Пространственные светопрозрачные конструкции в современной архитектуре

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пространственные светопрозрачные конструкции в современной архитектуре

Много миллионов лет назад началась история стекла. Идею этого современного конструкционного материала подсказала сама природа. Многие из нас согласятся с тем, что сегодня невозможно представить городской ландшафт без «зеркально-стеклянной» архитектуры. Открытость форм и пространств, связь интерьера с пейзажем, абстрактность -- все это выражается в новой пластике архитектурного пространства. Со времен римлян стекло в строительстве используется для заполнения оконных проемов, и лишь отдельные примеры напоминают нам о том, что стекло по прочности превосходит сталь и может с успехом служить конструктивным материалом, из которого могут быть выполнены несущие элементы строительных конструкций.

Стекло известно людям около 55 веков. Согласно древней легенде, стекло случайно образовалось группой финикийских купцов путем обжига селитры, золы и песка.

В любом случае, изобретение стекла в 2200 году до н.э. попало в список самых значимых открытий в истории эволюции материалов. Вслед за керамикой стекло стало вторым обрабатываемым неметаллом из известных на тот момент материалов.

Сегодня стекло стало неотъемлемой частью нашей жизни. С конца XIX века стекло применяют при возведении промышленных, гражданских и жилых зданий. В XXI веке стекло приобрело, новые масштабы и стало одним из главных строительных материалов. Ведь благодаря таким физико-механическим свойствам, как повышенная атмосферостойкость, высокая твердость, прочность, исключительная химическая стойкость, высокие показатели тепло- и звукоизоляции, долговечность, оно вполне способно заменить кирпич, дерево, бетон и с успехом служить конструктивным материалом, из которого могут быть выполнены несущие элементы строительных конструкций.

Два решающих открытия изменили, взгляд на стекло как на хрупкий, легко бьющийся материал: в начале XX века был открыт триплекс, а в 30-х годах изобретено закаленное стекло.

Но только изобретение в 50-е годы в Англии флоат-процесса открыло широкую дорогу применению стекла в строительстве в современном понимании этого слова, когда стало возможным получать дешевое стекло с идеально ровной поверхностью размером до 3,2 м в ширину, длина же ограничивается лишь удобством транспортировки.

Триплекс, закаленное стекло и флоат-процесс позволили создавать конструкции, где стекло служит несущим элементом, как первичным (балки, арки, колонны) так и вторичным (связи, диафрагмы жесткости и т.д).

Первым примером применения стекла в качестве материала для несущих конструкций служит стеклянный выставочный павильон, построенный фирмой Glasbau Hahn, Frankfurt am Main в 1951 году. Стеклянные стены павильона венчает стеклянная крыша, которая лежит на стеклянных же балках двутаврового сечения.

Стеклянная крыша над столовой Технического университета (г. Дрезден, Германия) не содержит стальных тросов или растяжек для страховки. Главные балки пролетом 5,8 м соединены с второстепенными специально разработанными крестообразными соединительными узлами из высоколегированной стали. Высота балок 35 см, сами балки склеены из четырех слоев закаленного выдержанного стекла (ESG-H) толщиной 12 мм.

Другой концепции придерживались проектировщики (архитектурное бюро "Бюнеманн и партнеры") при реконструкции здания Народного банка в Ганновере, Германия. Для того чтобы перекрыть пространство 9 х 14 м стеклянной крышей, были установлены пять трехшарнирных арок с шагом 2,5 м. Арки образованы из двух балок, склеенных из трех листов стекла. Внутренний лист - закаленное стекло толщиной 15 мм, наружные листы - частично закаленное стекло толщиной 10 мм. По низу балки проходит стальная полоса, предусмотренная как защита от обрушения конструкции в случае отказа балки. Горизонтальные связи выполнены из стальных труб, которые несут стеклянные же панели крыши.

Из стекла, возможно, выполнять не только балки или арки, но также колонны. Архитекторы Brunet & Saunier и конструкторское бюро O.T.H./Alto - М. Malinowski применили при строительстве здания городского управления во французском St. Germain-en-Laye в 1995 году необычное решение. Они перекрыли внутренний двор здания стеклянной крышей, которую оперли на стеклянные же колонны Сама колонна крестообразного сечения размером 250 x 250 мм и высотой 3,2 м склеена из трех листов закаленного стекла. Внутренний - несущий - лист толщиной 15 мм, наружные листы толщиной 10 мм предохраняют внутренний от механических повреждений, для этого они несколько выступают вперед.

