Взгляд из Зазеркалья. Тенденции в архитектуре по использованию стекла

ВВЕДЕНИЕ

Главные достижения в большинстве строительных материалов произошли в 1800-х годах — с развитием современных вычислений для конструкций, эффективных производительных методов изготовления стали и развития применения железобетона.
Стекло, однако, всегда стояло особняком из-за своего особого свойства — прозрачности — и использовалось в виде панелей покрытия и заполнения, но не в качестве материала для несущих элементов конструкции (хотя в XIX веке были первые, видимо, неосознанные попытки заставить стекло нести конструкционные нагрузки).
Стекло не стало бы таким общеупотребимым, как сейчас, если бы в середине 20-го века не был изобретен флоат-процесс производства высококачественного стекла со стабильными и повторяемыми свойствами, и последовательно бы не осуществлялись шаги по развитию технологии нанесения покрытий, механической обработки, изготовления изолирующих стеклопакетов. Прорыв в применении стекла от своего традиционного применения в качестве заполнителя панелей до несущих конструкционных элементов состоялся лишь с развитием компьютерных вычислений методом конечных элементов.
Перечень других причин технологических прорывов использования стекла весьма долог, и он, безусловно, заслуживает внимания, но в этой статье использован некий «взгляд из Зазеркалья» на большинство новейших достижений в архитектурном остеклении.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТЕКЛА

Хорошая новость: использование стекла в архитектуре и строительстве растет! Плохая новость: сегодня имеется два мощных фактора для строительства новых зданий, которые удерживают заказчиков и проектировщиков от большего применения стекла:

• энергетические соображения;
• цена.

Остекление в полную высоту этаж за этажом приносит больше дневного света внутрь здания и придает лучшую обзорность изнутри здания наружу — это плюс для обитателей здания, но стоимость энергозатрат на обогрев зимой и охлаждение летом внутреннего пространства весьма велика. Это факт, что стеклянная стена обойдется куда дороже глухой стены из бетона или кирпича. К счастью, промышленность шагает навстречу новым технологиям, что оборачивается новыми возможностями использования — эти новые способы применения сами требуют новых технологий — инновационный цикл замыкается.

ТЕНДЕНЦИИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ СТЕКЛА

Но в чем состоят вызовы?
В каком направлении промышленности следует развивать новые технологии? Чего хотят дизайнеры и проектировщики?

  

Больше стекла, больше прозрачности!

Ведущий тренд — применять все больше и больше прозрачности — продолжается и будет продолжаться.
Архитекторы, проектировщики и дизайнеры-конструкторы хотят минимизировать незастекленную площадь фасадов.
И в этом состоит часть развития стеклянной индустрии на будущее. Меня, как консультанта архитекторов, проектировщиков, разработчиков фасадов, очень часто спрашивают: «Мы тут себе нарисовали фасад из элементов огромных размеров безо всякой поддержки. Можно ли это построить?» И мой ответ обычно таков: «Конечно, это можно сделать!»
Возможности стекла не стоит подвергать сомнениям. Приведу несколько примеров:

Рис. 1. Стеклянные ребра жесткости со скрытыми зажимными соединительными вставками
Рис. 2. Apple Flagship Store на 5-й Авеню нью-йоркского Сити

Ребро жесткости из стекла со скрытым крепежом (рис. 1)
Стеклянное оребрение сейчас используется шире, чем прежде. Особенно со спайдерными или тарельчатыми системами крепления, но многие архитекторы их игнорируют. Таким образом, откликаясь на запрос архитекторов, промышленность предложила «скрытые» коннекторы, в которых больше полагаются на зажим и склейку, чем на сверление и крепление болтами.

Прозрачный стеклянный куб (рис. 2)
С тех пор как появился Farnsworth House Мийса Ван дер Рохе, стали мечтать о все более прозрачных и филигранных оболочках зданий, вплоть до цельностеклянных. Сейчас уже есть целый ряд объектов в виде кубов, параллелепипедов, конусов, пирамид —особенно с появлением Apple Flagship Store на 5-й авеню Нью-Йорк Сити.

