Определение конфигурации

Введение. Понятие конфигурация определяемое как совокупность показателей размера и формы здания, а также размера, типа и местоположения тех элементов конструкции, которые играют важную роль при восприятии сейсмических нагрузок (колонны, стеновые перегородки, перекрытия, шахты инженерных коммуникаций, лестничные клетки, количество и тип внутренних перегородок); кроме того, учитывающее способы создания наружных стеновых элементов (сплошных или с проемами), через которые проходят воздух и свет, по-видимому, не является достаточно четким. Как отмечалось, конфигурации зданий и сооруженийнастолько разнообразны, что их определение может показаться случайным, но это не так. Существуют детерминанты конфигурации, краткое описание которых поможет наиболее правильно понять, что такое конфигурация и возможный диапазон ее модификаций, необходимыйдля соответствия требованиям сейсмостойких конструкций.

На конфигурацию здания оказывают влияние три основных фактора: требования к условиям строительной площадки; требования, определяющие основу программы производства строительных работ; требования, определяющие архитектурный облик здания (рис. 4.3.1). Первые требования накладываются геометрией строительной площадки и ее местоположением; вторые определяются внутренней планировкой здания в соответствии с его функциональностью и назначением; третьи обусловлены архитектурным замыслом проектировщика, которые отражают вкус заказчика и тех, кто будет работать или жить в здании. Кроме этого, здесь рассматриваются и другие факторы, влияющие на выбор конфигурации здания и сооружения. Выбор конфигурации начинается с рассмотрения функционального назначения здания. Термин "функциональное назначение" иногда противопоставляют понятию "строительное искусство". Это выражается в виде антитезы: за основу при проектировании принимались или функциональные или эстетические концепции, но не обе вместе. Другаятеория провозгласила сосуществование искусства и целесообразности: эта теория была принята функционалистами 1920-х гг., считавших, что эстетическое восприятие здания определяется его функциональным назначением. Идея совместного существования эстетического и утилитарного начала превратилась в основы архитектурной профессии: архитектурное решение обеспечивает функциональность и внешний облик проектируемого объекта.

Рис. 4.3.1.Три основных фактора, оказывающие влияние на конфигурацию здания

а - строительная площадка; б - программа строительства; в - архитектурный замысел

Детерминанты. Один из методов совмещения функционального и эстетического начал в облике здания заключается в том, что все здания должны выполнять четыре функции (четыре модификатора):

1. Модификатор климата (оно создает определенный микроклимат для находящихся в нем людей).

2. Модификатор экономики (своим существованием определяет данную область экономики).

3. Модификатор поведения (оказывает влияние на образ жизни людей, которые в нем живут, работают или развлекаются).

4. Модификатор среды (посредством своего внешнего облика оказывает соответствующее влияние на владельцев, жителей и прохожих). Последняя концепция включает традиционное понятие искусства архитектуры.

Такая четырехфункциональная модель представляется наиболее целесообразной, так как она допускает совместное существование показателей различной значимости в концептуальном решении любого здания. Художественный музей имеет не большую функциональность, чем здание пригородного склада; однако внимание, уделяемое каждой функции, различно. Относительное внимание к каждой из четырех функций, выполняемых зданием, определяет ту сферу, в пределах которой проектировщик приступает к своей работе. Из четырех функций показатели стоимости обычно являются решающими модификаторами, а взаимосвязь между конфигурацией здания и его стоимостью аналогична взаимосвязи между конфигурацией и сейсмостойким проектированием. Простая правильная повторяемая форма является наиболее экономичной и надежной конфигурацией сейсмостойких конструкций.

