Генезис и развитие на тенсегрити структурите

Гл. ас. д-р арх. Юлия Илиева, ВСУ „Любен Каравелов” Обект на настоящата разработка са тенсегрити структурите. Те представляват самонапрегнати, устойчиви пространствени системи, изградени от изолирани, изложени на центричен натиск елементи, поставени в мрежа от натоварени на опън елементи, като коравите компоненти не се допират един с друг. Buckminster Fuller описва тенсегрити принципа като „острови от натиск в океан от опънни напрежения” (1). Многообразието и предимствата им са причина за големия им потенциал за бъдещо усъвършенстване в архитектурен и технически аспект. Те намират приложение в архитектурата и строителството за създаване на покривни покрития, мостови конструкции, елементи от интериорното и екстериорното обзавеждане и др. В настоящата статия е разгледан генезисът и развитието на тенсегрити. Изяснени са някои спорни въпроси относно възникването им. Набелязани са основните етапи в еволюцията им. Поява на първия прототип на тенсегрит Между 1919 г. и 1921 г. латвийският художник конструктивист Karl Ioganson разработва няколко пространствени модела от дървени пръчки и мрежа от опънати кабели. Той представя своите произведения по време на Втората пролетна изложба на Obmokhu (Обществото на младите художници) през май 1921 г. (2). Едно от тях, което е изобразено на фиг. 1, представлява особен интерес от гледна точка генезиса на тенсегрити структурите. Скулптурата се състои от три пръчки, седем опънати въжета и едно свободно висящо въже за регулиране на формата. Тя може да се приеме като първия прототип на тенсегрити. Моделът не покрива основните конструктивни изисквания, които се поставят към тенсегрити – всички въжета да са натоварени на опън и равновесието в системата да се поддържа, без да се прилага външна сила. Целта на Ioganson е по-скоро да изследва деформациите на структурата, отколкото осигуряването на устойчивостта й (3). Възникване Възникването на тенсегрити структурите се свързва с Kenneth Snelson, Buckminster Fuller и David Emmerich. Между американците Fuller и Snelson се води спор за авторство. Snelson отива да учи живопис в колежа по изкуствата Black Mountain в Северна Каролина през лятото на 1948 г. (4, 3). Срещата му там с професор Buckminster Fuller се оказва решаваща за кариерата му, насочвайки го от живопис към скулптура, и предопределя бъдещата насока на развитие на изкуството му. Snelson е избран да помага при направата на моделите, които професорът използва в лекциите си. Студентите и най-вече Kenneth Snelson остават запленени от пространствените структури на Fuller, чиято цялост се създава благодарение на опънните усилия. Когато се връща в университета в Oregon през есента на същата година, Snelson прави три скулптури (фиг. 2) (3). Произведението му, наречено Early X Piece (фиг. 2в), се счита за първата тенсегрити структура. То се състои от два Х-образни корави елемента и четиринадесет опънати найлонови корди, които са в устойчиво равновесие, без да се прилагат външни въздействия. През лятото на 1949 г. Snelson отново отива в колежа Black Mountain и показва творбите си на Fuller. Професорът вижда в тях реализация на научните си идеи за опънната цялост, които той започва да развива още през 20-те години на миналия век (3). Думата „тенсегрити” (tensegrity), която е съкращение от „опънна цялост” (tensile integrity), е въведена от Fuller през 1955 г. (5). Въпреки че в началото професорът споменава Snelson като създател на първата такава структура, впоследствие той егоистично си присвоява авторството й. Fuller счита, че опънните елементи са решаващи за поддържане на устойчивостта на подобен род структури. Според него тенсегрити са основен принцип при изграждането на природата, който се проявява от атомно до космическо ниво. През последните няколко десетилетия учени от различни държави стават негови последователи и развиват тази му идея. Snelson получава публично признание за авторството си на тенсегрити структурата Early X-Structure по време на изложбата в Музея за модерно изкуство в Ню Йорк през 1959 г. (6). Друг създател на тенсегрити е французинът David Georges Emmerich. Без да знае за работата на Fuller и Snelson, той предлага структура от три пръчки, наречена Tripod. Тя е идентична с тази на Ioganson, която по това време още не е публикувана на Запад (7). Emmerich потвърждава, че опънните въжета изпълняват основна роля в тези структури в съгласие с тенсегрити принципа на Fuller. Развитие През 1962 г. Fuller публикува патента си Tensile-integrity Structures (8) (фиг. 3а). Основният модул при него е изграден от три корави елемента, стабилизирани от мрежа от опънати въжета. Арх.-инж. Emmerich патентова Structures Lineaires Autotendantes (9) през 1964 г. (фиг. 3б). Те са базирани на призми. Snelson създава пет новаторски решения на кули, които са включени в издадения през 1965 г. американски патент Continuous Tension, Discontinuous Compression Structures (10) (фиг. 3в). Структурите са изградени чрез съединяване на триъгълни призми, разположени една над друга и завъртени взаимно под ъгъл. Около средата на 60-те години на ХХ в. Snelson започва да изпълнява тенсегрити структурите си като едромащабни обекти. Първата възможност да реализира това му се появява през 1964 г., когато му възлагат да направи две скулптури за Павилиона на електрическата енергия и светлината в Световния панаир в Ню Йорк. Първата творба представлява около 21 м висока права кула (фиг. 4а). Втората скулптура е широка около 10 м и е поставена над входа на павилиона. Snelson създава голямо разнообразие от тенсегрити структури и продължава да работи в тази