Рис. 3. Музей корабля Катти Сарк (Cutty Sark Museum)
от Grimshaw Associates

Стеклянный пузырь Корабельного музея (рис. 3)
Дизайн от Grimshaw Associates дал посетителям музея полный обзор с близкого расстояния подводной части деревянной обшивки корабля, что было обеспечено и самонесущими свойствами стекла с двойной кривизной, и конструкцией соединения — пример совместного использования преимуществ геометрии формы и прозрачности.

Рис. 4. Нью-йоркский Lincoln Center от Diller Scofidio + Renfro

Трехэтажная витрина из безопорного панельного остекления (рис. 4)
Максимум прозрачности на высоту трех этажей для обзора интерьера Линкольн-Центра в Нью-Йорке во всю его ширину — такова концепция, которая сводилась к применению минимума деталей и стеклянных панелей максимального размера.

  

Более сложная геометрия

Второй мощный тренд последних лет среди дизайнеров зданий — использование все более и более сложной геометрии, что стало возможным благодаря достижениям систем автоматического проектирования (CAD), используемых при подготовке чертежей, в сочетании с достижениями программ статического расчета для анализа конструкции, и благодаря чему стало возможным и технически, и экономически использовать программы автоматического проектирования и производства (CAD-CAM) в самом процессе изготовления.

Рис. 5. Ж/д вокзал в Страсбурге от RFR Engineers, Париж

Вот несколько знаковых проектов, выполненных за ряд последних лет:

Главный железнодорожный вокзал в Страсбурге, Франция (рис. 5)
Когда форма зимнего сада выбирается в виде сектора пончика или тора, как поступила группа RFR из Парижа, то следует убедиться в возможности технологии для воплощения этого решения. В этом проекте вырезанное в охлажденном состоянии стекло было согнуто перед процедурой ламинирования.

Рис. 6. Атриум в Westfield Mall, Лондон, группа Ian Ritchie Architects

Волнистые остекленные крыши (рис. 6)
Волнообразные крыши все чаще и чаще используются для перекрытия больших пространств, как в торговом центре Westfield Shopping Mall в пригороде London. Концепция дизайна состояла в том, что крыша напоминает «поверхность воды, куда брошен камень», т.е. «замороженные» концентрические волны разной высоты, расходящиеся из центра. Чтобы реализовать такую геометрическую форму для крыши, сначала было разработано оригинальное решение в виде мембраны, но заказчики решили, что преимущества стекла перевешивают его высокую стоимость. Все 13000 м² крыши с двойной кривизной были сделаны из совершенно разных треугольных остекленных элементов и зонтичных опор. Они были соединены вместе подобно деталям детского конструктора, для чего применили CAD-CAM плюс специальное логистическое ПО.

Рис. 7. Казино Echelon Resorts (группа Ian Ritchie Architects)

Двугорбые колпаки для дневного света (рис. 7)
Даже обычному дневному освещению сейчас придают причудливо настроенную форму. Проектанты казино в Лас-Вегасе направили большую часть освещения, падающего вниз в течение дня через прозрачную крышу, именно на центральную область открытого пространства, где размещен парк для прогулок. Причем наблюдателю, находящемуся внутри здания, но за пределами парка, виден только мягко рассеянный свет. Здесь сложный компьютерный анализ помог рассчитать каждый элемент из множества облегченных стальных штампованных несущих стержней.

Рис. 8. Отель Wagram, Париж, Франция
ателье Christian de Portzamparc

Волнистые фасады (рис. 8)
Французский архитектор Кристиан Портзампарк (Portzamparc) сконструировал отель с волнистыми фасадами из изолирующих стеклопакетов (ИСП) — пренебрегая общепринятыми требованиями к звуко- и теплоизоляции.

Рис. 9. Американский Институт мира (United States Institute of Peace),
Вашингтон,округ Колумбия. Группа Moshe Safdie Architects

Остекление в виде «крыльев» (рис. 9)
В проекте Моше Сафди (Moshe Safdie) для Института мира в США (U.S. institute of Peace)задумали и воплотили крышу со свободной формой, которая напоминает голубя своими изогнутыми свисающими прозрачными поверхностями атриума в виде «крыльев» над «гнездом». Вызов состоял в уравновешивании всей конструкции и способности ее противостоять ветрам и даже взрывной волне при бомбежке, которая воздействует на все элементы остекления — от стеклопакетов до крепежа и опорных элементов.

