Одним з методів, що дозволяють розкрити можливості формоутворення в області збірного індустріального будівництва, може з'явитися комбінаторний метод. Специфіка комбинаторного методу полягає в тому, що його мета-ні створення унікальної композиції або конструкції, а пошуки передумов для створення серії композиційних або конструктивних побудов на оптимальній основі.
Комбінаторний метод нерозривно пов'язаний з дискретними конструктивними і композиційними побудовами, і для успішного застосування цього методу необхідно чітко уявляти собі внутрішні взаємозв'язки власне структурного конструктивного або композиційної побудови і складових їх елементів. З одного боку, можна вдосконалювати елементи з метою отримання багатого ряду дискретних конструктивних і композиційних побудов (прикладом служить пошук елементів або груп, здатних входити в різноманітні поєднання з подібними до них); з іншого, -питаться виявити нові структурні побудови на основі відомих елементів. Освоєння і застосування комбінаторного методу мають об'єктивні труднощі, обумовлені різноманіттям факторів, що лежать в основі створення архітектурної форми. Тому найчастіше постає питання про можливість існування варіантних побудов, що відповідають тим чи іншим умовам, а не про їх кількості. Пропоновані тут приклади ілюструють області застосування комбінаторного методу, і кожен з них акцентує увагу на одному-двох вихідних умовах, що впливають на різноманітність комбінованих конструктивних або композиційних побудов.
Характерно рішення подібних задач в області архітектурного орнаменту.
Формотворними засобами архітектурного орнаменту є світлотінь, колір, фактура, текстура і рух. Комбінуючи ці елементи, можна створити композиції зі складними структурами - орнаментальну поліфонію (приклади-паркетні підлоги Ермітажу, палаців в Архангельському, Каськів). Орнаментальне поліфонія - вершина орнаментального мистецтва. Однак не менш цікаві побудови орнаментів на основі застосування окремих формотворчих засобів. У Георгіївському соборі м Юр'єва-Польського в одному випадку технологічна структура стіни (кам'яна кладка) була основою орнаментальних композиційних побудов з фігурних рельєфів, виконаних в межах кожного кам'яного блоку, в іншому-орнамент висікали як би на монолітній стіні без урахування конструктивної структури. У наявності взаємодія двох полярно протилежних пластичних орнаментальних структур в межах однієї споруди.
Прикладом узгодженості технологічної і орнаментальної структур є орнаментальні елементи середньоазіатської архітектури. Спочатку середньоазіатський орнамент різали по глині і ганчу, потім з'явився сирець, з якого викладали різні малюнки, використовуючи в окремих випадках відступи цегли від площини стіни, З появою паленого і кольорового поливного цегли виник новий тип орнаменту - «Геріх», що виконувався як глухим, без присвятив (щільна упаковка), так і наскрізним у вигляді решіток,
У Геріха можна виділити два види кладки з поливного цегли; кладку з простих за формою прямокутних цеглинок «ялинкою» або вперевязь, що відповідає найпростішої технології і що є структурним полем для колірних побудов, і кладку з складних елементів, унікальну за малюнком.
Умови завдання при виконанні першого виду кладки; створити Геріх з триколірного цегли із суцільним заповненням площині, з малюнком горизонтальних, вертикальних і діагональних ліній; число елементів кладки, в даному випадку цегли, не обмежена. Завдання має безліч рішень; доказательство- різноманіття орнаментів. Розглянемо кожне умова завдання і його вплив на формоутворення орнаменту.
Виконання умови заповнення поверхні без просвітів (щільна упаковка) залежить від форми елементів (цегли). З орнаментальної симетрії відомо: однакові прямокутники, трикутники, паралелограми або елементи, складені з перших і других, -шестіугольнікі і ромби можуть заповнити площину без просвітів. Число найпростіших форм елементів - п'ять, з яких середньоазіатські майстри використовували, в основному, одну- прямокутну, що відповідає до того ж умові діагональних ліній в орнаменті. Співвідношення сторін цегли в торці 1: 2; з нього отримували в основному дві кладки: в вигляді «ялинки» і вперевязь.
Технологія кладки забезпечує всього два види орнаменту. Але введення кольору (наявність цеглинок трьох кольорів) дозволяє значно розширити число орнаментальних побудов '. Ще одна умова завдання: «мічені» елементи (мають малюнок) дають можливість отримати ще один вид комбінування з типових елементів.
