К вопросу актуальности пневматических конструкций в современной архитектуре

УДК 72.038

К ВОПРОСУ АКТУАЛЬНОСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

В СОВРЕМЕННОЙ АРХИТЕКТУРЕ

Пшеничникова К.А., аспирант

Московский архитектурный институт

Аннотация. Статья посвящена анализу пневматических конструкций в архитектуре XXI в. Цель статьи заключается в выявлении преимуществ формирования пневматических зданий и сооружений в современном архитектурном контексте с предоставлением анализа примеров объектов по исследуемой проблематике. Задача исследования состоит в доказательстве необходимости актуализации пневматических конструкций в строительной отрасли XXI в. На основе проведенного анализа и систематизации данных выявлены следующие преимущества применения пневматических конструкций: экологические, технологические, объемно-композиционные, экономические и социальные. Полученные результаты могут быть полезны практикующим архитекторам и исследователям изучаемого направления.

Ключевые слова: пневматические конструкции, воздухоопорные конструкции, пневмоподушки, адаптивная архитектура, ETFE.

В первую очередь следует отметить, что пневматические конструкции - это мягкие оболочки из синтетических полимерных материалов, напрягаемые избыточным или отрицательным давлением воздуха для придания несущей способности и формы. Пневматические структуры разделены на ряд групп: воздухоопорные, которые также включают в себя пневмолинзы и пневмоподушки и воздухонесомые. Большее распространение получили воздухоопорные конструкции ввиду особенностей статической работы над нагрузкой, отсутствия возможности мгновенного обрушения и экономической целесообразности [1, 2].

Применение пневматических конструкций - сравнительно новый способ построения зданий в архитектурном ландшафте. История развития данного типа структур берет свое начало с древних времен, когда с течением времени возникали первые прототипы пневматических конструкций, начиная от паруса, приобретающего форму под действием ветра, заканчивая аэростатическими сооружениями: воздушными шарами, летательными аппаратами и дирижаблями. Однако появление реализованных архитектурных объектов на основе пневматических оболочек относится к 1940 гг. XX в., когда инженер У. Бэрд разработал первый воздухоопорный купол для укрытия радиолокационных антенн ВВС США в 1946 году (рис. 1) [5].

Важно сказать, что впоследствии пневматические конструкции преодолели сложный путь от сооружений военного назначения до большепролетных спортивных арен конца XX в. И если тогда надувные структуры применялись в архитектуре общественных зданий преимущественно во временных и спортивных сооружениях, то с развитием строительных технологий, возникновением новых долговечных полимерных материалов, в частности материала ETFE (фторполимер), возможности параметрического и информационного моделирования на стадии проектирования, а также с учетом использования робототехнических процессов при конструировании архитекторы стали проектировать разнообразные по форме и типологии пневматические сооружения.

Ввиду вышеуказанных факторов развития пневматических конструкций и анализа их применения в современной архитектуре выявлены и сформулированы преимущества данных структур перед традиционными способами возведения зданий и сооружений:

Экологические преимущества пневматических конструкций в XX в. заключаются в возможности вторичного использования полимерных пленок и 100 %-ной переработки в продукты промышленного производства - кабели и трубы [3]. Современные оболочки требуют меньшего процесса изготовления, чем традиционные строительные материалы, что снижает выбросы С02 (углекислый газ) в воздух, а благодаря прозрачности свыше 90 % пневматические структуры могут снизить использование и стоимость внутреннего освещения [7]. Наряду с этим современные надувные оболочки самоочищающиеся, а ввиду малого веса (0,1 % от стекла) не требуется сложная транспортировка конструкций, что уменьшает углеродный след. Необходимо отметить, что пневматические конструкции также используют в современных объектах экологической направленности, в особенности в оранжереях, ввиду высокой светопропускной способности.

Например, основываясь на вышесказанном, можно упомянуть проект «Эдем» (The Eden Project: The Biomes) архитектора Н. Гримшоу, созданный в 2001 г. в Корнуолле, Великобритания, где пневматические «биомы» «Эдема» имитируют различные климатические зоны, чтобы под куполами развивались многие виды растений. Купола изготовлены из отдельных пневматических подушек из материала ETFE и создают эффектную эстетическую составляющую объекта (рис. 2а) [10]. Небезынтересен также конкурсный проект Tree Hopper, где британские архитекторы С. Млинский, К. Паттни и А. Стойцева разработали концепцию устойчивого развития «город в городе», где также были применены воздухоопорные пневматические подушки (рис. 2б) [12, 5]. Данные проекты отражают экологические преимущества пневматических конструкций и демонстрируют принципы адаптивности и устойчивости при формировании архитектурных объектов.

а - Проект «Эдем», архитектор Н, Гримшоу, 2001 г., Корнуолл, Великобритания;

6 - Проект Tree Hopper\ архитекторы С\ Млинский, К. Паттни и А. Стойцева

Технологические преимущества пневматических конструкций в современной архитектуре заключаются в легкости, гибкости и отсутствии возможности биения, как, например, при использовании стекла. Вместе с этим надувные структуры ввиду пластичности способны к нескольким видам трансформации: адаптивной (реакция фасада на изменения окружающей среды); световой (управляемое LED-освещение, проекции) и технологической авторской трансформации (раздвижные кровли).

В качестве примера адаптивной трансформации целесообразно отметить проект офиса Media-ICT архитектора Э. Руиз Гели в Барселоне, 2011 г. Здание выполнено из пневматических «лепестков», которые способствуют снижению ветровой нагрузки и могут складываться и раскрываться по необходимости, покрыты люминофором, благодаря которому здание накапливает солнечную энергию и модифицирует ее в ночное освещение (рис. 3а) [11].