Рис. 10. Канадский Музей Прав Человека
(Canadian Museum of Human Rights),
Виннипег, Канада, группа Antoine Predock Architect

Фасад «снежный вихрь» (рис. 10)
Предложение для канадского музея Прав Человека в Виннипеге от Антуана Предокка (Antoine Predock) имитирует снег и лед, туман и скалы в горах Среднего Запада Канады, и в то же время обеспечивает исключительную термоизоляцию, что осуществляется применением изолирующих стеклопакетов с двойным, а кое-где — с тройным остеклением.

СТЕКЛОПАКЕТЫ

С тех пор, как сэр Элэстэр Пилкингтон (Sir Alastair Pilkington) изобрел в 1950 г. флоат-процесс, началась революция в производстве листового стекла, и она продолжается.
Плохая новость: экономика идет вниз. Хорошая новость: экономика идет вниз.
Я верю (и подтверждения этому я уже слышал в среде промышленников), что нынешний экономический обвал породит новый всплеск инноваций. В последние пару лет производители стекла были очень заняты выполнением обязательств по целому потоку текущих заказов. Это привело к замедлению работ в научно- исследовательских департаментах корпораций, и их людской ресурс применялся где-либо и повсюду. Сейчас, когда несколько поостыли руки от рутины, и необходимость не отставать от времени подстегнула потребность в инновациях, и в течение ряда следующих лет мы сможем увидеть внедренное новое применение стекла.
Здесь приводится лишь несколько трендов из ряда новейших тенденций в архитектурном остеклении, опирающихся на инновации:

  

Покрытия
Тепло- и солнцезащитные

Покрытия на стекле — это очень и очень тонкослойное зеркало. Настолько тонкое, что оно не может полностью отразить весь падающий на него свет и позволяет свету проникать и сохранять возможность видеть через стекло.
Первоначальные золотые и зеркальные покрытия конца 60-х и 70-х годов прошлого века были заменены (по настоянию архитекторов) в 80-х тонко­слойными мягкими покрытиями из серебра толщиной всего в одну молекулу, чтобы пропускать как можно больше видимого света, но отражать как можно больше невидимого света (несущего тепловую энергию). Последние типы покрытий, поступившие на рынок, явились результатом рафинирования молекул и одновременного улучшения процедур контроля качества таким образом, чтобы достичь наилучших показателей теплоизолирующих параметров для рядовых стеклопанелей. Цель этого — блокировать поступление как можно большего количества тепловой энергии от Солнца, но пропустить внутрь как можно больше дневного света именно видимого, а не теплового диапазона излучения.
Развитие технологии твердых покрытий увеличило возможности применения стекла в строительстве — покрытие может быть на поверхности номер 2, тогда как наружу размещено ламинированное стекло. Такое сочетание увеличивает преимущества применения стекла за счет улучшения общих показателей.

Фритты и подложки

Последний хит, перевернувший рынок на смене веков, хотя это не настолько уж и ново — развитие технологии нанесения керамической фритты и (возможно, это придет ей на смену) технологии струйной печати особыми чернилами, которые напыляют керамическую глазурь на лист стекла в виде микроточек, присущих традиционному процессу шелкотрафаретной печати.
Другое достижение из самых последних — развитие технологии нанесения экстратвердой и необычайно стойкой фритты на поверхность №1 — наружная поверхность подвержена воздействию погоды и периодической химико-механической чистке. Вот почему Эккельт (Eckelt) из Австрии вывел на рынок такую технологию, когда изображение более видимо именно снаружи фасада. Эта технология таит неисчерпаемые творческие возможности, если ее сочетать с технологиями полупроводников — солнечные элементы, светодиоды, жидкие кристаллы и прочее.

  

Изолирующие стеклопакеты (ИСП)

Газонаполненные пакеты

Требование повышать и далее теплоизолирующие характеристики ИСП выполнимо только повышением использования заполнения инертным газом полостей ИСП. Среди проектировщиков наблюдается целое движение по указыванию в спецификациях газонаполнения именно криптоном с целью повысить теплоизоляцию (несмотря на то, что это дорого) взамен более доступного газонаполнения аргоном. Есть целый ряд проектов, в которых вынужденно применялся аргон в связи с тем, что производство и поставка ИСП с криптоном не соответствует нынешнему спросу на него. Производителям стоило бы задуматься над расширением ИСП, наполненных именно криптоном, чтобы удовлетворить возрастающий спрос.

