ИНЖЕНЕРНАЯ ПРОЗРАЧНОСТЬ: ЦЕЛЬНОСТЕКЛЯННЫЕ СООРУЖЕНИЯ ПО НАУКЕ. Ч. 2

Стеклянные "связи": переходы и мосты

Среди рассмотренных зданий со стеклянными ограждениями и стеклянными конструктивными элементами в соединениях между зданиями имеются различные конструктивные решения. Эта группа создает стеклянные конструкции для обеспечения коммуникационных связей между двумя идентичными или разными функциональными зонами. Такое дизайнерское решение часто направлено на улучшение существующего функционального решения. Соединения могут быть расположены на первом или более высоких этажах.

Эти элементы чаще всего характеризуются линейной формой и организацией, что является самым удобным в плане коммуникаций.

Линейная планировка видна в замке Гримма 13 века. Исторический замковый комплекс был отреставрирован, реконструирован и введен в эксплуатацию в 2013 году. Замок Гримма стал резиденцией суда и прокуратуры. В рамках преобразования функционального назначения были добавлены три новые стеклянные конструкции. Они включали в себя стеклянный коридор вдоль стены, соединяющий замок с руинами башни и входными комнатами. Длина звена составляла почти 25 м, а его конструкция состояла из стеклянных рам шириной 2,5 м, расположенных через каждые 1,5 м. Звено, считавшееся нейтральным, было проложено вдоль северной стены замка.

Пешеходные мосты со стеклянным ограждением представляют собой особый пример решений стеклянных связей.

В зависимости от расстояния между соединяемыми зданиями применяются различные несущие конструкции, обычно выполненные из стали.

При коротких пролетах стеклянные конструкции могут использоваться как несущие конструкции и опоры, что, несомненно, подчеркивает цельностеклянный элемент и его сугубую воздушность. Однако при больших пролетах таких пешеходных мостов стеклянные конструкции используются только в качестве ограждающих элементов. Одним из таких примеров является пешеходный мост в универмаге Джона Льюиса в Лестере.

Здание было спроектировано как неотъемлемая часть всего комплекса. Оно соединяет здание торгового центра с многоэтажной автостоянкой над шести полосной объездной дорогой Воган-Вэй. Расстояние между соединенными зданиями составляет 36 м, ширина пешеходного моста в середине его пролета - около 4 м.

Другой вопрос касается целостности всего комплекса с точки зрения эстетических решений. Поэтому было решено, что связь между парковкой и зданием торгового центра, чей характерный стеклянный фасад был украшен декоративным орнаментом, будет реализована с помощью стеклянного корпуса. Из-за значительного расстояния между соединенными зданиями было необходимо спроектировать конструкцию пешеходного моста таким образом, чтобы избежать промежуточной опоры. Чтобы исключить установку дополнительных опор на объездной дороге Воган-Уэй и одновременно уменьшить пролет пешеходного моста, была спроектирована консольная ферма для крепления к железобетонному каркасу здания торгового центра. Ферменная конструкция в форме воронки была встроена в корпус здания. Это решение позволило обеспечить плавное соединение пешеходного моста и торгового центра с точки зрения функциональности. Эффект от примененного решения также виден на фасаде универмага John Lewis.

С другой стороны, пешеходный мост был спроектирован с удлиненным пирсом, внутренняя часть которого выходит за пределы автостоянки. Снаружи его окончание соответствует стеклянным фасадам автостоянки. Самонесущая стеклянная конструкция корпуса пешеходного моста состоит из стеклянных балок, которые передают нагрузку на стены его корпуса; конструкция взаимодействует со стальными перилами, установленными в конструкции пешеходного моста. В целом, вся стеклянная часть комплекса выглядит элегантно и легко.

Типы и формы цельностеклянных конструкций

Стеклянные павильоны, пристройки и переходы могут быть выполнены в различных геометрических формах. При их проектировании часто используются привычные, можно сказать, архетипические архитектурные формы. Одним из примеров является всем известный входной павильон Лувра, спроектированный Иео Минг Пей.

Форма стеклянной пирамиды напрямую отсылает к египетским пирамидам. Твердое тело - одно из пяти платоновских тел, описанных Платоном как “прекрасные формы”, поскольку они основаны на принципах логики и математики. Форму сферы можно рассматривать как еще одну архетипическую форму. Сфера относится к основным телам, но ее геометрическая специфика обычно не используется в архитектуре. Однако трудно не вспомнить купола, предусмотренные в проектах Бакминстера Фуллера, которые до сих пор служат источником вдохновения для последующих проектов стеклянных конструкций.