Здание, предназначенное для сдачи в аренду, является коммерческим. Вся технология производства внутренних элементов конструкции зданий развивалась на основе соответствия требованиям простой реорганизации внутреннего пространства и элементов систем технического обслуживания (например, к таким можно отнести демонтируемые перегородки и технические потолки). При этом потребность в такой организации пространства имеет прямое отношение к конфигурации, что может выражаться в соответствующем решении плана здания с простым и эффективным геометрическим делением площади пола. Другое решение может заключаться в предпочтительном включении в проектируемый объект рамных конструкций, что максимально сокращает количество крупноразмерных фиксируемых элементов (таких, как диафрагм или стен со связями жесткости) во внутренней части здания, что, в свою очередь, может препятствовать предоставлению будущему жильцу того жилого пространства, которое он хотел бы иметь. Такие функциональные предпосылки, безусловно, оказывают существенное влияние на тип несущей системы сейсмостойкой конструкции.

Рис. 4.3.2. Здание с максимальным использованием солнечной энергии

По мере увеличения стоимости строительства зданий и сооружений они становятся более долговременными, так как по соображениям экономического характера их частая замена нецелесообразна. В то же время, изменение вида аренды помещения (соответствующее различному функциональному использованию помещения) требует более оперативной перепланировки интерьера здания. Совершенствование строительных норм проектирования сейсмостойких зданий и сооружений оказывает положительное влияние на длительность эксплуатации зданий. Например, несущие конструкции здания больницы возможно будут иметь полезное использование в течение 200 лет. В то же время, мала вероятность того, что элементы общей планировки будут использоваться в течение более чем 40 - 50 лет, а временные перегородки и техническая система обслуживания (в особенности в области медицины) устареют уже через 10 лет

Развитие систем кондиционирования воздуха, начавшееся с 1940-х гг., уменьшило влияния климатических условий на архитектурно-планировочные решения зданий. Однако сейчас факторы естественного освещения и воздушной среды снова учитываются при разработке планов зданий и сооружений. При этом наиболее предпочтительные изменения должны происходить не за счет создания больших наклонных солнечных коллекторов, а за счет традиционных способов, принимаемых за основу проектирования, т.е. ориентации здания в соответствующем направлении и научного определения пропорций светонепроницаемой и изолированной частей оконного остекления стенового заполнения. Происходит возвращение к решениям фасадов в виде разнообразных сплошных или прерывистых форм, выступов или ниш, вместо устаревших однообразных фасадов. Некоторые зональные требования к проектированию административных зданий основываются на климатических параметрах световой освещенности и воздушной среды. Следует отметить, что наиболее общее направление проектирования фасадов зданий и сооружений развивается под влиянием, оказываемым климатическими факторами и конфигурацией, в сторону динамичных решений фасадов и изменения традиционных форм зданий в плане (рис. 4.3.2).

Одним из условий, определяющих характер возможного перемещения грунта, является геология строительной площадки. Ее параметры могут оказывать влияние на выбор конфигурации здания на основе критериев, которые не всегда соответствуют критериям сейсмостойкого проектирования, а иногда и противоречат им. К ним можно отнести характеристики, подобные тем, которые определяют геометрию и местоположение строительной площадки относительно условий застройки городской среды, но выражаемые в форме зональных требований, касающихся рекомендуемых разрывов между зданиями, значений предельной высоты зданий, площади перекрытий и др.

По мере уменьшения размеров строительных площадок детерминантой, определяющей конфигурацию здания, становятся геометрические параметры, приобретающие весьма важное значение по сравнению с другими критериями. В условиях пригородной застройки, более сильная тенденция наблюдается (даже для многоэтажных зданий) в отношении возведения отдельно стоящих сооружений, на которые геометрические параметры строительной площадки практически влияния не оказывают. Однако, для городской среды характерна обратная ситуация: форма строительного участка с учетом требований в отношении проектирования уступов здания определяет конфигурацию строящегося объекта. По мере увеличения стоимости земельных участков наблюдается общая тенденция к уменьшению размеров строительных площадок, а аспекты финансовой деятельности требуют возможно более полного использования площади данного земельного участка, т.е. создание проекта, предусматривающего наибольшее количество этажей максимальной площади. С другой стороны, развитие этих тенденций приводит к возникновению зональных требований, действие которых по соображениям соразмерности направлено на ограничение площади строительного участка или высоты строящегося здания, или на то и на другое. Зональные нормы, как правило, основаны на требованиях эстетического характера, таких, например, как нецелесообразности застройки свободных участков города или уже сложившегося образования городского типа зданиями и сооружениями неограниченной высоты и максимальной площади плана первого этажа. В результате реализации новой застройки в условиях сложившейся планировочной структуры возникает деление города на треугольные или трапецеидальные строительные площадки, используемые под застройку; вот почему в итоге появляются здания, форма которых напоминает плоский утюг (рис. 4.3.3).