Двух- или трех- (?) камерное остекление

Все эти нынешние разговоры о «зеленой архитектуре» и об ужесточении норм энергосбережения означают только то, что использование остекления с тремя или четырьмя листами стекла в пакете становится все более и более актуальным. Первым из крупных проектов, в которых было применено двухкамерное высотное остекление, был проект Highlight Towers в Мюнхене, завершенный в 2005 г., продемонстрировавший, что стоит вкладывать средства в новые производственные линии, примерно столько же, сколько в 1960-х годах было вложено в создание оборудования для однокамерных стеклопакетов. Ожидается, что как только появятся линии для выпуска двухкамерных стеклопакетов, которые можно будет считать отраслевым стандартом, то стоимость двухкамерных стеклопакетов снизится настолько, что они буду стоить примерно столько же, как и нынешние однокамерные ИСП.
Величина теплоизоляции таких пакетов по сравнению со стандартной стеной из пустотелого кирпича зависит от самого стекла, от свойств покрытия отдельных листов и других инноваций. Это иногда приводит к такому феномену в некоторых офисных зданиях, что зимой стекло обмерзает снаружи, подобно ветровому стеклу автомобиля, и невозможно ничего увидеть через такое стекло, пока первые лучи солнца не попадут на окно.
Следующий шаг — это, конечно, применение трехкамерных стеклопакетов с напылением, и такие проекты уже реализованы — определенная альтернатива традиционным непрозрачным теплоизолирующим стенам.

  

Дистанция по кромке

Проводятся исследования, чтобы дистанционная рамка по кромке ИСП была бы лучше с точки зрения теплоизоляции. В 1950-х и 60-х годах, когда были созданы ИСП в практически их современном виде, были исследованы все виды материалов для изготовления дистанционной рамки, включая дерево, и победил алюминий вследствие низкой цены и легкости формообразования. Сейчас его теплопроводность признана нежелательной настолько, что промышленность опять вернулась к ревизии тех ранних материалов в поиске наилучших теплоизолирующих характеристик. Последние разработки вернули в качестве дистанционных проставок сталь, даже с гальванопокрытиями или окрашенную, или вообще нержавеющую (нержавейка — плохой проводник тепла), но исследования также привели к использованию новых материалов, таких как полимеры и вспененный силикон, что и вышло на рынок.
Некоторые из этих «новых-старых» материалов имеют преимущество перед традиционными спейсерами — например, силиконовая пена мягкая и, в отличие от металлической проставки, позволяет стеклу «отыграть» назад, несколько прогнуться и деформироваться под воздействием кратковременной высокой нагрузки — например, при порывах ветра. Она несколько улучшает звукоизолирующие свойства окна по сравнению с металлическим спейсером, плюс ее легче изогнуть для изготовления рамки пакета с криволинейной кромкой.

  

Ламинированное стекло

Несущие прослойки

Возможно, одним из самых существенно новых изделий, появившихся в индустрии остекления, стал поликарбонатный промежуточный слой в ламинированном стекле. Высокопрочный поликарбонат — несравнимый с листами акрила — был разработан в 1960-х годах, в частности, фирмой GE Plastics, но он использовался в качестве прозрачного листового материала взамен стекла — более легкий и более ударостойкий, чем стекло, листы прозрачного пластика были не настолько стойки к царапинам, со временем такой пластик желтел. Они не были огнестойкими по сравнению со стеклом.
В 1990-х концерн DuPont разработал поликарбонатные листы (названные Sentry Glass Plus или сокращенно SGP), которые намертво скреплялись со стеклом, тем самым распределяя давление между листами стекла в сэндвич-конструкции ламинированного пакета, и многие производители стекла и подрядчики ухватились за эту находку благодаря ее высоким несущим свойствам. Это революционизировало процесс использования стеклянных панелей, стеклянных брусов, самонесущих стеклофасадов и стеклянных светопропускающих элементов, вплоть до стеклянных скамеек, мостов и мостиков и даже цельностеклянных зданий. Новинка реализовала изготовление изолирующих стеклопакетов с крепежной арматурой, интегрированной между листами стекла, делая ее невидимой — и это воплотилось во множестве самонесущих фасадов с достижимой вертикальной высотой стеклопанелей свыше 6, 8 и вплоть до 10 или даже 12 метров.

