Спираль как элемент архитектуры

           VIII городская  научно-практическая конференция «Первые шаги в науку»

Возрастная категория: «Юный исследователь»

Секция: прикладная математика

Секция: математика

Название работы:

«Спираль как элемент архитектуры»

 Автор работы:

Грингольц Артур Яковлевич

 г.о. Тольятти, МОУ СОШ №63, 7б класс

Научный руководитель:

Мишина Оксана Викторовна,

учитель математики

         первой категории, МБУ СОШ №63

Тольятти

2012

Анотация

Спираль как элемент  архитектуры

Грингольц Артур Яковлевич,

г.о. Тольятти, МБУ СОШ №63, 7 Б класс

    Спираль как геометрическая фигура применяется в архитектуре на протяжении всей истории человечества. В работе рассматривается вопрос:  имеет ли спираль потенциал к дальнейшему использованию как элемент архитектуры, и какие особенности данной геометрической фигуры позволят ей стать популярной в архитектуре будущего. 

    Автор работы анализирует различную историческую литературу, статьи в интернете и выясняет, как применялась спираль в архитектуре разных народов мира, в историческом разрезе.

     Работа над этой темой помогла автору расширить его кругозор, повысить познавательные интерес к изучению математики.

    Приведённые в работе  примеры использования спирали в творчестве архитекторов говорят о большом внимании к этой функциональной геометрической фигуре.

     Автор работы приходит к выводу, что спираль давно была открыта в природе и также давно стала достоянием рационального математического мышления. Используя спираль, архитекторы не только решают с её помощью практические вопросы, но отдают также дань духу времени, отражая связи архитектуры с наукой и техникой, а в целом выполняют свою художественную задачу. Таким образом, спираль как геометрическая фигура имеет большой потенциал в архитектуре будущего.

Введение

    Актуальностью исследования является необходимость поиска новых удобных и надёжных геометрических форм в архитектуре. Спираль как геометрическая фигура  применялась в архитектуре на протяжении всей истории человечества. Но её потенциал полностью не раскрыт. Хочется знать, какие особенности данной геометрической фигуры позволят ей стать популярной в архитектуре будущего.

    Однообразные постройки наших городов создают унылое впечатление на его жителей. Применение разнообразных геометрических форм в архитектуре позволит решить эту проблему.

Выявим  способы и сферы применения спирали в архитектуре разных народов. Проанализировать какие особенности спирали позволят применять её в архитектуре будущего. В ходе работы были поставлены следующие задачи:

 1.Найти и изучить литературу по использованию спирали  в архитектуре.

2.Изучить открытую информацию в интернете по заданной теме.

1. 3.Проанализировать полученные данные.
2. 4. Выявить особенности спирали,  которые позволят широко применять её в архитектуре будущего.
3.  В своей работе мы применяли такие методы научного исследования:
4. 1.Работа с дополнительной литературой и информацией в интернете.
5. 2.Исторический анализ.
6. 3.Сравнительно-сопоставительный анализ..

     Нами была выдвинута гипотеза, что спиральные геометрические формы сделают дома будущего  не только прочными и надёжными, но красивыми, не нарушающими природного равновесия, выделяясь жесткими формами, а на оборот плавно вписываться в окружающую природу. Эстетика  наших жилищ  влияет и на нашу психологию.

    Основным объектом исследования послужили архитектурные элементы содержащие в себе спираль (в историческом разрезе).

Основное содержание

    Человеческая история тесно связана со строительством, а строительство с наукой – геометрия. Как только человечество выбралось из пещеры, оно начало возводить постройки, используя при этом геометрические объект. Рассматривая исторические постройки, мы встречаем такие геометрические фигуры как конус, куб, пирамида, сфера, прямоугольный параллелепипед, спираль. Спираль как геометрическая фигура заинтересовала своим широким применением в архитектуре, в той или иной форме, на протяжении всей истории человечества. Стало интересно, каков её потенциал в будущем.

    В математике, спираль — это кривая, которая огибает некоторую центральную точку или ось, постепенно приближаясь или удаляясь от неё, в зависимости от направления обхода кривой.

    Архимедова спираль — спираль, плоская кривая, траектория точки M (см Рис. 1), которая равномерно движется вдоль луча OV с началом в O, в то время как сам луч OV равномерно вращается вокруг O. Другими словами, расстояние ρ = OM пропорционально углу поворота φ луча OV. Повороту луча OV на один и тот же угол соответствует одно и то же приращение ρ.

