Проектирование оконных систем

Формирование конструкций

Конструктивным решением окна суммируется учет разнообразных требований;

уровень освещенности;

прочность и долговечность светопрозрачных ограждений;

эстетика пропорций и членений;

дополнительные функции: звуко- и теплоизоляция, вентиляция, системы открывания;

наличие защитных устройств - жалюзей, решеток, ставней, экранов.

Конкретные габариты окна складываются исходя из пространственного решения помещения в целом. Независимо от высоты последнего, низ окна (подоконник) устраивается, как правило, на высоте 80-100 см от уровня пола (в жилых домах), а верх — ниже потолка по меньшей мере на толщину перемычки и с учетом места подвески карнизов для крепления штор. Компоновка функционально — конструктив ного разреза стены по окнам и дает геометрическую канву для решения фасада — по крайней мере, его членений по вертикали.

Основными элементами проема являются вертикальные срезы стены (косяки) и перемычки, определяющие размеры окна, обеспечивающие конструктивную защищенность рамы и компенсирующие нарушение прочности стены. В окончательном виде конструкция может быть акцентирована декором или выступать неявно, скрытая наличниками, штукатуркой, деталями украшений, переводя тектонику масс в плоскость художественной выразительности.

Функционально необходимые размеры окна диктуются не столько необходимой освещенностью, сколько конструктивными возможностями стенового материала.

Размеры окна в деревянном срубе заданы прочностными параметрами межоконных простенков и венцом в уровне перемычки, и закрепляются зональными традициями плотницкого ремесла.

Ввод в плоскость проема импостов и переплетов вызывался потребностью промежуточных опор для более широких окон и характером светопрозрачного материала. Системы промежуточных стоек и горизонтальных ригелей обеспечили независимость проектирования окон в ширину и высоту от стеновых нагрузок, но визуально должны были демонстрировать тектонику фасада, впечатление его устойчивости и композиционной логики. Выступающие на фасаде крупные конструктивные элементы окон либо участвовали в декоративных играх, либо маскировались стеклянной плоскостью окна, отступая в глубину помещения (рис. 1.8).

Долговечность деревянных перемычек в каменных, кирпичных, глинобитных домах зависела от условий эксплуатации и выбора древесины, предпочтительно устойчивой против гниения. Процесс замещения деревянных горизонтальных перемычек арочными каменными во многом стимулировался частыми пожарами. Многие крупные сооружения европейского средневековья, особенно романского периода, хранят следы этого замещения.

Арочными перемычками частично решалась проблема пожарной безопасности, но взамен появилась необходимость погашения усилий горизонтального распора, максимальных для пологих арок, уравновешенных широкими плоскостями толстых стен, и минимальных для стрельчатых, высвобождающих от тяжеловесных инертных масс готические каркасы.

Относительной гарантией от разрушения была правильная циркульная форма арок завершения, возводимых по опалубке. Большую уверенность давали двухслойные арки, т.е. арки с перекатом, модификация которых представлена окнами дворцов итальянского Возрождения, реанимировавшего строительный опыт античности. Внешняя арка принимает на себя вес стены, две (или три) внутренние арки уравновешивают друг друга опорой на центральный импост. Есть и другие варианты этой тектонической системы, проштудированные, в частности, византийской архитектурой (рис. 1.9).

Крупнейший архитектор — реформатор XX в. Ле Корбюзье, отмечая роль новых материалов в архитектурном творчестве, писал в книге Лучезарный город:

Окно — один из важнейших элементов дома. Новейшие средства раскрепостили окно, железобетон произвел настоящую революцию в его истории. Окна могут быть протянуты вдоль всего фасада, от одного конца до другого (рис. 1.10).

Но не только использование прочностных качеств железобетона открыло более широкие возможности в архитектуре. Индустриализация строительства, повышение уровня его сборности, преобладание каркасных систем с навесным ограждением позволили перейти от окна как штучной детали фасада к широким остекленным витражам, гармонично противопоставленным по форме и фактуре глухим поверхностям стен. Перерастание функций окна как отдельного проема стены в полностью свето-прозрачное ограждение (окно - стена) и конструктивная обеспеченность этого морфологического перехода решили давно назревавшие проблемы архитектуры зимних садов, бассейнов, атриумов и других пространственных элементов архитектуры, опосредующих интерьер и внешний мир.

Буферная роль таких пространств в современном городе очевидна, особенно в экологически небезопасной атмосфере его центральных кварталов. Психология ускоренного ритма городской жизни материализуется экспрессией фасадных и объемных композиций новостроек, перерастающих масштаб сложившейся городской среды. Обширные стеклянные поверхности либо обобщают объемы здания, скрывая его внутреннюю структуру за дымчатым или зеркальным стеклом, либо, напротив, демонстрируют жизнь интерьеров, движение лифтов сквозь прозрачную оболочку. Супермодернистские упражнения включают и упрощенные компьютерной графикой формы исторической архитектуры.

Существенное влияние на масштабность и художественный облик окна оказывает конструкция заполнения - переплеты, импосты, вставки, рисунок которых обусловлен размерами проемов, климатическими обстоятельствами, материалом заполнения, художественными соображениями.

Для относительно мягкого и теплого климата характерно решетчатое заполнение окон, лишь препятствующее залетанию птиц и создающее визуальный экран. Таковы решетчатые окна Китая и Средней Азии. Традиционная архитектура японского жилища показывает варианты заполнения как решетками, так и экранами из рисовой бумаги на легком каркасе, пропускающими свет, но задерживающими нескромный взгляд.

Крупные проемы, например, витражи готических соборов, имеют базовые несущие элементы каркаса заполнения, в кадре пересечения которых дополнительные переплеты формируют рисунок изображения.