Рис. 11. Здание IAC от Frank Gehry Architects в Сити Нью-Йорка
остеклено холодногнутыми ИСП

Запечатанные прослойки

Струйная цифровая печать на прослойке в ламинированном стекле дала возможность запечатывать поверхности очень большого размера при очень высокой детализации изображения – разрешение 1 мм было преодолено с появлением нового оборудования, специально приспособленного к печати на стекле. Вдобавок, количество цветов, наносимых на прослойку, сейчас практически неограниченно. За последние 5–10 лет качество печати на прослойке в ламинированном стекле настолько выросло, что это теперь представляет собой для архитекторов и проектировщиков существенную и видимую альтернативу традиционному способу шелкотрафаретной печати керамической фритты при создании дизайна зданий.

Встроенная подсветка

Светодиоды внедрились в прослойку у ламинированного стекла — в большей мере в виде сигнальных элементов со спецэффектами и цифровой графикой. Цена остается пока достаточно высокой и удерживается на отметке около €1000 на 1 м². Пока максимальный производимый размер несколько ограничен, но потенциал технологии, очевидно, высок и, конечно, будет еще дальше прирастать.

«Переключаемые» матово/прозрачные панели

Несколько устаревшая технология предполагала наличие жидкокристаллической прослойки, которая могла становиться прозрачной или матовой при включении или выключении электричества — ее распространение прекратилось в связи с ее дороговизной и относительно малых форматов изделий. Технологии из ряда последних стали значительно мощнее благодаря реализации нескольких проектов очень высокого класса. Новые разработки позволяют достичь размера панелей около 1200 × 3000 мм и цены, которая снижается с ростом качества изделий.
Следует помнить, однако, что первые сотовые телефоны появились в середине 70-х, но факторы технологии и экономики совпали только к середине 90-х — это как раз пример изделия, на которое уже есть спрос, но технология и экономика пока не соответствуют друг другу — я хочу сказать, «ждите и воздастся вам».

Технологии интерактивных фасадов

Это было следующим логическим шагом в интеграции электросхем в стеклопакет, и эта технология пока еще слишком молода, а возможности ее — огромны. Если тенденции продлятся еще десятилетие или два, то стеклопакеты, так же как и ламинированные стекла, будут оснащены встроенными электронными схемами, чтобы выполнять различные действия — солнцезащиту и затенение, генерацию электроэнергии, обеспечивать многоточечное сменяемое освещение (подобно тому, что происходит на экране телевизора), выполнять интерактивные действия, такие как, например, открытие/закрытие стеклянных дверей, которые представляют собой сенсорную панель, обеспечивающую биометрический контроль доступа в составе системы безопасности.
Электронные управляющие схемы, интегрированные в стекло, снизят энергопотребление, во многом подобно тому, как электронная система впрыска изменила расходные характеристики двигателя внутреннего сгорания.
Это все пока что, хотя инженеры по обработке и применению стекла продолжают мечтать.

  

Изогнутое стекло

Новейшая процедура по изгибанию стекла предполагает т.н. «холодное формование» стекла в противоположность его нагреву и использованию силы тяжести, чтобы стекло провисло по шаблону перед охлаждением.
При холодном деформировании стекла характеристики ограничиваются гибкостью стеклянной панели (обычно отожженной) — к панели прикладывается сила, чтобы придать изогнутую форму, и это может быть простой лист, ламинированный пакет или даже ИСП. Максимальная величина изгиба меньше, чем достижимая при горячем формовании — предел определяется максимальным напряжением на каждом отдельном участке, и он может быть даже меньше максимально ожидаемой нагрузки от ветра, снега и т.д. Один из самых известных проектов с использованием гнутых ИСП — здание IAC, спроектированное группой архитекторов Frank Gehry Architects в Нью-Йорк Сити, где фасад извивается, имитируя паруса, облака или какие-то пухо-перовые изделия, все, что приходит на ум.