     В архитектуре спираль часто встречается как элемент декора. СПИРА́ЛЬ (франц. spirale, из лат. spiralis, от греч. speira, лат. spira — "изгиб, извив") — кривая, делающая витки вокруг точки на плоскости или вокруг оси. Представляет собой один из типов симметричных фигур, отсюда ее эстетические свойства и символические значения (см. симметрия). В спиральной раковине наутилуса древние видели образ Вселенной, ее центр — "пуп мира" (см. омфалос), математические соотношения спирали выражаются числами Фибоначчи (см. золотое сечение; раковина). Форму спирали использовали при построении лабиринтов. Данте Алигьери увидел спираль в мирах Ада и Рая (см. Данте в изобразительном искусстве), а Б. Палисси (см. "сельские глины") рисовал в форме спирали "идеальный город". В эзотерических учениях спираль рассматривают в качестве символа постепенного обретения мудрости, высшего знания в путешествии к центру мира.        Спираль представляет собой одновременно солнечный знак и символ водной стихии. Спираль динамична, поэтому наряду с волютой ее, хотя и реже, чем декоративные завитки, используют архитекторы. Башня со спиральной лестницей пристроена к фасаду Палаццо. Контарини дель Боволо в Венеции (1499). Д. Браманте создал необычный спиральный пандус в Ватикане. Спиральной формы лестницы применяли Дж. Б. Виньола на вилле Фарнезе в Капрароле, Ф. Борромини — в Палаццо Барберини в Риме. Самая эффектная спираль в архитектуре: пандус купола церкви Сан Иво алла Сапиенца в Риме. Как известно, бесконечность имеет свойство завораживать. Именно поэтому спиралевидные узоры и аксессуары столь популярны в дизайне всех эпох. Идеально подходит спиралевидная конфигурация и для проектирования лестниц.

 Однако  она является и основой многих сооружений. Чего стоят постройки северных народов – иглу. Доказано, что в условиях крайнего севера это оптимальный вид жилища! Полярные исследователи долго не могли понять, как их строят. Иглу представляет собой куполообразную постройку диаметром 3—4 метра и высотой около 2 метров из уплотнённых ветром снежных или ледяных блоков. При глубоком снеге вход обычно устраивается в полу, ко входу прорывается коридор. При неглубоком снеге вход устраивается в стене, к которой достраивается дополнительный коридор из снежных блоков. Важно, чтобы вход в иглу был ниже уровня пола — это обеспечивает отток из неё тяжёлого углекислого газа и приток взамен более лёгкого кислорода, а также не позволяет уходить более лёгкому тёплому воздуху. В настоящее время хижины-иглу применяются также в лыжном туризме как аварийное жилье на случай проблем с палаткой или долгого ожидания улучшения погоды. Большой вклад во внедрение хижин-иглу в советский лыжный туризм внёс Александр Берман. Сейчас при подготовке к лыжным походам иногда проводятся занятия по строительству хижин-иглу. Секрет строительства хижины-иглу заключается в особой форме плит (разные плиты в хижине имеют разную форму), позволяющей складывать хижину в виде «улитки» по спирали, постепенно сужающейся к своду. Для большей устойчивости конструкцию поливают водой с внешней стороны.

      Следующий интересный объект спиральный минарет. Малвия — минарет Большой мечети в Самарре, построенный в иракском городе Самарра в 9 веке. Слово «малвия» означает «спиральная ракушка». Мечеть начали строить в 848 году и завершили в 852 году при аббасидском халифе аль-Мутаваккиле.Этот минарет одно время был самым большим в мире, его высота составляет 52 метра, а ширина в основании 33 метра. Минарет построен из песчаника. На вершине минарета находится небольшая цилиндрическая комната радиусом в шесть метров. Комната снаружи украшена восемью арками. Мост, соединявший минарет и мечеть, до наших дней не сохранился.

   Интересные работы в этом плане представляет немецкий архитектор Фридрих Хундертвассер (Приложение 1)[1]

    В его домах нет прямых линий и острых углов, каждое из более чем тысячи окон обладает собственной индивидуальность, а деревья растут прямо на балконах, а то и в самих квартирах. “Лесная спираль” в немецком Дармштадте – экологический дом,  созданный по принципу гармонии с природой.

