Гармония сферы – закономерность мироздания
О многом, что нас ожидает в ближайшем и отдаленном будущем, мы узнаем из фантастической литературы и фантастической живописи. При этом предвидения огромного большинства фантастов основаны не столько на утилитарных сугубо научных знаниях, сколько на интуитивном озарении – способности, дарованной Свыше. И хотя мысленное конструирование процессов и явлений представителями фантастического жанра осуществляется по-своему, есть вещи, в творческом осмыслении и творческом воссоздании которых все они поразительно единодушны.
Одним из наглядных примеров подобного единства мнений и видения являются порожденные фантазией авторов литературных произведений и живописных полотен здания будущего, в которых нет места прямым углам и вообще углам как таковым. Все они без исключения, будь то космические станции первопроходцев на далеких планетах, земные города грядущих тысячелетий или даже жилища эльфов и гномов в сусально-сказочном фэнтези, наделены сферическими очертаниями, имея то шарообразную, то эллиптическую, то куполоподобную форму. Что это: цепь случайностей? Возможно, но тогда не лишним будет вспомнить старую истину о том, что любая цепь случайностей – всегда закономерность.
Форма шара, эллипсоида или их половинки – купола, таким образом, изначально не является творением человеческого гения – гений человека разумного способен был лишь ее воссоздать, воплотив в реальные осязаемые объекты. Присущее макромиру отсутствие прямых линий и углов – закономерность не общепланетарного либо даже общегалактического, а вселенского масштаба, закономерность мироздания, гармонии, которой подчиняется все сущее. В основу гармонии, идет ли речь об архитектурных формах, музыке, живописи или даже самой теории познания, изначально заложено доминирование плавных округлостей над зубчатыми изломами, легато над стаккато, близких по тону цветовых сочетаний над контрастными, а в общем смысле – добра над злом. Думается, совсем не случайно в массовом сознании на протяжении всей истории человечества носители доброго начала неизменно ассоциируются с гармоничными образами и мироощущениями, носители же начала злого, напротив, всегда вызывают отвращение и страх именно в силу отсутствия в них гармонии, величественной плавности.
И если попытаться экстраполировать общефилософскую концепцию об изначальной гармонии сферы на реальную практику повседневной жизни, то окажется, что наиболее наглядное и очевидное воплощение она нашла в архитектуре купольных зданий и сооружений.
Немного истории
Купольная архитектура – достояние истории, дошедшее до нас из глубины веков. Многие постройки куполовидной формы, создаваемые еще на заре цивилизации, дошли до наших дней практически без изменений и поныне распространены в малозаселенных местностях с экстремальными климатическими условиями, где господствуют ветры, солнечная радиация, предельно высокие или, напротив, чрезмерно низкие температуры. Это юрты жителей пустынь, яранги северных народностей и, конечно же, создаваемые из спрессованного снега и льда безупречные по форме эскимосские иглу. Именно способность противостоять разгулу стихии, обеспечивая при этом вполне комфортные условия для проживания, обусловила жизнестойкость этих нехитрых творений человеческих рук на протяжении тысячелетий. Археологические находки в местах с более мягким климатом позволяют констатировать, что и здесь куполовидные постройки были в почете, однако в силу разных причин оказались вытесненными пришедшей им на смену архитектурой прямоугольных форм. Впрочем, о достоинствах купола и, в частности, их способности аккумулировать космическую энергию люди помнили всегда, что проявилось, например, в создании куполов православных храмов. Однако в полной мере второе рождение купола в мировой архитектуре состоялось лишь в середине ХХ века и было ознаменовано гениальным изобретением американского архитектора и инженера Ричарда Бакминстера Фуллера, получившем название «Геодезический купол». Что лишний раз подтвердило неразрывную связь времен и верность библейского афоризма: «Нет ничего нового под солнцем, ибо все новое – это лишь забытое старое».