Рис. 12. Арт-объекты. Художественное стекло из Сиэтла

Вариация метода холодного гнутья — гнутье в холодном состоянии сразу двух стеклянных панелей, чтобы потом соединить их прослойкой в один изогнутый ламинированный пакет. При расширении пределов главного вокзала Страсбурга, который входит в состав новейшей французской скоростной линии TGV, навесу была придана форма большого зимнего сада с частью стен в виде тороидального «бублика», изготовленного из холодногнутых листов стекла, уложенных на филигранную стальную конструкцию.
Последние примеры использования холодногнутого остекления дали парадоксальные результаты, которые показали, что за счет увеличения кривизны можно снизить затраты и повысить несущую способность остекления, при этом снизив риск спонтанного обрушения до приемлемого уровня.

  

Химическая закалка

Старые процессы, которые относительно новы для рынка химически закаленного стекла.
При тепловой закалке стекла панель подвергается шоковому охлаждению так, что наружные слои сжимаются быстрее, чем внутренние, и внутренние слои оказываются сжатыми, чем упрочняется панель. В химически закаленном стекле панель замачивается в ванне с ионами калия, где ионы натрия заменяются на более крупные ионы калия в поверхностном слое для создания похожего баланса напряжения/сжатия, но, наоборот, с внутренними растянутыми слоями и сжатыми наружными. Химически закаленное стекло привлекает сейчас все большее внимание в архитектурных приложениях вследствие меньших допусков, меньших ограничений по толщине, размерам и форме, особенно для изогнутого и/или ламинированного стекла, например, для изогнутых ограждений и перил.
При химической закалке отсутствует такая проблема, как спонтанное разрушение, и такое стекло, фактически, обычно прочнее, чем термически закаленное той же толщины. Химически закаленные стекла можно резать и сверлить после закалки, хотя в зоне механической обработки их прочность несколько ниже.

  

Фрезерование и гравировка стекла

Самые последние достижения технологии автоматического проектирования и производства были просто внедрены в обрабатывающие CAD-CAM-центры для стекла. Это позволило применять резание и фрезерование для деталей большего размера и толщины, и это стало существенно дешевле.
Типичная для здания Apple Flagship Stores механическая обработка состояла в отделке кромок деталей из четырехслойного ламинированного флоат-стекла т олщиной 50 мм, причем его кромка полировалась до восьми раз до кристально-чистой поверхности.

Рис. 13. а) Стеклянный мостик.
б) Стеклянное перекрытие поверх стеклянной фермы.
в) Безопорное самонесущее стеклянное арочное перекрытие.
Рис. 14. Стеклянная скамейка из г. Зиль, Германия

ХУДОЖЕСТВЕННОЕ СТЕКЛО

Город Сиэтл, штат Вашингтон, считается мировым центром стеклодувной отрасли и центром художественного стекла — вторым после Венецианского острова Мурано. Здесь производители стекла разрабатывают новые сорта художественного стекла для всевозможного применения. К сожалению, широкое применение художественного стекла в зданиях еще не пришло, поскольку цена изделий остается по-прежнему выше, чем та, которую готов платить рынок.

Рис. 15. Стеклянные обогреватели для ванной и кухни («Архитектор 2009»)

ИННОВАЦИОННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

  

Стеклянные мосты

С появлением поликарбонатных прослоек около 10 лет назад использование стекла в качестве несущих элементов выросло экспоненциально, и, более того, оно стало несущим элементом во всевозможных стеклянных мостах и лестничных пролетах при увеличении их размеров, но снижении веса самого стекла. Стеклянные мосты с поликарбонатной прослойкой даже при полном разрушении стекла способны нести нагрузку и не обрушаться, напоминая при этом веревочный мост.

  

Стеклянные скамейки

У меня есть несколько примеров применения несущих конструкций из стекла для выполнения простого акта сидения — используя несколько стеклоблоков, сложенных подобно кладке, например, как в Kaindl Art Cast Glass в Сиэтле, штат Вашингтон, в сквере на улице Manhattan, или скамейка- противовес из г. Зиль в Германии со стальной пятой и вертикально нарезанными дольками стекла, соединенными вместе подобно слоям в сэндвиче туго затянутыми стальными стержнями — используя свойство стекла переносить особо высокую нагрузку на сжатие.

  

Стеклянные радиаторы

Фирма Saint-Gobain разработала панели из ламинированного стекла (окрашенного или белого) с прозрачной токопроводящей прослойкой, которая излучает тепло и может быть использована в качестве радиатора для обогрева в любом месте, где можно использовать панель из стекла. Одна из лучших идей — полотенцесушилка в ванной. Если стеклянный радиатор к тому же покрыть слоем серебра, то оно может использоваться в качестве зеркала — которое не только не запотевает, но и обогревает все помещение ванной. Имея толику фантазии, можно придумать еще массу способов применить подобный нагревающий элемент, и не только для ванной комнаты.