     Фридрих Хундертвассер, архитектор дома, и пол хотел сделать неровным – все как в натуральной природе, остановило только то, что мебель для такой “кривой” квартиры жильцам было бы крайне трудно подбирать. Бунтарь в архитектуре, яркий последователь создателя барселонского собора Саграда Фамилиа Антонио Гауди, Хундертвассер во всех своих творениях придерживался концепции единения с природой.  И в проектировке этого жилого дома он остался верен себе – здание выполнено в виде спирали, на крыше зеленеют трава и деревья, а во внутреннем дворе находится небольшое искусственное озеро.  Ни одного похожего друг на друга окна, разноэтажность, достигающая лишь в одной части дома самого высокого – двенадцатого этажа, волнообразные стены – весь облик дома-спирали говорит об уникальности и необычности.

    Построено оригинальное здание было в 2000 году, и с тех пор служит родным домом  самым обычным жителям Дармштата.[1]

     В конце XIX в. английский градостроитель Теодор Фрич спроектировал целый город , развивающийся по спирали . По идее Т . Фрича, спираль дает возможность свободно развиваться городу, одновременно сохраняя компактность и торможение темпов удаления периферии от центра города , что имело большое значение в условиях быстрого разрастания индустриальных городов. Аналогичный проект города Ауервилль был реализован в 1970- е г . в Индии.

      В русских церквах , в ее куполах мы также наблюдаем завитки спирали , например купола храма Василия Блаженного на Красной площади в Москве  [ 3] и обрамление входа Меншиковой башни .

    Музей Гуггенхейма в Нью - Йорке , 1944-1960 гг . Общий вид ( рис . Ю . С . Лебедева ) , интерьер

    Ясное выражение принципа спирали я нашел в работе художника конструктивиста В. Е. Татлина — модели памятника III Интернационала , выполненного в 1919 — 1920 гг ., а также в вариантах более поздних лет. Прежде всего , спиральная башня поражает динамизмом своего наклона , в котором заложена определенная идея — ось башни параллельна земной оси . Ее высота 400 м - это 1/100 000 земного меридиана . Таким образом , с самого начала она была задумана как часть " архитектуры " Земли . В этом ее большой жизненный смысл — она символизирует общность.

    Но, пожалуй , самое удивительное это то , что В . Татлин применил двойную спираль , открытую в молекулах ДНК , которую ученые назвали " спиралью жизни ". Заключенные внутри спиралей куб, призма, цилиндр и полусфера должны медленно, незаметно для глаза вращаться с различной скоростью , символизируя медленное вращение Земли , Причем , динамика всей композиции заключается не - в фиксации вращения , а в обнаружении временных изменений всей композиции : так же мы обнаруживаем изменения , налагаемые временем на жизнь живого организма — цветка , яблони , живого пространства природы .

    В. Татлин утвердил эту * спираль жизни " в архитектурном сооружении на уровне общественной жизни человека. Может быть , это и не случайно — интуиция живого человека , а также наблюдение форм живой природы под сказали В . Татлину эту " живую " конструкцию . Известно , что В. Татлин охотно обращался к живой природе и мечтал о конструировании новых кораблей, воплощающих в себе аэродинамические принципы водоплавающих организмов .

    В наше время мы также сталкиваемся с фактами проектирования и создания архитектурных объектов , построенных по принципу спирали , например , музей ГуггенхейМа (1944 — 1960) в Нью - Йорке , созданный Ф . Л . Райтом [ 4].Приложение 4.  Сооружение задумано как огромная железобетонная расширяющаяся кверху спираль , на которой размещена картинная галерея длиной 1200 м . Наружная стена галереи служит для размещения экс позиции . По другую сторону галереи — барьер , вдоль которого тянется непрерывная скамья . По верху на ружной стены идет ленточное остекление длиной 1200 м . Галерея освещается также со стороны внутреннего двора - колодца , перекрытого стеклянным Куполом, дающим рассеянный свет . К главной спирали примыкает расположенный в отдельной шахте второй спиралевидный пандус меньшего диаметра  ( следовательно , более крутой ). Он служит для быстрого сообщения между этажами . Здесь же проходит лифт . Посетители поднимаются лифтом наверх,  а отсюда уже начинают осмотр галереи , спускаясь по пандусу .

     Идея внутреннего пространства со спиральным пан дусом воплощена Ф . Л . Райтом и в здании магазина Морриса в Сан - Франциско (1940 г .).

