Оболочка: форма вместо массы

Прошлое занятие кончилось тем, что форма начала побеждать массу: купол Брунеллески обошёлся без кружал, подвесная модель Гауди нашла линию давления, а в Йене появилась первая тонкая железобетонная оболочка. Два здания мы тогда оставили в тексте, не разбирая вслух: свод Гуаставино на Эллис-Айленде — каталонская кладка, ставшая промышленной технологией, — и Эмпайр-Стейт-Билдинг с его 410 днями стройки.

Вопрос занятия: что может оболочка и чем она за это платит. Двенадцать зданий и шесть ходов: складка, кольцо, козырёк над зрителем, война с опалубкой, экономика стройки и, наконец, предел тонкости.

Ангары в Орли 1923 г.

Ангары в Орли

Начнём с приёма, который проще всего показать руками. В 1923 году Эжен Фрейсине строит под Парижем ангары для дирижаблей — пролёт около 86 метров при высоте порядка шестидесяти. И берёт жёсткость не толщиной, а складкой.

Свод сложен гармошкой. Сечение параболического свода не гладкое, а гофрированное: волна даёт высоту сечения там, где нужна жёсткость, а бетона при этом остаётся мало. Это ровно упражнение K2 — лист бумаги не держит собственного веса, согнутый гофром держит карандаш. Разница только в масштабе.

Бетонировали передвижной опалубкой. Одна форма переезжала от секции к секции, и стройка превращалась в повторяющийся цикл. Это уже третий раз в лекции, когда решение диктуется не прочностью, а временной конструкцией: кружала во Флоренции, каменщик-опалубка у Гуаставино, передвижная форма здесь.

Форма съела здание целиком. Ангар — это один конструктивный приём, повторённый от земли до земли: ни фасада, ни плана в привычном смысле. Оба ангара уничтожены бомбардировкой в 1944 году, и остались только фотографии — зато они стали иконой всего XX века.

Зал заседаний ЮНЕСКО 1958 г.

Зал заседаний ЮНЕСКО

Через тридцать пять лет та же складка приходит в общественное здание. Париж, комплекс ЮНЕСКО, 1958 год: Нерви вместе с Марселем Брейером и Бернаром Зерфюсом складывает гармошкой зал заседаний.

Стена и кровля — одна пластина. Складка идёт от пола через перелом в покрытие и снова вниз: разделения на «стены» и «крышу» просто нет. Жёсткость берётся из высоты сечения складки, как в гофре Орли, только теперь это не ангар, а общественный зал с людьми, акустикой и светом.

Чем платит складка. Сложной опалубкой и несвободой плана: складку нельзя произвольно оборвать или изогнуть, она диктует ритм всему помещению. Зато конструкция читается изнутри без единого пояснения — зритель видит, как работает здание.

Рынок в Альхесирасе 1933 г.

Рынок в Альхесирасе

Второй ход — кольцо. На прошлом занятии мы оставили купол с кольцевым растяжением, которого кладка держать не умеет. Эдуардо Торроха перекрывает городской рынок сферической оболочкой пролётом около 47,8 метра при толщине девять сантиметров. Отношение толщины к пролёту — примерно один к пятистам: это уже не свод, это скорлупа.

Прямой ответ на вопрос о кольцевом растяжении. Здесь распор принимает стальное растянутое кольцо по периметру. Задача, которую Пантеон решал массой, а Флоренция каменными цепями, решена одним поясом арматуры — и вся остальная масса стала не нужна.

Опирание в восемь точек. Оболочка стоит не на стене, а на восьми опорах, между которыми остаётся остекление, поэтому зал светлый по всему периметру. И заметьте типологию: это не храм и не дворец, а рынок — тонкая оболочка приходит в архитектуру как способ сэкономить.

Стадион во Флоренции 1932 г.

Стадион во Флоренции (Джованни Берта)

Появляется Нерви — и сразу вне оболочек. Стадион во Флоренции, ранняя работа: железобетонная трибуна, вынесенный над зрителями козырёк и винтовые лестницы, которые с тех пор кочуют по всем учебникам.

Сечение повторяет эпюру момента. Консоль козырька толстая у опоры и сходит почти на нет у края — ровно так, как растёт и падает изгибающий момент. То же самое в лестницах: конструкция не «украшена под расчёт», она и есть расчёт, вынесенный наружу. Отсюда формула всего курса: форма следует за нагрузкой.