СТЕКЛЯННЫЕ ОПОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

  

Профили из алюминия

Производство алюминиевых экструдированных профилей для использования в качестве опорных и силовых элементов достаточно распространено из-за того, что стоимость нарезки нужных элементов из несущих профилей разного сечения невысока, что позволяет придавать фасадам различную, порой затейливую форму, оставаясь при этом доступными по цене.

  

Сетчатые оболочечные конструкции

Технологии автоматизированного проектирования CAD и автоматизированного производства CAD-CAM сделали более нерегулярные формы зданий технически (при более высоких допусках) и экономически (вследствие легкости черчения и изготовления) возможными. Это открыло использование такой геометрии структуры, которая полностью или частично является самонесущей наподобие того, как оболочечная структура держится вкупе и остается сжатой благодаря ее пространственной геометрии.

Рис. 16. Milano Trade Fair Center от группы
Massimiliano e Doriana Fuksas Architects, 2002–2005 гг.

Очень необычно и привлекательно выглядит здание торгового центра в Милане (Milano Trade Fair, 2005 г.), спроектированное группой Massimiliano e Doriana Fuksas Architects и снабженный оболочкой волнистой крыши из треугольных остекленных сегментов, соединенных в единую сетчатую структуру. Нет ни одного одинакового треугольника и ни одного одинакового куска стекла — это стало возможным благодаря сквозному применению компьютеров от стадии проектирования до производства и вплоть до поставки по специальным программам логистики. Это открывает полностью новое поле архитектурных возможностей, и уже сейчас множество пространственных проектов находятся в работе.

  

Точечные опоры

Традиционно точечные опоры для остекления были подобны тем, что и использовались для других материалов — сверленое отверстие и пропущенный через него болт. Но со стеклом нужно быть очень осторожным, чтобы не допустить перегрузку материала, хотя он выносит очень высокую нагрузку на сжатие — хитрость состоит в понимании нижнего предела максимально допустимой нагрузки — но проектировщики и промышленники хорошо это усвоили, и число точек поддержки уменьшается, а размеры применяемых стеклопанелей растут, как и число проектов, где это используется.

  

Клееные опоры

Новый вид клееных опорных элементов завоевывает рынок — те, которые избежали присущей другим способам концептуальной проблемы при сверлении отверстий в стекле, существенно повреждающим кромку, и образованию отверстий, чтобы затем приложить к стеклу максимальную нагрузку через болт. Когда соединение клееное, то нет отверстия, соответственно, и размеры клееного элемента можно подобрать в соответствии с вычисленной нагрузкой, распределить сами напряжения, а элементы расположить в соответствии с эпюрой нагружения.
Фактически, если даже нагрузка линейна, соединения представляют собой не ряд соединительных точек, а скорее линию соединения, снижающую, например, размеры соединительных пластин на стеклянных панелях более чем на половину, делая соединительные узлы визуально меньше и элегантнее.
Клееные соединения получили свое развитие благодаря новым адгезивным материалам, долгое время подвергавшимся испытаниям со стороны производителей фасадов и заказчиков. У них есть слабое место — возможность разрушения клееного соединения со временем, и влага — самый главный враг. Но хорошо спроектированное клееное соединение, однако, не имеет недостатков по сравнению с классическим точечным соединением.

ФОРМАТЫ СТЕКЛА

Рыночный спрос формирует применение фасадных элементов еще более крупных, панорамных размеров, что, соответственно, побуждает промышленность устанавливать оборудование для обработки крупногабаритного стекла.

  

Размеры панелей

Максимальная ширина около 3,1 до 3,2 м вследствие стандартов для флоат-оборудования, видимо, останется, но длина одного отреза стекла достигает уже 12 м (такой размер еще может поместиться в морской контейнер), и это явление приобретает общий характер. Однако этот максимальный размер существенно изменяется в связи с технологическими особенностями изготовления, скажем, ламинированного стекла с поликарбонатной прослойкой путем накладки одного листа стекла на другой.
Таким путем можно получить длину ламинированной панели до 15 м. Ширина 3,2 м — пока непреодолимый параметр, поскольку это диктуется диаметром автоклава для ламинирования, но ожидается, что вскоре это перестанет быть ограничением, соответствующие технологии и «ноу-хау» уже существуют. Разработки у производителей по выпуску таких больших панелей из стекла своевременны, и они продолжаются, несмотря на кризис.