Однако в случае цельностеклянных объектов область применения форм значительно сужается. Доминирующей является форма куба или прямоугольной формы, прямоугольно угольной формы, что является результатом архитектурной специфики этих объектов, включая контекст развития здания или его функции. Исходя из упомянутой триады "функция-конструкция-форма" можно понять, что наряду с рассмотренной функцией конструкция и способы соединения планарного остекления напрямую определяют геометрическую форму, то есть, внешний вид цельностеклянного объекта.

Как правило, наиболее распространены следующие формы:

- кубы;

- кубоиды;

- цилиндры;

- изделия произвольной формы.

Кубы

Стоит подчеркнуть, что, например, Ле Корбюзье считал куб, конус, сферу и пирамиду самыми красивыми телами, с помощью которых можно формировать архитектуру. В сочетании с прозрачным материалом, одна из вышеупомянутых форм – куб, позволяет создавать объекты, отличающиеся чистотой формы и хорошо различимые в пространстве. Размеры куба имеют большое значение для получения прозрачной формы. В зависимости от размеров корпуса, плоскости граней разделяются с учетом современных технологических возможностей стеклянного материала. Размеры куба также определяют конструктивные решения, применяемые к этим объектам. В случае с кубами чаще всего применяются системы ростверков.

Конструктивные возможности стекла ограничивают масштаб этих объектов. Тем не менее, они оказываются весьма важными для создания значимого пространственного оформления. Мемориал "Стеклянный куб" в Мангейме можно рассматривать как пример такого подхода. Объект был установлен в общественном месте как монументальная скульптура в память о жителях еврейского происхождения, убитых во время Второй мировой войны. Наклонный куб размером 3 × 3 × 3 м был спроектирован Йохеном Китцбилером. Масштаб объекта позволил сконструировать его без дополнительных делений на стеклянных стенках. Для больших размеров необходимо учитывать деления на плоскости по сторонам куба.

Яблоко на Пятой авеню в новом репрезентативном примере стеклянного куба. Принятое пространственное решение было вдохновлено стеклянной пирамидой, служащей входом в Лувр, а также тем фактом, что Стив Джобс назвал куб “самой чистой формой”. Первый вариант стеклянного куба был установлен в 2006 году. В то время технологические возможности позволяли изготавливать и ламинировать стеклянные панели размером 3,0 × 6,2 м. Этот факт оказал решающее влияние на форму павильона. Его стены были разделены на восемнадцать частей, в то время как крыша состояла из тридцати шести частей. Однако затем началось интенсивное развитие технологий производства стекла, что способствовало быстрому прогрессу и дало возможность изготавливать гораздо более крупные стеклянные панели. Поэтому было принято решение изменить дизайн павильона, что привело к его нынешнему визуальному восприятию. Во втором здании, возведенном в 2011 году, были использованы стеклянные панели шириной 2,295 м, достигающие высоты куба (10,3 м), что позволило сократить количество делений только до двенадцати, в то время как крыша состояла всего из трех панелей. Также были изменены материалы. Стены из многослойного стекла в новом павильоне были изготовлены из трех слоев закаленного флоат-стекла толщиной 12 мм, склеенных иономером SentryGlas. В оригинальной версии куба стеклянные панели были ламинированы из трех слоев термостойкого стекла толщиной 10 мм.

При переработке куба также были внесены существенные изменения в основные конструктивные элементы. Уменьшение количества стеклянных элементов повлияло на уменьшение количества стыков и повысило однородность конструкции.

Таким образом, была достигнута большая прозрачность павильона, а форма соединения стала, практически, невидимой. Однако следует отметить, что стеклянные листы размером больше стандартного, т. е. 3,0 × 6,2 м, не являются типичным решением из-за их стоимости.