И первая встреча с нашей главной мелкой задачей. Козырёк над трибуной — то место, где опору поставить нельзя: любая стойка впереди убивает те самые места, ради которых трибуна и строится. Дальше в лекции мы увидим ещё два ответа на ту же задачу — оболочкой у Торрохи и гибридом в Крылатском.

Ипподром Сарсуэла 1935 г.

Ипподром Сарсуэла

Тот же Торроха два года спустя берётся именно за козырёк над трибуной — и даёт ответ, который до сих пор трудно превзойти по чистоте.

Консольная оболочка вылетом около 12,8 метра. Поверхность гиперболоидная, толщина у опоры порядка пятнадцати сантиметров и сходит к краю до пяти. Опор перед зрителем нет вообще: козырёк держится сам, а его опрокидывающий момент уравновешен затяжкой, уходящей назад, под трибуну.

Почему это образец для вашего проекта. Задача «накрыть зрителя и не мешать ему смотреть» здесь решена одним движением материала: толщина ровно там, где усилие. Ни балки, ни фермы, ни подвеса — и при этом конструкция читается с первого взгляда, что для зрелищного здания важно не меньше расчёта.

Проверено не расчётом, а войной. Во время гражданской войны трибуны получили попадания, и оболочка это пережила. Более убедительного испытания тонкой конструкции придумать трудно.

Выставочный зал в Турине 1949 г.

Выставочный зал в Турине

Теперь Нерви решает ту самую проблему, которая тянется с прошлого занятия, со времён купола Брунеллески. Свод около 95 метров пролётом, а опалубки на стройке почти нет.

Опалубка переехала в цех. Волнистый свод собран из сборных элементов ферроцемента — тонкой сетки, пропитанной раствором: форма делается один раз в заводских условиях, а на площадке элементы только ставят и замоноличивают по швам. Между волнами остаются окна, и зал освещается сам собой.

Экономика вместо подвига. Кружала Брунеллески стоили как купол, Гуаставино заменил их квалификацией каменщика, Фрейсине — передвижной формой. Нерви делает последний шаг: временная конструкция используется сотни раз и потому почти ничего не стоит. Зал построен меньше чем за год.

И это уже язык. Волна свода, рёбра, швы между элементами — всё это следы способа изготовления, ставшие архитектурой. Нерви не украшает конструкцию: он показывает её сборку.

Palazzetto dello Sport 1957 г.

Palazzetto dello Sport

Оболочка наконец приходит туда, ради чего мы всё это разбираем, — в зал со зрителями. Рим, спортивный зал к Олимпиаде: купол около шестидесяти метров, под ним несколько тысяч мест. Нерви вместе с архитектором Аннибале Вителлоцци.

Купол собран из 1620 сборных элементов. Ферроцементные ромбы изготовлены в цеху, выложены по лёгким подмостям и объединены бетоном по верху: получилась цельная оболочка, но опалубки как таковой не было. Сам купол вырос за считаные недели.

А распор здесь показан, а не спрятан. По периметру стоят наклонные контрфорсы-вилки, в которые упирается край оболочки. Именно они делают здание узнаваемым: это тот редкий случай, когда образ здания — буквально траектория усилия, доведённая до земли. Сравните с Флоренцией, где контрфорс сочли уродством и спрятали распор в каменные цепи.

Шерстяная фабрика Гатти 1953 г.

Шерстяная фабрика Гатти

Ещё одна работа Нерви — самая тихая и, может быть, самая важная для архитектора. Обычное промышленное перекрытие, но рёбра на нём разбегаются странным, неортогональным узором.

Это траектории главных моментов. Нерви уложил рёбра по линиям, вдоль которых в плите идут главные изгибающие моменты, — по изостатам. Материал стоит там, где он работает, и его нет там, где он простаивает. Рисунок потолка — это буквально распечатанная эпюра.

Почему это переворачивает разговор об орнаменте. Узор здесь не нанесён на конструкцию и не выбран по вкусу: он вычислен. Красота оказывается побочным продуктом честного распределения материала — и именно это сегодня повторяет оптимизация топологии в любом расчётном пакете.

Ваша практическая задача из этого. Когда вы рисуете потолок зала, вы уже принимаете конструктивное решение — просто обычно неосознанно. Нерви предлагает обратный порядок: сначала узнать, как работает плита, и только потом рисовать.

Los Manantiales 1958 г.

