Нечто аналогичное можно увидеть и в архитектурно-строительном проектировании, в котором происходит смена во времени двух принципов типизации – принципа «типовых элементов» и принципа «типовых проектов». Имеет место и другая, отмеченная А.А. Малиновским, закономерность – стремление к гибридным, смешанным типам структур, более детально рассмотренная в книге «Архитектурная бионика» под редакцией Лебедева Ю.С. и проиллюстрированная в третьей главе настоящей монографии.

Одним из первых, кто рассмотрел проблему влияния конструкции здания на его форму с точки зрения современной архитектуры, является К. Зигель, профессор Высшего технического училища в г. Штутгарте, Германия. В своей книге «Структура и форма в современной архитектуре» (1960) К. Зигель анализирует формы зданий и сооружений, называя тектонику формы «структурными формами», правдиво отображающими конструктивную систему здания с учетом современных требований строительных технологий и экономичности строительства. Он приводит примеры структуры организмов, формы которых можно рассматривать как условный прототип новых конструктивных систем. Анализируя конструктивные системы гражданских каркасных зданий, К. Зигель выявляет особенности фасадов зданий при узком и широком шаге колонн в плане, обращая внимание на вопросы взаимосвязи архитектурного и конструктивного решения наиболее ответственных, с точки зрения внешней формы здания:

– угол здания;

– переход от нетипового этажа к типовой сетке каркаса верхних этажей;

– завершение каркасных зданий.

Также им описаны различные виды колонн: V-образных, расширяющихся к верху, вилкообразных, разветвляющихся. Особое внимание Зигель обращает на современные пространственные конструкции из стержней, оболочек, сеток, то есть те виды сооружений, где конструктивная система уже является формой.

«Всякая попытка направить архитектуру по художественному руслу неизбежно потерпит неудачу, если структура несущего остова здания не будет включена в процесс художественного творчества» [12].

В своей книге К. Зигель стремился выразить закономерности в современном строительном искусстве и проследить то влияние, которое оно оказывает на архитектурные формы.

Например, облик фасадов современных зданий определяется не кирпичной кладкой, тесаным камнем или деревом, а стеклом, металлом и различными стеновыми панелями. Расчленение сооружения на несущий каркас и облицовку, навешенную на него, может привести к раздвоению архитектуры на утилитарную конструктивную часть и декоративную завесу. Если в современной архитектуре искать единство конструкции и формы, то каркас не следует рассматривать как второстепенный элемент. Даже находясь за навесной стеной, каркас может быть выявлен в архитектурном решении всего сооружения.

Основные нагрузки в гражданских зданиях средней и малой этажности – гравитационные (вертикальные от собственного веса элементов), а поперечная жесткость здания обеспечивается поперечными стенами, лестничными клетками или шахтами лифтов внутри здания, и, таким образом, ветровая нагрузка не оказывает никакого влияния на внешний архитектурный облик здания. Решение каркаса этих сооружений определяется, в первую очередь, воздействием не ветровых, а вертикальных нагрузок. Их восприятие и является основной конструктивной задачей каркаса. Эти нагрузки предопределяют применение различных конструкций, а также внешний облик сооружения. Для высотных зданий учитываются преимущественно ветровые нагрузки, а обычные вертикальные нагрузки учитываются во вторую очередь. Каркасы, воспринимающие только вертикальные нагрузки, практически невозможно отделить от каркасов, воспринимающих также и ветровые нагрузки. Границы здесь весьма размыты.

Если выбранная сетка каркаса отвечает поставленной задаче и увязана с конструктивной схемой здания, то пропорции ее будут отражать единство функции и формы, и тогда последняя органически сливается с общей структурой здания.

Для лучшего понимания системы сеток каркаса здания К. Зигель делит их на две большие группы: на системы с «узким шагом» и системы с «широким шагом». Эти системы отличаются друг от друга расстоянием между колоннами и стойками. Остальные различия вытекают из этого основного признака.

Система с «узким шагом» характеризуется тем, что между двумя колоннами расположено только одно окно. Если между широко расставленными колоннами размещается несколько окон, то речь идет о «широком шаге».

Применение «узкого шага», по мнению Зигеля, вызвано в меньшей степени законами строительной механики, чем объемно-планировочными решениями здания. Наружная стена с оконными проемами, подоконными панелями и несущими колоннами дает возможность устанавливать перегородки только в местах расположения колонн. Чем меньше расстояние между колоннами, тем больше возможностей размещения перегородок, тем легче приспособить планировку здания к различным требованиям, тем полнее можно использовать внутреннее пространство здания.

В тех случаях, когда нет необходимости в членении площади этажей на мелкие помещения, то есть когда требуются большие помещения, сетка с «узким шагом» не нужна.

Анализируя проектные решения с «узким» и «широким» шагами колонн в плане, К. Зигель делает следующие выводы.

Например, в Германии, где во многих административных зданиях еще преобладают небольшие изолированные помещения, значительное распространение получил «узкий шаг» в пределах от 90 см до 3,5 м. Каждый из этих размеров имеет свои преимущества и недостатки. Оптимальный размер при «узком шаге» принят 1,8…1,9 м.

Основные признаки системы с «узким шагом» могут быть определены следующим образом.

1. Ширина наружных колонн 20 см обычно бывает достаточной при высоте здания до 12 этажей. При применении сборных колонн это сечение может быть уменьшено. Для каркасного строительства с «узким шагом» колонн типичны очень тонкие колонны. Это является следствием близкого расположения колонн друг от друга и небольшой нагрузки, которая приходится на каждую из них.

2. Горизонтальные пояса на фасаде на уровне междуэтажных перекрытий имеют высоту, зависящую от толщины перекрытия. Последняя определяется не «узким шагом» колонн, а глубиной помещения, перекрытого в поперечном направлении. В каркасных конструкциях с «узким шагом» целесообразно применять ребристые железобетонные перекрытия, опирающиеся на рандбалки наружных стен. Рандбалка имеет небольшой пролет, равный размеру «узкого шага», и поэтому ее конструктивная высота может не превышать толщины перекрытия. При нормальной глубине помещения эта толщина равна 25— 35 см. Рандбалку следует рассматривать как дополнительно армированное ребро перекрытия. Плоское перекрытие, опирающееся на наружную стену, при большей глубине помещения становится, как правило, слишком тяжелым и неэкономичным. Однако плоское перекрытие лучше поглощает звук, чем ребристое. Толщина перекрытия всегда меньше высоты рандбалки, которая имеет приблизительно те же размеры, что и рандбалка при ребристом перекрытии. Обычно высота горизонтальных поясов перекрытий больше, чем ширина колонн.