Рис. 4.3.3. Здание в Нью-Йорке, имеющее форму утюга

Несмотря на то, что геометрические параметры строительной площадки и зональные требования к планировочной структуре могут до некоторой степени оказывать влияние на решение плана здания, детальная проработка окончательной формы основывается на требованиях внутренней планировки помещений. Концепция внутренней планировки помещений заключается в организации соответствующих пространств - по размеру, форме, оборудованию или мебели и, конечно, качеству - для обеспечения деятельности, а также перемещения людей и материалов по установленным маршрутам. Всему разнообразию и сложности планов зданий и сооружений соответствуют возможные решения планировочной структуры горизонтальных перемещений, основанные на выборе одной из альтернатив или их соответствующем сочетании. Первая - перемещение осуществляется из помещения, занимаемого одной сферой деятельности, непосредственно в другое; вторая - перемещение из одного помещения в другое осуществляется через третье помещение, предназначенное специально для этого. Основы разработки планировочных решений такого типа хорошо знакомы проектировщикам. При горизонтальной планировочной структуре используются решения типа пространство-к-пространству (помещение-к-помещению), коридоры с одно- или двухсторонним движением.

Рис. 4.3.4. План "беговая дорожка"	Рис. 4.3.5. Возможные приемы архитектурно-конструктивных решений

Иногда, в целях уменьшения отношения площади помещения, занимаемого транспортными коридорами, к площади помещений, используемых для осуществления полезной деятельности, планировочное решение здания включает комбинированные структуры транспортных коридоров с двусторонним движением. Подобный тип планировочных решений в особенности характерен для таких зданий, как школы, лабораторные корпуса и больницы, где эффективность и экономичность производства строительных работ - показатели первостепенной важности. Коридорно-кольцевая форма планировочного решения этой модели была разработана для зданий больниц; ее иногда называют "беговая дорожка", так как движение организовано по кругу. Большая часть зданий, конструкция которых включает внутреннее ядро с лифтовыми шахтами и другими элементами систем инженерно-технического обслуживания, также имеют подобное решение плана (рис. 4.3.4). Влияние вертикальных конструктивных форм на указанные архитектурно-планировочные концепции осуществляется по двум направлениям. Конструкция может определять планировочную концепцию, подобно тому, как использование несущих стеновых элементов определяет ячеистую повторяющуюся компоновку комнат зданий гостиниц или жилых комплексов. Конструкция также может оставлять свободной организацию внутреннего пространства, как, например, в административном здании, предназначенном для сдачи во временную аренду (рис. 4.3.5).

К основным требованиям при проектировании зданий и сооружений различного многофункционального назначения следует отнести требования по обеспечению кратчайших и свободных путей эвакуации; препятствия, создаваемые конструктивными элемента коридорах массового перемещения, весьма нежелательны. Если в соответствии с изменением функционального назначения помещения, можно изменить проектное положение перегородок, то пути эвакуации обычно сохраняются в первоначальной планировке. Поэтому, определение маршрута эвакуации на основе компоновки конструктивных элементов, которые по своей природе остаются в проектном положении на протяжении всего срока службы здания, можно считать наиболее разумным подходом.