Рис, 2

а б

Рис. i

а - Офис Media-1СТ в Барселоне, архитектор 3. Руиз Гели, 2011г. ó — Khan Shatyr Entertainment Center,, архитекторы Foster + Partners, 2010 л, Астана

Световая трансформация, а именно современное регулируемое LED-освещение, способность дистанционно менять степень прозрачности применены в объекте Khan Shatyr Entertainment Center, архитекторы Foster + Partners, 2010 г., Астана (ил. Зб) [8, 5]. Примером авторской трансформации служит проект спортивной арены Singapore sports hub инженеров бюро Arup с трансформируемой пневматической мобильной кровлей площадью 20 000 кв. м (рис. 4) [9]. Вышеуказанные способы трансформации пневматических зданий относят исследуемые структуры к динамической архитектуре - наиболее актуальной в XXI в.

Рис. 4 - Спортивная арена Singapore sports hub, бюро Arup

Объемно-композиционные преимущества пневматических конструкций заключаются в обширных возможностях создания формы сооружения посредством параметрического моделирования. Если в XX в. все расчеты оболочек и швов выполнялись практически вручную, то сегодня 3D и информационное проектирование позволяют воплощать самые сложные идеи архитекторов и инженеров. Так, в 2003 г. был проведен эксперимент по морфогенетическому дизайну архитекторами А. Менгесом и М. Хембергом, который позволил разработать новую форму пневматической структуры

[4, 6].

Рис. 5 -Л. Менгес и М. Хемберг; эксперимент поморфогенетическому дизайну

Экономические преимущества пневматических структур состоят в меньшей стоимости в сравнении с другими строительными конструкциями. Это возможно благодарая вышеописанным способностям самоочистки материала и снижению затрат на транспортировку. Помимо этого, в ходе эксплуатации возможна замена отдельных элементов при прорывах или других недостатках (при пневмопудушках).

Социальные преимущества надувных конструкций заключаются в возможностях быстровозводимости и мобильности. Это необходимо при природных катастрофах, политических конфликтах и других экстремальных ситуациях, когда люди могут лишиться жилья. Пневматические сооружения временно могут решить указанные проблемы без лишних экономических затрат и потери времени.

Таким образом, анализ пневматических конструкций XXI в. позволил выявить и сформулировать основные преимущества данных структур в современной архитектуре: экологические, технологические, объемно-композиционные, экономические и социальные. Целесообразно отметить, что вышеизложенные преимущества и примеры проектов доказывают актуальность пневматических конструкций и подтверждают успехи в развитии исследуемого направления. Следует выделить, что полученные данные могут быть полезны для практики применения воздухоопорных структур в отечественной архитектуре XXI в.

Библиографический список

1. Ермолов В.В., Бэрд УУ., Бубнер Э. Пневматические строительные конструкции / под ред. Ермолова. - М.: Стройиздат, 1983. - 439 с.

2. Орса Ю.Н. Особенности архитектурной композиции пневматических сооружений: дис. ... канд. архитектуры: 18.00.02. - М., 1983. - 152 с.

3. Пшеничникова К.А. Материал будущего в строительстве пневматических воздухоопорных объектов: Пленка ETFE // Наука, образование и экспериментальное проектирование в МАРХИ. - 2018.

4. Пшеничникова К.А. Особенности формирования пневматической архитектуры в XXI веке // Architecture and Modern Information Technologies. - 2019. -№ 2 (47). - С. 150-170 [Электронный ресурс]. - URL: https://marhi.ru/AMIT/2019/2kvart19/PDF/10_pshenichnikova.pdf

5. Пшеничникова К.А. Предпосылки формирования пневматических конструкций в современной архитектуре // Architecture and Modern Information Technologies. - 2018. - № 3 (44). - С. 183-200 [Электронный ресурс]. - URL: http://marhi.ru/AMIT/2018/3kvart 18/10_pshenichnikova/index.php

6. Achim Menges, Morphogenetic Design Experiment // MDE 02 AA Strawberry Bar [Электронный ресурс]. - URL: http://www.achimmenges.net/?p=4434

7. Advantages of ETFE Film [Электронный ресурс]. - URL: https://www.makmax.com/business/etfe_advantages.html

8. Khan Shatyr Entertainment Center [Электронный ресурс]. - URL: https://www.fosterandpartners.com/projects/khan-shatyr-entertainment-center/

9. Singapore Sports Hub [Электронный ресурс]. - URL: https://www. arup.com/projects/singapore-sports-hub

10.The Eden Project: The Biomes Cornwall, UK [Электронныи ресурс]. - URL: https://grimshaw.global/projects/the-eden-project-the-biomes/

11.The Media TIC Building in Barcelona Designed by Enric Ruiz Geli, Cloud 9 [Электронныи" ресурс]. - URL: https://www.designbuild-network.com/projects/media-tic/

12.Tree hopper [Электронныи" ресурс]. - URL: https://cargocollective.com/otco/TREE-HOPPER

THE ACTUALITY OF PNEUMATIC STRUCTURES PROBLEM IN MODERN

ARCHITECTURE

Pshenichnikova K.A., Post-graduate student Moscow Institute of Architecture

Abstract. The article is devoted to the analysis of pneumatic structures in the architecture of the XXI century. The purpose of the article is to identify the advantages of the formation of pneumatic buildings and structures in the modern architectural context with the provision of an analysis of examples of objects on the subject matter. The task of the study is to prove the necessity of updating pneumatic structures in the construction industry of the 21st century. Based on the analysis and systematization of the data, the following advantages of the use of pneumatic structures were identified: environmental, technological, volume-composition, economic and social. The results can be useful to practicing architects and researchers of the studied areas.

Keywords: pneumatic structures, air-supported structures, air cushion, adaptive architecture, ETFE.