Купольные дома – господствующая тенденция в современной архитектуре и зодчестве будущего
Любая современная архитектурно-инженерная конструкция в форме геодезического купола – наглядный образец применения фуллеровской геометрии, в основу которой заложен принцип векторного разделения пространства на правильные многогранники-тетраэдры, грани которых в форме равносторонних треугольников размещаются вдоль так называемых геодезических линий – кратчайших расстояний между двумя точками на криволинейной поверхности. Практическое воплощение этого фундаментального принципа обеспечивает возможность наиболее эффективного заполнения пространства, а значит и максимального использования структурных прочностных характеристик материалов, применяемых для создания купольной конструкции. Таким образом, наиважнейшее достоинство геодезического купола заключается в его способности накрыть максимально возможный объем пространства при наименьшем расходе стройматериалов. При этом конструкция купола будет тем прочнее и легче, чем большее пространство он покрывает. В реальной строительной практике несущий каркас геодезического купола состоит из соединяемых под определенными углами прямолинейных элементов строго рассчитанной длины. В качестве исходных материалов могут быть использованы железобетонные балки, деревянный брус, полые стержни из металла или пластмассы и т.п.
В настоящее время геодезические купола нашли повсеместное применение при создании спортивных сооружений (стадионы, бассейны, ледовые арены, теннисные корты и т.д.), выставочных павильонов, полярных и радиолокационных станций, множества других строительных конструкций. При этом купольная архитектура – тенденция не только настоящего времени, но и обозримого будущего, поскольку особые надежды на нее возлагают исследователи космоса, считающие купольные конструкции неотъемлемой составляющей орбитальных космических комплексов, проектов освоения планет Солнечной системы.
Достоинства экстерьера купольных архитектурных конструкций
При возведении зданий традиционных архитектурных форм внимание строителей прежде всего акцентируется не столько на эстетике экстерьера, сколько на обеспечении функциональных преимуществ: защите от неблагоприятных атмосферных факторов, возможности использования оптимального солнечного освещения и естественного дренажа, особенностях рельефа местности, на которой здание расположено. Вот почему дома классической архитектуры зачастую не в полной мере гармонируют с природным окружением, в результате чего заметно снижается потенциал визуализации как самого здания, так и его окрестностей.
Купольные дома избавлены от этого недостатка благодаря возможности их независимого от внешних факторов размещения на застраиваемом участке, что обеспечивает наличие множества выгодных точек обзора прилегающего к зданию ландшафта. Идеальны и условия инсоляции: каждая из треугольных поверхностей в составе оболочки купола открыта солнечному свету. Позитивные эмоции вызывает сам внешний облик такого дома: купольная конструкция способна не только идеально вписаться в какой угодно ландшафт, но и стать его украшением в качестве элемента общей гармонии. При этом предельно широки возможности обустройства в едином архитектурном ансамбле различных вспомогательных пристроек: подсобных помещений, гаража, оранжереи, солярия, веранды, бассейна и т.п. Таким образом, создается дополнительное пространство, не только не наносящее ущерб внешнему виду здания, но и визуально обогащающее его экстерьер.
Эстетика интерьера в подкупольном пространстве
Важнейшая особенность купольных конструкций – полное отсутствие в них несущих стен, что высвобождает пространство и делает творческие возможности дизайнера интерьера практически безграничными. На руку здесь играет все: и наличие соборных потолков по типу храмовых (что, кроме всего прочего, обеспечивает идеальную акустику), и равномерность распределения светового потока, и беспрепятственная циркуляция воздуха – залог великолепной вентиляции и тепловой конвекции. Высокие характеристики естественного освещения обеспечиваются благодаря свойству сферического купола рассеивать свет, в то время как помещения прямоугольных очертаний, напротив, свет поглощают. В подтверждение достаточно отметить, что внутри купольного здания всегда светлее, чем снаружи, на улице. Что же касается акустических преимуществ, то они выражаются в на треть большей по сравнению с прямоугольными зданиями степени шумопоглощения, отсутствии резонансных явлений, равномерности распределения звуковых волн.
И все же основное достоинство подкупольного интерьера – обилие пространства. Кажущаяся небольшой величина купольных зданий – не более, чем обман зрения. Так, при семиметровом радиусе купола площадь его основания составит примерно 153 квадратных метра при высоте в наивысшей точке потолка от семи метров. Как видим, пространство для жизнедеятельности просто огромно и может быть в разы увеличено в случае обустройства под единым сводом второго, а то и третьего, мансардного этажа. В этом случае общая внутренняя площадь здания указанных параметров составит уже не 153, а более 300 квадратных метров!