Архитектор, кроме организации пространства в горизонтальной плоскости, стоит перед проблемой расстановки вертикальных размеров, и, для любого здания выше одного этажа, он должен предусмотреть системы вертикальных коммуникаций. Высота здания относится к показателям, важным при проектировании сейсмостойких конструкций, и определяется количеством этажей и высотой каждого этажа. Количество этажей, в свою очередь, определяется на основе анализа различных факторов, таких, как размер строительной площадки, стоимость строительства, полезная площадь здания. Высота между этажами определяется эксплуатационными требованиями или соображениями экономического характера; минимальные затраты, необходимые для осуществления определенных видов деятельности обычно определяются по соответствующим нормам. В ходе принятия предварительного решения о проектировании многоэтажного здания следует также определить поэтажную планировку путей эвакуации между отдельными этажами. Включение в архитектурно-планировочную схему конструкций мезонинов, галерей и других подобных элементов требует более высоких потолков, широких пролетов, консолей, переходных мостиков и прочих деталей, которые не всегда целесообразны, поскольку являются источником конструктивной разрезности и неуравновешенности системы.

Лестничные клетки в конструкции зданий имеют фиксированное положение и могут являться сосредоточением локальной жесткости и воспринимать несоразмерную часть воздействующих сейсмических нагрузок. Иногда это является отрицательным, поскольку лестничные клетки представляют важный элемент конструкции здания с точки зрения обеспечения безопасности тех, кто в нем живет или работает; поэтому, в случае пожара или землетрясения, они должны оставаться неповрежденными. Лестничная клетка может создать проем или разрыв сплошности в конструкции диафрагмы перекрытия, если не предусмотреть ее размещение вне горизонтальной диафрагмы. Обычно лифты рассматривают как шахты, огражденные стеновыми перегородками, но иногда требования к проектированию лифтовых подъемников предусматривают отверстие в перекрытии с соответствующим разрывом горизонтальной диафрагмы. Стеновые перегородки, ограждающие шахту, могут составлять часть вертикальной или поперечной конструкции здания; однако этого может не быть, если лифтовая кабина имеет подвеску в верхней части и для перемещения требуются только направляющие рельсы. Таким образом, в диапазоне конструктивных ограничений имеется широкая возможность принятия разнообразных решений. На принятие решений основное влияние оказывают эстетические и стилистические факторы. В качестве примера влияния стиля можно привести хорошо известное формальное течение, распространенное во многих странах мира, для которого характерно создание простых прямолинейных форм многоэтажных зданий, преимущественно административных. Эта тенденция наблюдалась с 1950 по 1965 г. Истоки этого течения можно проследить в том периоде развития архитектуры, который находился под сильным влиянием крупных архитектурных авторитетов; оно обусловлено влиянием формы, а не экономическими, климатическими или конструктивными факторами и фактически не принимает во внимание климатических особенностей, которые требуют создания различных фасадов в зависимости от уровня инсоляции.

Прямолинейность формы здания представляет концепцию восприятия здания в качестве простого геометрического элемента, в пределах которого включены (но не выражены в архитектурном смысле) функциональные элементы. Противоположное направление в архитектуре призывает воспринимать здание как сосредоточение элементов, каждый из которых имеет свое формальное отражение. Последнее направление является сильным импульсом для многих проектировщиков и прямоугольная форма здания (коробка) сейчас не пользуется популярностью. Но при этом, многие здания включают элементы, спроектированные в соответствии с обеими концепциями; однако здания и сооружения, эстетическое восприятие которых особенно важно, имеют архитектурные решения без каких-либо компромиссов.

Развитие конфигурации административных зданий в США. Административное здание как тип появилось в СШАв начале XIXв. Архитектурное решение планов этих зданий прошло четыре этапа. Описание, представленное в настоящей главе, умышленно упрощено, так как распределение по категориям основано лишь на тех аспектах, которые оказывают наибольшее влияние на пространственную форму здания (рис. 4.3.6).