Еще один пример применения стекла как конструктивного материала - стеклянный павильон Talus du Temple близ французского городка Noyers (архитектор Dirk Jan Postel, 2001 г.). Павильон размером 5,04 x 5,1 м накрыт деревянной крышей, покрытой медью. Стены павильона высотой 2,3 м состоят из 2 х 10 мм флоат-стекла. Соединение стен с основанием и крышей выполнено при помощи стальных уголков с прокладками из неопрена. Сооружение доказало свою прочность и устойчивость, дважды выдержав сильнейшие штормы, случившиеся в этой местности.

Не только в балках и колоннах стекло воспринимает нагрузку от внешнего воздействия. В остеклении крыш и фасадов зданий стекло воспринимает ветровую и снеговую нагрузку и передает ее несущим элементам конструкции.

Одним из примеров такого применения стекла служит здание Stadttor (Городские ворота), Дюссельдорф. Ромбовидное в плане здание высотой 70 м образовано двумя пространственными рамами, сваренными из стальных труб большого диаметра. Между рамами расположены два офисных блока, закрытых снаружи стеклянным фасадом. Фасад подвешен при помощи гибкой конструкции, передающей вертикальную и горизонтальную нагрузки через четыре пространственные фермы на рамы здания. Остекление фасада состоит из 15-миллиметровых листов закаленного стекла размером 3,0 х 1,5 м, прикрепленных к тросовой системе при помощи шарнирных точечных держателей.

Стекло также может применяться как конструктивный элемент при проектировании и строительстве лестниц и светопрозрачных ограждений. Лестницы и светопрозрачные ограждения из стекла устанавливают не только в жилых помещениях, но и в торговых и бизнес центрах, крупных банках, гостиницах премиум-класса, ночных клубах и других заведениях. Несмотря на кажущуюся хрупкость, они достаточно прочные и способны выдержать большую нагрузку.

Еще совсем недавно все мы были уверенны, что традиционный загородный дом должен быть построен из дерева или кирпича. В последнее время необычные строения из стекла набирают все большие обороты в индивидуальном строительстве. В таком доме создается необыкновенная атмосфера, ощущение легкости, воздушности и всепроникающего света и тепла. Это абсолютно новые впечатления при восприятии пространства жилища.

Один из примеров стеклянного дома является «Стеклянная ферма» посреди равнины штата Орегон. Американская компания Olson Kundig Architects представила проект частного дома The Glass Farmhouse. Он расположен на северо-востоке штата Орегон в США. Не смотря на обширное остекление, дом хорошо приспособлен к орегонской зиме, минимизируя теплопотери в холодное время года. Стоящий особняком среди живописной равнины, The Glass Farmhouse создает особую атмосферу и ритм жизни.

Также есть необычные и эксклюзивные здания. Надо обладать изрядной долей смелости, что бы решиться жить в стеклянном доме, построенном по проекту архитектора Карло Сантамброджио (Carlo Santambrogio).Единственным не стеклянным элементом является кровать. Архитектор утверждает, что зимой в его строении не будет холодно, поскольку в стекло вмонтированы обогревательные элементы, которые создадут внутри комфортный микроклимат не хуже чем в обычной городской квартире. И если проигнорировать некоторые сугубо практичные проблемы, то стоит согласиться, что этот стеклянный дом выглядит весьма необычно и потрясающе.

Но применение стекла не всегда обуславливается энергоэффективностью, в некоторых случаях его используют для создания эксклюзивных конструкций, привлекающих огромное количество людей.

Примером таких конструкций, сквозь которые открываются головокружительные виды, являются мосты. А именно:

- Тауэрский мост оборудованный стеклянным полом на высоте 44 м;

- Мост Лугнер служащий входом в торговый центр создаваемый впечатление единой стеклянной поверхности со всех четырех сторон;

- «Небесная тропа» над Большим Каньоном вынесенный за пределы скал на 20 метров;

- «Тропа страха», расположенная в Китае имеющая только одну опору-- склон горы, вдоль которого ведет тропа;

- Также в Китае был построен стеклянный мост длиной 300 метров, перекинутый между двумя вершинами гор;

Помимо создания эстетичного вида сооружений, непременная задача стеклянных конструкций - обеспечить уют и комфорт внутри помещений. Над улучшениями свойств стекла работали ученые всего мира и создали так называемое ?Smart glass? (?Умное стекло?). Благодаря современным разработкам и технологиям, стекло приобретает энергосберегающие, улучшенные теплотехнические и иные инновационные свойства.