Вид орнаменту, заснований на так званому «муаровому ефекті», принципово відрізняється від попередніх і створюється мобільним взаємодією двох або декількох сітчастих орнаментів. На основі двох сіток можна створити безперервно мінливу ланцюг різних орнаментів. Для цього досить безперервно змінювати положення двох вихідних орнаментів (наприклад, обертаючи їх на одній осі щодо один одного).
При проектуванні радянського павільйону для Всесвітньої виставки ЕКСПО-70 в м Осака Інститутом будівельної фізики Держбуду СРСР був виконаний експериментальний проект фасаду павільйону, в якому використовувався муаровий орнамент. Структура фасаду складалася з двох лінійних орнаментів, розташованих в 1 м один від іншого. Динаміка картини-враження колихання прапора-створювалася в процесі руху глядача.
Таким чином, різноманітність комбінованих орнаментів залежить від наступних факторів: співвідношення розмірів орнаменту в цілому і його елементів, наявності кольору в елементах, малюнка (фактура, текстура), від форми і розташування елементів на декоруємої площині, а в світлових орнаментах - від мобільності елементів.
В області просторових конструктивних і композиційних побудов слід зазначити комбінаторні властивості цегляної кладки. Погодившись з конструктивними і технологічними вимогами до цих будівельних елементів, зодчі створили велику різноманітність архітектурних споруд; цегла виявився прийнятним для багатьох епох і стилів. У зв'язку з появою цегли стало можливим пристрій арок, куполів, циліндричних склепінь і т, п. Необхідно відзначити, що співвідношення сторін цегли 1. 2. 4 є найбільш сприятливим для створення різних типів кладок, так як дотримується кратність сторін за трьома координатами.
Освоєння комбінаторних методів в умовах зведення будівель з блоків, панелей і об'ємних блоків «на квартиру», «на кімнату» значно важче. Конструктивні елементи виконують тут певні функції: одні з них є несучими або самонесучими елементами стін, інші-перекриттями, що строго однозначно визначає їх просторове положення в конструктивній системі. Інший стримуючий фактор - це проблема уніфікованого вузла. І третя проблема - ув'язка просторових, геометричних аспектів комбінування з функціональними завданнями.
Якщо ж розглядати питання в чисто геометричному аспекті комбінування, то для варіантності побудов з модульних елементів досить виконувати умову кратності їх розмірів по трьох координатах в об'ємному житловому будівництві і по двом-в панельному при наявності уніфікованого вузла з'єднання елементів. Для просторової кубічної системи таким вузлом є вузол з'єднання 12 плоских елементів,
Завдання полягає в тому, щоб заповнити простір без просвітів навколо центру симетрії по шести походить із нього осях симетрії. При цьому утворюється вузол з 12 панелей, що відповідає трьом перпендикулярно пересічних площинах. Панель як би складена з двох плоских елементів, складених разом і зсунутих по діагоналі на товщину елементів, Вона розроблена арх. В. В. тиша і інж. В, П. Леоновим і дозволяє гнучко оперувати в межах кубічної системи при створенні різноманітних композицій будівель. Примітно те, що створення одного типу вузла який суперечить умові різноманітності, а пов'язано з ним.
У багатьох випадках пошук варіантності просторових конструкцій обумовлюється можливостями вузлового з'єднання, і вузол розраховується на максимальне число з'єднань стрижнів. Справедливо вважається, що це забезпечить різноманітність побудов, однак практика свідчить, що це не єдиний шлях досягнення їх варіантності. Приклад-система вузлового з'єднання «тріодетік», широко застосовувалася на Всесвітній виставці в Монреалі. У будівельній системі «тріодетік» використовується циліндрична муфта з фігурними пазами, в якій поєднуються тонкостінні алюмінієві труби. Муфта має дев'ять пазів, що не є межею для подібних вузлів; відомі вузли з 16 і більше сполуками. Різноманітність конструктивних структур, одержуваних при такому з'єднанні, -функція зміни кутів між усіма сполучаються в вузлі стрижнями. Справа в тому, що в стрижневих просторових системах кожен елемент однозначно фіксований вузлом щодо всіх суміжних елементів; технологія виготовлення стрижневих елементів в системі «тріодетік» дозволяє штампувати вузол на кінці кожного стержня під різними кутами, що відразу відкриває великі можливості формоутворення.