Первый этап развития архитектурной формы административных зданий продолжался до начала 1940-х гг. В течение этого периода, для которого характерен рост объемов управленческой работы, конфигурация зданий в большей степени определялась параметрами естественной вентиляции и, что наиболее важно, необходимостью в дневном свете. В то время уже существовала принудительная вентиляция, а искусственное охлаждение помещений еще нет; приток воздуха поступал через открываемые окна, а в жаркий период лета дополнительно включались вентиляторы. Электрическое освещение в административных учреждениях появилось в начале XXв., лампы накаливаниябыли неэкономичны и выделяли очень большое количество тепла. К 1940 г. появились первые лампы дневного света, но до этого времени естественное дневное освещение было основным источником света в помещениях. Эти факторы накладывали определенные ограничения на ширину здания в плане, а для внутренней планировочной структуры помещений, в основном, принималась схема транспортных коридоров с движением в обе стороны. Поскольку административные здания строились, как правило, в районах сложившейся городской застройки, то уже тогда влияние, оказываемое увеличивающейся стоимостью земли, было довольно значительным. Появление подъемных лифтов позволило существенно увеличить этажность зданий, но они по-прежнему оставались узкими в плане. Для создания определенного светового и воздушного режимов в условиях небольших городских районов планировочные решения зданий включали узкие многочисленные корпуса (крылья) или световые колодцы, которые на относительно больших территориях могли превращаться во внутренние дворики. Такой тип планировки был характерен для административных зданий в течение длительного времени, а форма, являясь традиционной для общественных и учебных зданий, в Европе была усовершенствована до чрезвычайно высокого функционального и эстетического уровня. В городах, подобных Нью-Йорку, перенаселенность вызвала необходимость создания так называемого вторичного элемента конфигурации, который стал характерной деталью архитектурно-планировочных решений многих зданий: это - уступы, основные положения возведения которых включены в строительные нормы в целях сохранена требуемой освещенности и воздушного режима на улицах и между прилегающими зданиями.

Второй этап развития форм является результатом взаимодействия экономического, технологических и эстетического факторов. Экономический фактор определяет стремление наиболее рентабельно использовать территорию застраиваемого участка. В результате такого решения узкие традиционные крылья зданий, которые ограничивали площадь используемого строительного участка и отличались большим количеством внутренних и наружных углов, стали нерациональными. Наряду с этим, усилились требования заказчиков на строительство просторных помещений, которые могли бы соответствовать новой организации рабочих мест административных учреждений. Факторами технологического характера, которые дали возможность строить здания и сооружения с большими внутренними пространствами, являются создание эффективных систем кондиционирования воздуха и создание эффективных ламп дневного света, которые, при достаточно умеренных затратах, могли освещать рабочие места, удаленные от оконных проемов. Кроме этого, следует упомянуть о влиянии, оказанном бурно развивающейся в то время отраслью энергетики. Значимость эстетических факторов по-прежнему представляет спорный вопрос. Современные направления в архитектуре и влияния, оказываемые великими европейскими мастерами, такими, как Мис ван дер Роэ и Ле Корбюзье, усилили готическую ценность простоты решения фасадов зданий и ввели в архитектурно-планировочные решения простые кубические очертания элементов. К 1940-м гг. многие талантливые архитекторы и зодчие считали, что прямолинейность форм и отсутствие каких-либо архитектурных украшений представляют единственно приемлемый стиль, отвечающий духу времени, и после второй мировой войны здания такого типа начали появляться во всех уголках земного шара.

В начале 1950-х гг. в Нью-Йорке были построены здание Организации Объединенных Наций и здание Левер Бразерс Билдинг. Форма этих зданий отвечала новым требованиям в отношении помещений административных зданий, и впоследствии была повторена почти в каждом крупном городе мира.

