим себе гигантский тор с roj зонтальной осью вращения. Если от него горизонтальными ппй костями отсекать сегменты разной высоты, то можно получЛ достаточно выразительные и разнообразные формы. Меняя noif жение секущей плоскости, получают различные конфигурации п на — от овала до восьмерки. Меняя соотношение радиусов напр ляющей и образующей окружностей, варьируют соотноше»{ генеральных размеров плана ■— длины и ширины. Поэтому тор^ дальная форма оболочки представляет для архитектора не ме^ ший интерес, нежели сферическая или цилиндрическая. Завери ее торец ближе или дальше от центра, можно подчеркнуть вх(^ оформляя его «приглашающей» аркой.

Дальнейшее развитие архитектурных форм оболочек. B03i хоопорного типа идет по пути усложнения их геометрии. Это i комбинация простых геометрических форм, или скульптурные ко позиции, подчиняющиеся, однако, определенным законам фор^ образования.

Эти законы вытекают из физики мягких оболочек, наполн ных воздухом. Мягкими оболочками называют пространственн конструкции, выкраиваемые из материалов, не сопротивляющи никакому иному виду напряжения, кроме растяжения. Если npHnJ в расчет только внутреннее давление воздуха, считая его-осн^ ным и постоянным фактором напряженного состояния оболоч и пренебречь другими нагрузками, можно прийти к естественно выводу, что оболочка стремится принять такую форму, при ко рой ее внутренний объем будет максимальным. Если бы матери оболочки был беспредельно растяжим, как растяжима, наприм! мыльная пленка, то он идеально моделировал бы форму пневма ческого сооружения. Для этого нужно было его натянуть на за ный плоский опорный контур, а затем поддуть до желаемой

пуклости. В результате взаимодействия давления врздуха и сил поверхностного натяжения пленка автоматически приняла бы форму, соответствующую не только максимальному объему при минимальной поверхности, но и обеспечивающую равенство растягивающих напряжений во всех направлениях в любой точке пленки. Такая поверхность в теории поверхностей называется минимальной. Ее аналитическое выражение в принципе возможно, хотя сопряжено зачастую с большими трудностями.

Если материал оболочки, наоборот, нерастяжим или растяжим в сравнит^ьно небольших пределах, что характерно для материалов пневматических сооружений, то равнонапряженность оболочки, если к этому сознательно cfpeмитьcя, может быть гарантирована лишь при совпадении ее формы с формой мыльной пленки.

Тем не менее архитекторам при компоновке объема пневматического сооружения нет нужды копировать форму мыльной пленки. Хотя пленка и дает в принципе оптимальное (с точки зрения статики) решение, оно редко полностью отвечает функциональным или эстетическим требованиям,- равно как требованиям оптимального раскроя полотнищ с наименьшими отходами материала. Поэтому условие равнонапряженности можно снять, заменив его другим, более «Либеральным»: напряжения в оболочке, вызванные избыточным давлением воздуха, должны быть примерно одинаковыми во всех направлениях или же пропорциональными прочности материала в соответственных направлениях. Как исключение, при соответствующем обосновании можно допустить одноосное напряженное состояние, т. е. такое, при котором напряжение оболочки вдоль какого-либо одного направления равно нулю.

Такой «либерализм» открывает архитектору большие творческие возможности создания сложных планов и выразительных пластических форм. По сути дела, единственное требование сводится к тому, чтобы под действием постоянных нагрузок, к которым прежде всего, относится давление воздуха, на оболочке не образовывалось морщин и складок. К постоянным нагрузкам следует Отнести также и сосредоточенные или линейно распределенные реактивные усилия от различного рода оттяжек, разгружающих канатов или сеток, поскольку эти усилия вызваны давлением воз-Духа. И только при воздействиях ветра, снега или технологических нагрузок временное образование складок может быть допущено, хотя оно нежелательно.

Однако .архитектор все же не свободен в выборе формы оболочки. Если в жестких материалах (например, стеклопластиках) уклонение от рациональных форм можно компенсировать соответствующим усилением, ужесточением конструкции, мягкая оболоч-