Архитектура и научно-технический прогресс в производстве строительного стекла

Архитектура и научно-технический прогресс в производстве строительного стекла

Научно-технический прогресс в технологии производства, переработки и упрочнения крупногабаритного листового стекла стал основой современной архитектуры развитых стран, где стекло уже многие годы эффективно используется как новый уникальный конструкционный материал при проектировании крупных архитектурных сооружений (рис. 1).

В работе, посвященной совершенствованию архитектурного дизайна на основе применения новых видов строительного стекла с различными декоративными и функциональными свойствами, подчеркивается, что в современной архитектуре связь между экспериментальными исследованиями, техническими разработками и физическим внедрением проектов стала более тесной. Она практически превратилась в основу развития архитектуры и технологии стекла. Показано, что, несмотря на совершенство компьютерного моделирования, реальный эффект комбинации материалов и новых технических решений как по художественным критериям, декоративным свойствам, так и по эксплуатационным параметрам может быть понят в полной мере только на основе полномасштабных опытов.


Рис. 1. Стеклянный фасад и покрытие главного железнодорожного вокзала в Берлине. Виды изнутри (а) и снаружи (б).

Эта закономерность показана на примере оригинальных архитектурных идей и технических решений ряда крупных сооружений, где удачно используется сочетание игры света, цветовые эффекты и новые функциональные возможности перспективных стекол и конструкций строительного фасадного остекления. Для сокращения сроков и стоимости работ в качестве натурной модели после тщательной компьютерной проработки и макетирования используется реальный объект. В этом случае ответственность архитектора, ученых и проектировщиков резко возрастает, что требует их эффективного взаимодействия.

В работе анализируются новые важные направления в развитии современной архитектуры «свободных форм» (freeform design) на основе новейшей методологии дизайна строительных стеклянных объектов со сложными нетрадиционными формами.

Одним из удачных решений было создание сложных по форме архитектурных сооружений из стекла путем наложения на несущие криволинейные конструкции обычных плоских стеклянных панелей с угловым и линейным смещением. При этом просто решались задачи механического взаимодействия панелей между собой, уменьшалось влияние неточностей планирования формы и размеров панелей на качество сборки и работоспособность светопрозрачных конструкций.

Другой подход, используемый в архитектуре «свободных форм», основан на применении квадратных и треугольных стеклянных панелей. Он был успешно реализован с использованием вначале плоских, а затем и гнутых стеклянных элементов при строительстве выставочных павильонов и аэровокзалов.

После многих лет разработки методов и технологий free-form проектирования прозрачных покрытий из листового стекла с фацетными поверхностями, характерными для плоских панелей, открыты новые возможности создания крупногабаритных стеклянных сооружений, павильонов с гладкими плавными формами на базе криволинейных панелей новых типов. Эти направления были развиты благодаря эффективному привлечению к решению сложных технических задач ученых и инженеров в области прочности и технологии производства строительных конструкций из стекла.

В качестве примера удачной реализации этого подхода приведен опыт проектирования и строительства павильона станции метро St. Lazare в Париже и станции вокзала скоростной железной дороги TGV в Авиньоне (рис. 2), который позднее привел к созданию уникального стеклянного павильона станции TGV в Страсбурге. Этот проект, по мнению автора, является первым, отражающим новое направление, реализованное в виде гладкого строительного стеклянного покрытия двойной кривизны. При этом используются специальные композитные панели, изогнутые в одном направлении с применением новой cold bend технологии изготовления холодногнутых ламинированных панелей из листового стекла, упрочненного термической обработкой.


Рис. 2. Результат применения технологии Cold bent glass в проекте TGV станции в Авиньоне

Рассмотрены варианты использования этой техники архитектурного дизайна для создания крупногабаритных стеклянных сооружений сложных форм, отражающих фантазии современных архитекторов и конструкторов. Данные светопрозрачные конструкции не базируются на примитивных круглых формах и формируются с использованием гибридных технологий, предусматривающих применение холодногнутых стеклянных панелей из термически упрочненного стекла (heat-strengthened glass) с повышенным сопротивлением при изгибе и термических нагрузках и с достаточно крупными фрагментами стекла в случае разрушения. Это повышает прочность композитных слоистых панелей на закритической стадии деформирования, обеспечивает им необходимое сопротивление обрушению и безопасность сооружения в целом на время, необходимое для проведения ремонтных работ по замене панелей в случае их выхода из строя в результате проявления статической усталости, разрушения упрочненного стекла в области NiS включений или актов вандализма.

Разработан метод гибкого автоматизированного компьютерного проектирования систем базовых панелей цилиндрической формы, который предусматривает оптимальную дискретизацию любой гладкой поверхности кровли двойной кривизны на соответствующие типовые элементы и дает возможность формировать прозрачные стеклянные покрытия для сооружений любой формы и размеров. Конструкция собирается в этих случаях из разных типоразмеров криволинейных панелей. При этом могут быть использованы и традиционные молированные стеклоэлементы, и холодногнутые детали с начальными монтажными напряжениями в пределах допускаемых напряжений, выбранных в соответствии с техническим уровнем и качеством обработки стекла на конкретном промышленном производстве.

Показано, что технической основой этих архитектурных проектов является стандартизация базовых стеклянных элементов, оптимизация технологии их производства, а также способов их использования в объектах с покрытиями сложной формы, исходя из требований по прочности стекла и стеклянной конструкции в целом. При этом используются соответствующие «стандартные» способы соединения панелей с металлическими несущими конструкциями и отработанные надежные конструкции узлов соединений.

Указанные новации прослежены на примере структуры стеклянного фасада музея De la Dentelle et de la Mode в Калаисе (2009г.). Здесь применены нестандартизованные стеклянные панели. Они правильно спланированы по форме и размерам с учетом экономической целесообразности. Системы крепления, включающие вырезанные лазером стальные пластины, унифицированы.