У вантово-стрижневий системі ідея «гнучкості» кутів між елементами в вузловому з'єднанні прийняла ще більшу завершеність. Поява вантово-стрижневий будівельної системи можна розглядати як результат компонування елементарної просторової безрозпірного (зовні) осередки мінімум з трьох стрижнів (двосторонній зв'язок) і дев'яти вант (односторонній зв'язок). Осередок, будучи найпростішим «цеглинкою», несе в собі основні характеристики всієї системи. Візуально - це будівельна система без звичної композиції матеріалу в конструкції. Троси працюють на розтягнення, а стрижні-тільки на стиск. Це перша і головна характеристика цієї конструктивної системи. Така компоновка в зв'язку з відсутністю жорсткого вузла, що фіксує в звичайних конструкціях положення всіх стрижнів щодо один одного, має великі перспективи в формоутворенні. На відміну від системи «тріодетік», де всі зв'язки двосторонні (стрижні), в Вант-по-стрижневих системах вузол включає один або максимум два стрижня, всі інші зв'язку гнучкі (односторонні). Кут підходу ванта до стрижня нічим не лімітований, крім міркувань статичного розрахунку. І якщо стрижень в системі «тріодетік» може бути використаний однозначно (по куту), то вант в вантово-стрижневий системі має нескінченне число положень щодо стрижнів. Система «тріодетік» забезпечує гнучкість технології виготовлення тієї чи іншої форми, а вантово-стрижнева система має властивість трансформуватися, що дозволяє класифікувати конструкції, виконані на її основі, як замкнуті просторові кінематичні ланцюги.
Характерні пошуки різних побудов на основі одного типорозміру елемента, що утворює будівельну або геометричну систему.
В кристалографії відомі правильні і напівправильні багатогранники, а також просторові упаковки на основі цих багатогранників, в яких всі ребра однакові. Так, ікосаедр складається з 30 однакових ребер, додекаедр - з 12 п'ятикутних елементів. Жорсткість подібних побудов важко досяжна; відомо лише кілька правильних кристалів, що відповідають повністю умові недеформатівності, - тетраедр, октаедр і ікосаедр, складені з правильних трикутників.
Велике значення в даний час набувають трансформуються конструкції, які застосовуються у важкодоступних районах землі, там, де необхідно в найкоротший термін найпростішими методами перевести конструктивну систему з компактного стану в проектне.
Безперервне перетворення в конструктивних структурах пов'язане з дослідженням просторових кінематичних ланцюгів. На відміну від геометричного поняття руху, яке ми використовували раніше (відображення, переноси, повороти і т. Д.), Тут присутній реальне, т. Е. Механічне, пов'язане рух елементів в структурі. Так, шестикутна сітка являє собою плоску кінематичну ланцюг з поворотними шарнірами. Своєрідність цього ланцюга полягає в тому, що в ній можливі дві системи рухів елементів: трансформація уздовж складових прямих і перпендикулярно до них. У першому випадку отримуємо тріангуляціонную сітку, у другому - «пряму». Трансформація в тріангуляціонную сітку робить систему жорсткої і здатною сприймати навантаження, а трансформація в пряму - транспортабельної.
Комбінування рухів на основі кінематичного ланцюга, виконаної з модульних квадратних елементів, призводить до утворення великої кількості об'ємно-просторових композицій. На малюнку показані деякі з них.
Не можна не відзначити той факт, що раніше відомі технології зведення архітектурних споруд є з естетичної точки зору прихованими, тоді як трансформації структур, подібні попередньої, є технологію відкриту; процес зведення цих споруд, який до того ж може бути багаторазовим (багаторазовим), протягом короткого часу стає компонентом їх композиції. Тому дуже важливе значення набуває естетика руху форми в подібних побудовах.
Трансформація куба може відбуватися кількома способами. В результаті кожної з них послідовно виникають: тетраедр з парними ребрами, октаедр і трігональная Бипирамида. Композиція, складена з 20 тетраедрів з парними ребрами, -ікосаедр розпадається при перетворенні на композицію з 20 кубів, пов'язаних з вершин. На відміну від трансформації їх максимально щільної упаковки (приклад - площину з модульних елементів), цей приклад ілюструє трансформацію осередки з одного об'єму в іншій зі збереженням кожного осередку. Взагалі будь-яке комбінування рухів можливо в нестійких кінематичних ланцюгах, і процес проектування таких конструкцій і композицій зводиться до знаходження цих ланцюгів, що відповідають тим чи іншим умовам або вимогам.
Ще одну область застосування комбінаторики ілюструють метод побудови вантово-стержневих конструкцій на основі стрижневих і метод моделювання просторових структур на основі калейдоскопів.
Виявлення можливостей комбинаторного методу в області конструктивних (статичних і динамічних), функціональних і орнаментальних (монохроматичних, поліхроматичний, статичних і динамічних) дискретних побудов відкриє широке поле діяльності для архітектора в області індустріального будівництва.