  

Толщина стеклопакетов

Благодаря улучшениям существующих технологических и производственных процессов, ламинированное стекло можно делать значительно толще обычного. Предел сегодня — 12 пластин, соединенных в один ламинированный пакет толщиной 100–150 мм — этот размер определяется размерами автоклава и степенью бесшабашности производителя. Усилия по расширению технологических границ всегда сопровождаются безмерным стеклобоем — обычной ценой за прогресс в отрасли остекления.

Рис 17. Клееное соединение взамен болтового

БРОНИРОВАННОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ

С нашествием террористов с их взрывами бомб, что часто случается именно в застекленных фойе важных гражданских и частных зданий, спрос на бронированное остекление существенно вырос. Одним из наиболее значимых в этом смысле проектов был выполнен в 2006 г. группой Skidmore Owings and Merrill LLP для World Trade Center 7 при экспертизе Джеймса Карпентера (James Carpenter) в виде сетчатой структуры.
Ламинированное стекло с прослойкой из поливинилбутирала или из поликарбоната (в зависимости от взрывной нагрузки) обеспечивает необходимую защиту от проникновения осколков в т.ч. от самого стекла благодаря своим уникальным характеристикам жесткости при воздействии взрывной нагрузки длительностью в миллисекунды, а также конструкционное силиконовое со­единение удерживает стекло от обрушения. Конструкционный силикон также обеспечивает необходимость крепиться к обычной алюминиевой или стальной ферменной фасадной конструкции путем точечного или строчного крепления стекла.
Ряд реализуемых сейчас проектов с большой площадью остекления:

• Центр Мировой торговли PATH Station и недалеко от станции метро Fulton Street в Нью-Йорк Сити.
• Американский институт мира в Вашингтоне, округ Колумбия.

ПРОТИВОУРАГАННОЕ ОСТЕКЛЕНИЕ

Вместе с противовзрывным появилось и противоураганное остекление, которое пользуется особым спросом на Юго-востоке США, где в Карибском море за последние пять лет были генерированы самые разрушительные ураганы. Новый строительный кодекс Флориды по остеклению, стойкому к ураганам, стал своеобразным отраслевым стандартом в этом вопросе. Согласно его требованиям, остекление должно выдерживать удар деревянной колодки размером 2×4 дюйма, выпущенной из пневматической пушки, и противостоять восьмикратным циклическим ветровым нагрузкам.
Собственники зданий тоже не против установить такое остекление в своих домах ввиду ценностей, находящихся в них — дорогих компьютерных систем или произведений искусства, стоящих миллионы. Это повышает требования не только к прочности самого стекла, но и всей несущей ферменной конструкции, несмотря на затраты.
Сочетание ламинированного стекла с прослойкой из поликарбоната и точечного или строчного его крепления конструкционным силиконом к подходящей стальной ферменной конструкции позволяет уложиться в широкий диапазон требований разных заказчиков и по размерам, и по стоимости и эстетике.

ГЛЯДЯ ИЗ ЗАЗЕРКАЛЬЯ

Итак, каковы же основные тенденции для архитектурного остекления сегодня?
Ответ неоднозначный, но он находится на пересечении нескольких главных направлений:

• новая более прозрачная архитектура вместе с более сложной геометрией;
• новое использование стекла, в частности, в качестве конструкционного элемента;
• запрос (и необходимость) создавать более эффективные оболочки зданий;
• новые технологические направления при производстве, например, для генерации энергии оболочкой здания (солнечные ячейки и прочее).

Надеюсь, здесь был приведен достаточно широкий и исчерпывающий обзор направлений, которые определяют современные тенденции — но опыт подсказывает нам, что стекло трудно предсказуемо, и кто знает, каким образом мы будем его использовать в будущем — но сама перспектива захватывает.

---

Чарльз У. Бостик (Charles W. Bostick),
архитектор-консультант.
По материалам доклада на Glass Performance Days 2009,
Тампере, Финляндия, июнь 2009 г.