Включение стекла в оконные ограждения демонстрирует результаты совершенствования технологии его изготовления: вначале кронгласа, который получили, выливая горячую стеклянную массу на вращающийся стол из толстой деревянной доски. Центробежная сила расплющивала массу в плоский круг небольшого диаметра. Окна из кронгласа характерны для византийской архитектуры. Лишь в последующем, с повсеместным использованием стекла с XVI в., его стали окрашивать в процессе варки, выдувать, резать на относительно тонкие куски.

Но прежде довольно длительное время оконные проемы, особенно в северных странах, затягивались рыбьими или бычьими пузырями, слюдой, расписным полотном, которое для лучшего светопропускания пропитывали растительным маслом и вываривали, что, кстати, привело к изобретению масляных красок, размешиваемых на олифе. С началом использования стекла рисунок переплетов становится все более крупноформатным, в меру развития технологии стекольного дела. Так, если для средневекового окна характерны мелкие квадратные ячейки переплетов, иногда заполняемые разноцветными стеклами, то новейшая строительная практика ориентируется прежде всего на достижение максимального эффекта светопропускания, опираясь на прочностные показатели современного стекла и делая уступку только композиционным соображениям, зависящим от общего архитектурного замысла и визуальной оценки пропорционально-тектонического образа сооружения.

С установлением приоритета стекла как основного материала заполнения оконных проемов главные усилия сосредоточились на усовершенствовании и заданности его качеств. Были разработаны технологии получения стекла высокой прозрачности. Прочность достигалась увеличением толщины стекла, его закалкой, армированием металлической сеткой и пленками, корректировкой его химического состава. Армирование позволяет к тому же сокращать опасность травматизма людей при резких разрушениях стекла.

Требования к различным режимам светопропускания также не остались без внимания. Окраска стекла за счет химических добавок обеспечила архитектуру весомым средством решения художественных и практических задач - достаточно упомянуть витражи готики и модерна, окна с тонированным стеклом, освещающие интерьеры специальных производств и лабораторий. Стекло специального химического состава реагирует на уровень освещенности и снижает эффект перегрева.

Современное окно превращается в довольно сложный с точки зрения функциональной нагрузки и конструктивного исполнения агрегат. Точность подгонки переплетов, включение антивибрационных прокладок, пакетирование оконных блоков выявило необходимость специального решения вопросов вентиляции (ранее за счет естественных зазоров в деревянных переплетах и несовершенства их исполнения воздух свободно циркулировал даже через закрытое окно).

Простейшие форточки, нередко представляющие неудобную деталь, которую вынуждены учитывать архитекторы при разработке художественного образа здания, в настоящее время заменяются либо специальными отверстиями с механизмами регулирования, либо системами манипуляции фрамугами, размер и конфигурация которых допускает большую маневренность проектирования.

Разработка стеклопакетов приблизила звуко- и теплоизолирующие свойства окон к показателям стены. Теплое межстекольное пространство позволило снять фактор обреченности художественного образа здания, например, на севере, где глухие с небольшими окнами поверхности стен представляют зональный признак архитектуры. В число атрибутов окна уже повсеместно, а не только на юге, включаются светозащитные устройства: наружные козырьки, маркизы, вертикальные щиты и жалюзи, прочные шторы на барабанах, в интерьере — элегантные жалюзи легких конструкций.

Ставни применяются все реже, в основном для загородного строительства домов, в архитектурном образе которых акцентируется принадлежность к локальным традициям (южнорусские и украинские жилые дома, швейцарские шале). Металлические шторы и решетки окон и витрин с различной степенью деликатности маскируют обстоятельства своего существования.

Виолле ле Дюк — французский архитектор постнаполеоновской эпохи, в своих исследованиях и реставрационных работах уделял большое внимание конструктивным предпосылкам архитектурной формы, в частности, техническому решению окон, их элементов: косяков, перемычек, импостов, рам, переплетов, ставней. Им предложены различные системы закрывания окон металлическими складчатыми и диафрагменными ставнями, рулонные шторы из металлических полос, крепящиеся к валу (рис. 1.11).

В их конструкции уже были заложены принципы современных оконных систем из ПВХ: экструдированные профили рам и теплоизоляция металлической коробки, образующей в толще стены мостик холода (рис. 1.12 ).

Сложная геометрия раскреповок мансардных окон порождает конструктивные сложности и ненадежность гидроизоляции крыши. Размещение окна в плоскости скатов - прием, успешно эксплуатирующийся производителями окон типа Велюкс, сняло технологическую напряженность устройства кровли и расширило возможности проектирования светопроемов.

Разработаны варианты мансардного окна, смягчающие дискомфорт освещения за счет наклонного светопрое-ма. Здесь уместно вспомнить фразу о том, что архитектура преобразует недостатки обстоятельств в достоинства организованной среды.

В современной архитектуре при разработке проектов лишь антропометрические соображения, и то неявно, помогают проектировщикам формировать композиционную поверхность фасадов. Беспредельные конструктивные возможности, допускающие свободу выбора размеров и материалов светопроемов, играют отчасти дезориентирующую роль, что приводит к архитектурным явлениям, свидетельствующим о потере авторами чувства тектонической логики. Чтобы оттенить это обстоятельство, напомним, что образы северной русской деревянной избы или круглого храма в целом и деталях сложились благодаря техническим ограничениям: размерам сруба и подбору инструментов.

Утрата опоры на техническую причинность архитектурной формы, в т.ч. и окна, конечно, не объясняет появление как безликих, так и экстравагантных сооружений. Знаком нашего времени становится амбициозность архитектуры, ее ярмарочная бута-форностъ.