насока до наши дни. Те получават формата на кули, конзоли, арки, както и неправилни форми. Кулата Needle Tower (фиг. 4б), която се намира в музея Hirshhorn и скулптурната градина във Вашингтон, представлява съчетание от решетъчни шестоъгълни форми, които са спираловидно завъртени (4). Тя е висока около 18 м. Интерес представлява също така плавно огънатата арка Rainbow Arch (фиг. 4в). Равнинните структури, които Snelson създава, се базират на принципа на повторението на определени модули, които съдържат елементи в три или четири направления (фиг. 4г). Зигзагообразното разположение на елементите (фиг. 4д) започва да се прилага от Snelson през 1960 г. Адаптирането на тенсегрити за създаване на сферични и куполни форми с архитектурно приложение представлява първостепенен интерес за Fuller. Той прави няколко опита в тази насока. Сложността на куполите му затруднява едромащабната им реализация до 80-те години на миналия век, когато инженерът David Geiger ги оптимизира, за да ги направи практически реализуеми. При сравняване на профила на купола на Fuller (фиг. 5а) с този на Geiger (фиг. 5б) се вижда, че вторият е по-нисък. Мрежата от опънни въжета при конструкцията на Geiger също така е опростена. Той патентова първия си тенсегрити купол под наименованието Cabledome и успява да проектира на този принцип покрития на стадиони, терминали на летища и др. (12). В техническо естество тази конструкция не е напълно тенсегрити купол, тъй като тя включва натоварен на натиск външен корав пръстен. Съгласно възприетата концепция за тенсегрити, подложените на натиск елементи не трябва да бъдат свързани. Научни и теоретични изследвания, свързани с тенсегрити структурите Първите публикации, свързани с теоретични и експериментални изследвания относно тенсегрити структурите, се появяват през 60-те години на миналия век. През 1976 г. Anthony Pugh издава книгата си An Introduction to Tensegrity (13). В нея той включва множество модели на тенсегрити и разглежда типологията им. Книгата на Hugh Kenner Geodesic Math and How to Use It (14) излиза същата година. Авторът изследва геометрично правилните форми, които са в основата на тенсегрити структурите. Особен интерес от конструктивна гледна точка представлява книгата на Rene Motro – Tensegrity: Structural Systems for the Future (1), както и тази на Robert Burkhardt – A Рractical Guide to Tensegrity Design (15). Те са издадени съответно през 2003 г. и 2004 г. Burkhardt създава пълно практическо ръководство за проектиране на тенсегрити конструкции. Изводи и заключение Периодът на 50-те и 60-те години на миналия век може да се определи като най-ранния етап от генезиса на тенсегрити структурите. Kenneth Snelson, Buckminster Fuller и David Emmerich оставят трайна следа в него. Първоначално моделите се създават интуитивно и са плод на творческото вдъхновение на своите автори. Постепенно създателите им се насочват към методичен и научен метод на работа. Много архитекти и инженери допринасят за развитието на тенсегрити структурите, като анализират типологията и поведението им. От средата на 60-те години насам започват да се създават едромащабни реализации. Типологичното им многообразие се разширява. Чрез тенсегрити могат да се изпълнят различни пространствени форми. Snelson се фокусира върху естетическата и скулптурната стойност на творбите си, без да изследва проблема от инженерна гледна точка. Като архитект-инженери Fuller и Emmerich се опитват да развият тенсегрити като носещи конструкции (стълбове, куполи и др.). Fuller вярва, че идеите му могат да направят революция в дизайна и архитектурата. Днес тенсегрити структурите намират приложение в строителството за създаване на покривни покрития, мостови конструкции, елементи от интериорното и екстериорното обзавеждане и др. Те проявяват устойчива линия на еволюция и имат голям потенциал за бъдещо усъвършенстване в архитектурен и технически аспект. Rene Motro ги определя като „конструктивни системи на бъдещето”. ЛИТЕРАТУРА 1. Motro, R. Tensegrity: Structural Systems for the Future, London and Sterling, VA: Krogan Page Science, 2003, 17 p. 2. Lodder, C. The Transition to Constructivism (from the book „The Great Utopia. The Russian and Soviet Avant-Garde, 1915 – 1932”), 1992, р. 268, 271. 3. Ingber, D., M. Landau, Tensegrity, Scholarpedia, 7(2):8344, 2012. 4. Heartney, E. Kenneth Snelson – Art and Ideas, https://kennethsnelson.net. 5. Fuller, B. Tensegrity, Portfolio and Art News Annual, No. 4, 1961, p. 112 – 127. 6. Snelson, K. Letter to R. Motro. – International Journal of Space Structures, 1990, https://kennethsnelson.net. 7. Wroldsen, A. Modelling and Control of Tensegrity Structures. A Dissertation. Department of Marine Technology, Norwegian University of Science and Technology, 2007, р. 16. 8. Fuller, B. Tensile-Integrity Structures, U.S. Patent No. 3,063,521, 1962, 1 p. 9. Emmerich, D. Structures lineaires autotendantes, French Patent No. 1,377,291, 1964, 4 p. 10. Snelson, K. Continuous Tension, Discontinuous Compression Structures, US Patent No. 3,169,611, 1965, 4 p., 9 p. 11. Snelson, K. The Art of Tensegrity, International Journal of Space Structures, Vol. 27, No. 2&3, 2012, 74 p., 76 p. 12. Hart, S. Buckminster Fuller’s Dreams of Spanning Great Distances Are Being Realized in Big Projects, https://archrecord.construction.com. 13. Pugh, A. An Introduction to Tensegrity, University of California Press, 1976. 14. Kenner, H. Geodesic Math and How to Use It, Berkeley, California: University of California Press, 1976. 15. Burkhardt, R. A practical guide to tensegrity design, Cambridge (USA), 2nd edition, 2008, https://www.angelfire.com.