Тепло-, звуко-, энергосберегающие стеклопакеты устанавливают сегодня повсеместно. Суть технологии производства таких окон заключается в нанесении теплоотражающего покрытие (ионы серебра), которое пропускает и удерживает ультрафиолетовые лучи, создавая комфорт внутри помещения. Пространство между стеклами заполняют инертным газом, что позволяет снизить теплопотери.

Ученые Эстонского центра развития нанотехнологий (Nano TAK) разработали стекло с изменяемой прозрачностью. Энергоэффективное стекло - это своеобразный сэндвич, состоящий из двух стекол с начинкой из активных металлов - индия и олова, а также гелево-солевого слоя. Стоит только электричеству подействовать, как поверхность становится прозрачной. Однако эта разработка европейских технологов эффективна только при положительных и незначительных отрицательных температурах.

Ученые из Дубны и Москвы предполагают совместить эту технологию с электрообогреваемым покрытием, учитывая климатические условия эксплуатации. Это покрытие наносится сплошным слоем на всю поверхность стекла, и затем по периметру накладываются токопроводные шины, по которым подводится электричество. Таким образом поверхность стекла нагревается. Однако для высотных зданий с фасадами из электрохромных стекол требуется в целом большое количество энергии. Дополнительным источником энергии могут являться фотогальванические элементы, располагающиеся на фасадах.

В свою очередь, студент Технологического университета Делфта (Нидерланды) запатентовал технологию, согласно которой стекло способно самостоятельно производить электроэнергию из солнечного света и становится благодаря этому прозрачным и матовым. В основе этой технологии лежит люминесцентный солнечный концентрат (ЛСК). Она получается путем растворения специально синтезированных люминофоров в полимерной композиции. Пленка улавливает часть солнечного спектра, а фотогальванические элементы преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Ученые России и Франции разработали ЛСК с более высоким коэффициентом концентрации и «нулевым» самопоглощением энергии, по сравнению с аналогами. Кроме того, одно окно способно создать несколько десятков Ватт мощности. Это инновационное свойство стекла позволит электроэнергетике выйти на новый уровень развития и снизить потребность человечества в сырьевых ресурсах: уголь, газ, нефть и др.

Исследователи из Китая разработали еще один вид «Умного стекла». Стекло способно выполнять 3 функции:

-- аккумулировать энергию;

-- контролировать освещенность помещения (путем изменения прозрачности);

-- контролировать температуру помещения.

Все это обусловлено технологической «начинкой» окна. Она представляет совокупность солнечной батареи, конденсатора большой емкости из полианилина и электрохромной пленки. С увеличением светового потока стекло адсорбирует электроэнергию, а затем начинает уменьшать светопропускающую способность. По словам Вея Чжисян (разработчика данного вида стекла), окно можно свернуть как рулонную штору в тот момент, когда оно не используется.

И в заключении можно сказать, что стекло заняло значимое положение среди строительных материалов и обеспечило новое видение пространства. Новые технологии обработки стекла позволяют использовать его как несущий элемент здания, а так же, как энергоэффективный, экологичный, энергосберегающий материал раскрывающий перед нами огромные возможности.

Список используемой литературы

стекло архитектура пространственный

1. Строительные материалы: учебно-справочное пособие / Г. А. Айрапетов, О. К. Безродный, А. Л. Жолобов. -- М: Изд-во Феникс, 2009. -- 699 с.

2. Отческих К. А. «Умное стекло» в современной архитектуре // Молодой ученый. -- 2013. -- №4. -- С. 86-88.

3.Сталь и стекло в архитектуре, - режим доступа:http://www.arhplan.ru/materials/steel/steel-and-glass-architecture

4. Стекло в архитектуре, - режим доступа: http://www.archplatforma.ru/?act=2&tgid=1766&stchng=2.

Размещено на Allbest.ru