Рис. 4.3.6. Четыре этапа развития проектирования административных зданий

а - здание Александр Билдинг, Сан-Франциско, 1920; б - здание Гваранти Билдинг Буффало, 1895; в - здание Алкоа Билдинг, Сан-Франциско, 1968; г - здание Пеннизойл Плейс, Хьюстон, 1976; д - административное здание, Сакраменто, 1979

Важно отметить, что в то время такое решение соответствовало новым эстетическим представлениям, новым инженерным и экономическим потребностям застраиваемых городов, и, кроме того, отличалось простотой воспроизводимости. Осуществление на практике такой конфигурации непроизвольно оказало большое влияние на развитие сейсмостойкого проектирования. Простая кубическая форма здания привела к необходимости исключения из практики строительного производства традиционных ступенчатых форм многоэтажных зданий, что в свою очередь способствовало пересмотру норм сейсмостойкого строительства в отношении проектирования уступов. В результате в нормах была принята открытая зона в уровне нижнего этажа при отсутствии архитектурных уступов и высоте здания, ограничиваемая только потребностями заказчика. Открытая зона, часто создаваемая за счет установки коробки здания на колонны, имеющая нередко застекленный вестибюль на уровне нижнего этажа, сама по себе являлась выражением одной из догм современного направления в архитектуре, предложенной Ле Корбюзье. Впоследствии такое конструктивное решение было принято при проектировании сейсмостойких зданий и сооружений, и выражалось в создании гибких первых этажей, когда основная конструкция не доходила до уровня фундамента, или каким-либо другим способом обеспечивалась разрезность жесткости несущих элементов в уровне второго этажа. В то же время исключение из конструкции зданий архитектурных уступов также имело положительный результат с точки зрения сейсмостойкого проектирования. В конце 1940-х гг. изменился ряд нормативных положений, касающихся сейсмостойкого строительства (было разрешено использование сплошного остекления вместо заполнения между колоннами в виде кирпичной кладки или железобетонных перегородок). Стали применяться навесные стеновые панели, которые, в сочетании с гибкими каркасными конструкциями, вызвали серьезные проблемы в зонах сейсмической активности в связи с возможностью разрушения ненесущих элементов в зданиях средней и повышенной этажности.

Начало третьего этапа проектирования административных зданий можно отнести к середине 1960-х гг., и его элементы присутствуют в современной архитектуре. Стремление к созданию чистой геометрической формы получило дальнейшее развитие. Наиболее примечательным является использование наклонных плоскостей под углом до 45° (рис. 4.3.7), применение призматической формы с отражающим стеклом, которое улучшает тепловой режим здания. Эти формы достигают более высокой степени геометрической абстракции в 1950-х и 1960-х гг. В наши дни для проектирования административных зданий характерна модификация форм с учетом возросших требований экономии энергии на основе признания того факта, что ранее построенные здания этому требованию не отвечают. В особенности это относится к режимам освещенности помещений: стоимость освещения большинства внутренних помещений сравнительно высока, но, кроме этого, требуются дополнительные затраты для систем кондиционирования воздуха. Одновременно с этими недостатками технологического и экономического характера, вызывает недовольство сам тип административного здания и оформление его интерьеров в виде просторных помещений с мягким, но не всегда удобным освещением.

Рис. 4.3.7. Здания призматической формы, облицованные отражающим стеклом

Четвертый этап характеризуется возвращением к фрагментарным формам меньшего масштаба, которые применялись в начальной и развития. Снова появляются здания узкие в плане, в большей степени соответствующие использованию естественного освещения помещений, внутренние дворики, световые колодцы, фонари верхнего света. Многоэтажные массивные здания превращаются в более мелкие и близкие к человеческому масштабу дома. В настоящее время крупноразмерные призматические формы создаются только для наиболее престижных административных учреждений, находящихся в ведении крупных корпораций, а на пути к реализации находится энергетически экономная городская среда немонументального, человеческого масштаба.

Дата добавления: 2015-07-13