Los Manantiales

Другой континент и другая стратегия против той же статьи расходов. Феликс Кандела строит в Мехико ресторан: четыре пересекающихся гипара, пролёт около тридцати метров, толщина порядка четырёх сантиметров.

Секрет в геометрии опалубки. Гиперболический параболоид — линейчатая поверхность: через каждую её точку проходят прямые. Значит, кривую оболочку можно опалубить **прямыми** досками, а это неквалифицированный труд и дешёвый материал. Кандела экономит не на бетоне и не на сборности, а на форме опалубки.

И заметьте края. Края оболочки свободные, ничем не обрамлённые — отсюда знаменитый волнистый силуэт. Пролёт скромный, зато отношение толщины к пролёту рекордное: здание держится исключительно кривизной.

Дворец труда в Турине 1961 г.

Дворец труда в Турине

А теперь пример, где конструкцию выбрал не расчёт, а календарь. Выставочный дворец в Турине нужно было открыть к столетию объединения Италии, и Нерви вместе с Джо Понти делает ход, который для нашего курса важнее любой оболочки.

Вместо одной большой конструкции — шестнадцать независимых зонтов. Каждый зонт: колонна и расходящиеся от неё стальные ветви, несущие свой квадрат покрытия. Зонты не связаны между собой, поэтому шестнадцать бригад работали параллельно, не дожидаясь друг друга. Срок выиграли делением задачи.

И побочный эффект, который стоит запомнить. Если каждый зонт стоит сам, то отказ одного не тянет за собой остальные. Это прямая противоположность тому, что мы увидим в конце занятия у СКК, где всё равновесие заперто в одном кольце. Живучесть — тоже проектное решение.

Новосибирский театр оперы и балета 1945 г.

Новосибирский театр оперы и балета

И здесь стоит остановиться подольше, потому что это главное сравнение занятия. Купол диаметром 60 метров при толщине восемь сантиметров — отношение один к семистам пятидесяти. Куриное яйцо относительно своего диаметра толще.

Поставьте рядом Пантеон с прошлого занятия. Та же задача — большой круглый зал под куполом. Пантеон: 43 метра и шесть метров кладки у основания. Новосибирск: 60 метров и восемь сантиметров бетона. Полторы тысячи лет, одна задача и два взаимоисключающих ответа — масса против формы. Если студент унесёт с занятия только это сопоставление, занятие уже состоялось.

Замысел был ещё радикальнее. Театр проектировался как «Теомасс» — панорамный театр массового действа, куда должны были въезжать колонны демонстрантов и техника, а действие шло бы вокруг зрителя. В нынешний оперный театр его переделали уже по ходу, и купол достался новой программе по наследству.

Акустика купола — отдельная история. Вогнутая поверхность фокусирует звук, и как акустическая оболочка купол непригоден. Поэтому зал накрыт подвесным потолком: несущая конструкция и акустическая поверхность здесь — две разные оболочки. Для зрелищного здания это правило, а не исключение.

Казанский цирк 1967 г.

Казанский цирк

Отечественная линия и, наконец, чистая зрелищная функция без примесей. Цирк — здание, где зритель сидит кругом, действие идёт в центре, а часть артистов работает под куполом.

Железобетонная оболочка двоякой кривизны над круглым манежем. Опор внутри нет вовсе — иначе цирк не цирк. Снаружи получилась «летающая тарелка», и это тот случай, когда конструктивная схема сразу стала образом и попала на открытки.

Две вещи, которые цирк добавляет к нашему списку требований. Первое: на покрытии висит технология — страховочные подвесы и динамические нагрузки от воздушных гимнастов, а это не то же самое, что снег. Второе: круглый вогнутый купол фокусирует звук, поэтому акустику снова приходится решать отдельной поверхностью.

Чем кончается второе занятие

Оболочка прошла путь от первой скорлупы в Йене до восьми сантиметров на шестьдесят метров в Новосибирске и до зала, где конструкция сама стала образом. Главное, что стоит унести: форма заменяет массу, но счёт выставляет не материал, а опалубка — и решения Нерви, Торрохи и Канделы это ответы именно на неё.

И заметьте предел. Всё, что мы сегодня видели, работает сжатием. Тонкость упирается в устойчивость, распор всё равно надо куда-то девать, а кольцевое растяжение приходится ловить поясом. Дальше остаётся одно — сменить знак усилия. С этого начнём в следующий раз.