     По спирали построена школа " Валли Уинде " в штате Миссури ( США ). Вот , что говорится в информации об этой школе (" Америка ", 1969, № 5) : " Новое здание отвечает целям школьного управления , которое надеется , что таким путем удастся осуществить непрерывный процесс в общих и индивидуальных учебных планах , обеспечить более гиб кое расписание уроков и предоставить возможность преподавателям для повышения квалификации и проведения экспериментальных программ . В школе нет подразделений на классы . . .".

     В этом случае спираль , как и в музее Гуггенхейма , является выражением не конструкции и не только психологического образа ( памятник III Интернационала ), а функционального содержания сооружения архитектуры — системы нового , не классного метода обучения , движения по школьной " лестнице " в соответствии со способностями обучающихся .

     С точки зрения пластической организации архитектурного пространства очень емкое определение смысла спирали дал 3.Гидион: спираль — это "…стремление найти выражение для динамического взаимопроникновения внутреннего и внешнего пространства ".

    Можно увидеть современные частные постройки, где спираль легла в основу самого сооружения. Расширение дома разработано как спираль, соединяющая новую, общественную часть с частной существующей зоной. Эта спираль оборачивается вокруг внутреннего дворика, открытого окружающим садам и расширяет не только пространство дома, но и образ жизни семьи, создавая непрерывную «петлю» для активной жизни.[5]

     Спираль занимала мысли и советского архитектора К. С. Мельникова [3] . В связи с проектированием района Лужников в 1935 г . в " Архитектурной газете " (1935, 3 сент .) была опубликована заметка " Эстакада или подъем по спирали ", в которой он писал : " Составляя свой проект, я сосредоточил внимание на использовании природной ситуации. Решая переход от низкой части к нагорной , я сосредоточился на поисках такого варианта перехода , который по возможности не нарушил бы природных качеств , а , наоборот , их бы усилил , возвеличил и подчеркнул . Во всяком случае переход должен быть компактным . Пологая ' эстакада деформирует природную геометрию ; поэтому в своем проекте я предлагаю вместо эстакадной спиральную форму подъема. Нужно или резко оторваться ввысь от самого плато, или сохранить переход на уровне Лужниковского плато ".Принцип спирали был использован К . М . Мельниковым в проекте гаража для Парижа.  В этом проекте архитектор предложил подвесить стоянку над мостами Сены : " Явилась , — писал он , — острая конструктивная идея , состоящая из двух взаимопротивоположных консолей , удерживающихся от падения собственным равновесием ... Воздушная архитектура стоянки нуждается в защите ее от ветрового кручения — два атланта на противоположных углах сооружения парализует ветер ". Спиральным завихрением ветров противостоит спираль стоянки - гаража . Сходная конструкция была впервые реализована в 1953 г . в США . М . Новицким и получила затем значительное распространение . Пространственная спиралеобразная форма входа в Центральный парк культуры и отдыха в Москве ( проектархит . М . Д . Мазманяна , 1929) придала его архитектуре динамизм и необычность формы.

     Вывод: Таким образом, примеры использования спирали в творчестве архитекторов говорят о большом внимании к этой функциональной и композиционной теме. Однако вряд ли можно предполагать, что это лишь чисто бионическая(бионика – это инновационный архитектурный стиль, берущий все самое лучшее от природы ) форма, идущая напрямую от форм живой природы. Спираль давно была открыта в природе и также давно стала достоянием рационального математического мышления. Использую спираль, архитекторы не только решают с её помощью практические вопросы, но отдают также дань духу времени, отражая связи архитектуры с наукой и техникой, а в целом выполняют свою художественную задачу.

Список используемых ресурсов:

1. http://omyworld.ru/1769
2. http://1dom.wordpress.com/2010/10/11/dom-spiral-v-koree/
3. http://city-2.narod.ru/ab/b53.html
4. http://finearhitector.narod2.ru/termini_arhitekturi/
5. http://1dom.wordpress.com/2009/10/30/spiralnyi-dom-v-burgundii/
6. Реконструкция и реставрация историко-архитектурного наследия. Попова Н.А. И:Аквариюс, 2003 г.

Приложение      

Содержание

1. Введение………………………………………….
2. Основное содержание……………………………
3. Выводы……………………………………………
4. Список литературы……………………………….