Эксплуатационные преимущества купольных зданий
Основные эксплуатационные преимущества построек по типу геодезического купола обусловлены их сферической формой и состоят в следующем:
- при одинаковых с постройками классических прямоугольных очертаний значениях полезной площади купольные дома имеют намного больший объем внутреннего пространства, что, в свою очередь, обуславливает наличие большего количества воздуха и света внутри помещений, а также тридцатипроцентное сокращение расходов на стройматериалы;
- минимальная площадь наружной поверхности при одинаковой с «прямоугольным» домом полезной площади внутренних помещений – залог меньшего рассеивания тепла в осеннее-зимний период и меньшего поглощения тепла весной и летом: результат – тридцатипроцентное снижение финансовых затрат на кондиционирование и обогрев;
- остекление купольного здания может быть произвольным вплоть до сплошного – количество окон и площадь остекления не влияет на прочностные характеристики купола;
- конструктивно сферический купол – очень прочное сооружение, несмотря на отсутствие тяжелых перекрытий, системы стропил, отдельной кровли: результат – способность выдерживать большую снеговую нагрузку и высокая сейсмоустойчивость, что позволяет возводить купольные здания на Крайнем Севере и в сейсмически нестабильных регионах;
- купола отличаются идеальной аэродинамической обтекаемостью, вследствие чего способны успешно противостоять торнадо, штормовым и ураганным ветрам;
- за счет меньшей площади внешней поверхности внутрь купольного здания проникает меньше уличного шума, что обеспечивает комфорт пребывания людей;
- благодаря симметрии сферы появляется возможность максимально эффективной пространственной ориентации размещенных на куполе солнечных батарей и модулей солнечных коллекторов.
Особенности возведения купольных строительных конструкций
Создавать купольные дома выгодно во всех отношениях, поскольку:
- с древнейших времен купольные конструкции обоснованно считаются архитектурными формами исключительной прочности, причем значение несущей способности купола будет тем большим, чем больше площадь его основания, при этом прочностные характеристики купола практически не зависят от прочности применяемых для его обустройства стройматериалов;
- геодезический купол, при его высокой прочности, конструкция очень легкая, поэтому возведение купольного здания не требует обустройства дорогостоящего тяжелого фундамента;
- по сути, геодезический купол можно уподобить детскому конструктору с предельно малой номенклатурой типовых составляющих, вследствие чего оптимизируется весь процесс сборки, не требующий участия большого количества квалифицированного персонала;
- кроме того, поскольку элементы купола легко монтируются вручную за счет их малого веса и незначительных габаритных размеров, строительство не нуждается в использовании тяжелой строительной техники;
- процесс возведения купольных конструкций выгодно отличается от строительства обычных зданий своей простотой и минимальным расходом строительных материалов;
- при возведении купольных домов можно применять все стандартные решения, используемые в ходе строительства обычных зданий прямоугольной конфигурации.
Недостатки геодезического купола
Как и любая строительная конструкция, геодезический купол не избавлен от определенных недостатков, среди которых доминируют:
- определенная сложность в расчетах на этапе проектирования, поскольку купол невозможно начертить и рассчитать лишь в двух плоскостях, что требует наличия специальных компьютерных программ с возможностью 3D-графики;
- возведение купольных зданий – дело новое и пока недостаточно емко описано в специальной литературе, вследствие чего к строительству необходимо привлекать к профессионалам в данной области, чьи услуги стоят недешево;
- частая необходимость применения нестандартных комплектующих, таких, как пожарные лестницы, двери, окна и т.п. – подобные изделия могут изготовить только специализированные предприятия, и себестоимость их довольно высока.
Впрочем, описанные издержки – явление временное, являющееся следствием опережения инновациями инерции консервативных подходов, а потому легко преодолимое. За купольной архитектурой – будущее, и ее многочисленные достоинства несравнимо более значимы.
Заключение
Путь любого новшества к звездным высотам всегда тернист и никогда не бывает усыпан розами. В полной мере это относится и к купольной архитектуре, которая, несмотря на все препятствия, упорно «набирает обороты». Такая тенденция вполне закономерна: стремление людей к гармонии неизбывно и непреодолимо. Пройдет какое-то время, быть может, всего два-три десятка лет, и привычный глазу современный облик жилых поселков и городских кварталов изменится до неузнаваемости. Убогие, обезличенные кубические постройки бесследно исчезнут вместе с изжившими себя стереотипами, а им на смену придут безупречные очертания устремляющихся к Солнцу купольных конструкций, отображающих истинную гармонию человеческих мыслей и чувств.