Кубоиды

Помимо куба, кубоид является наиболее часто используемой формой цельностеклянных объектов. В плане он представляет собой прямоугольник. Геометрическая гармония формы может быть достигнута при соблюдении соответствующих пропорций, на что указывает, например, Палладио. Этот факт важен для объектов "снаружи–внутри", в которых интерьер переплетается с внешней средой. Размеры стеклянного элемента влияют на его визуальное восприятие как внутри, так и снаружи объекта. Кубические пропорции важны для такого рода объектов. Палладио и Альберти рекомендуют, чтобы длина комнат была, например, средним арифметическим значением высоты, длины и ширины. Альберти разработал план этажа, основанный на форме, близкой к квадрату, прямоугольнику и вытянутому прямоугольнику, в дополнение к определению пропорций кубовидных помещений- 2:3:4, 3:4:6, 2:3:6, и 2:4:6. Аналогичным образом, Палладио рекомендовал планировочные формы интерьеров, а также указал кубовидные пропорции для достижения геометрической гармонии в виде 1:1:1, 1:1:2, 1:2:3, 2:2:3, 2:3:4, и 3:4:6.

Рассматривая геометрические каноны, можно проанализировать несколько примеров стеклянных павильонов, пристроек и связей. Так, экспортный павильон в Вене представляет собой кубовидный объект. Он был спроектирован как павильон для демонстрации произведений искусства и форм современного искусства - перформанс. Его отличает довольно простая и прозрачная форма. Павильон каркасной конструкции был размещен под железнодорожным путепроводом. Размеры павильона в плане составляют 5,5 × 8,2 м. Таким образом, его пропорция составляет 2:3. Палладио указал эту пропорцию как одну из семи идеальных форм помещения. Высота павильона составляет 3,2 м. Пропорции близки к 2:1:3, учитывая размер всего блока.

Геометрия здания, включая его пропорции, может стать источником канонической красоты в архитектуре. При проектировании отдельно стоящих павильонов проекционные размеры и высота могут быть выбраны таким образом, чтобы получить любые выбранные пропорции в дополнение к каноническим. Однако это не всегда достижимо в случае полностью стеклянных объектов, расположенных в замкнутых пространствах. Об этой ситуации свидетельствует пристройка к пятиэтажному дому на улице Крайстчерч в Челси, Лондон. В ходе недавней реконструкции были внесены фундаментальные изменения в планировку трех этажей. Пристройка в задней части дома также была увеличена. Она предназначалась для гостиной. Компактная планировка и ее геометрия значительно ограничивали свободу дизайна в планировании комнат. Его размеры в плане составляют 4 × 4,65 м, а высота - 2,45 м, что означает, что пропорция всего здания близка к 2:1:2.

Как упоминалось выше, кубовидная форма чаще всего используется в изделиях из цельного стекла. Форма сама по себе может определять архитектуру павильонов, пристроек и "связей". Она также может быть реализована как элемент, придающий новую форму более крупным существующим зданиям.

Цилиндры

Для цилиндрических зданий характерна форма круга в плане, геометрия которого описывается радиусом. Такие формы редко применяются в зданиях, построенных из цельного стекла. Небольшое количество решений такого типа можно наблюдать в неортогональной геометрии и изогнутых вариантах стекла. Однако технический прогресс и растущие возможности получения и модификации геометрии изогнутого стекла уменьшают ограничения при проектировании стеклянных объектов изогнутой формы. Решения, в которых применяется гнутое (моллированное) стекло, становятся все более распространенными при наружном ограждении зданий свободной формы с использованием стальных или деревянных конструкций.

Моллированное стекло может быть изготовлено методом горячей и холодной гибки. Однако решающее значение имеют геометрические характеристики стекла. Стекло может быть изогнуто в одной плоскости, т. е. с одинарным изгибом, или в двух плоскостях, т. е. с двойным изгибом. Разнообразие форм, используемых в гнутом стекле, также увеличивается, как и его размеры.

Среди часто рассматриваемых объектов особое место занимает павильон у входа в магазин Apple Store в шанхайском Пудуне. Его можно рассматривать как пример использования цельного цилиндра. Концепция дизайна напоминает концепцию Apple Cube в Нью-Йорке, в которой привлекательная стеклянная форма реализована в виде входного павильона, расположенного на площади. Аналогичное решение было представлено в Шанхае, где застекленный цилиндрический павильон обеспечивает вход в подземную часть. Винтовая стеклянная лестница ведет в подземное коммерческое помещение. Высота павильона составляет 13 метров, а радиус составляет 5 метров. Объект был реализован с использованием инновационных решений, одним из которых является использование изогнутых стеклянных панелей с размерами, которые ранее не производились. Павильон покрыт 12 панелями, размеры которых равны 12,5 × 2,6 м, а его радиус равен 5 м. Павильон выполнен из многослойного стекла, состоящего из трех слоев стекол.

Сооружения произвольной формы

К последней группе сооружений относятся элементы, отличающиеся неправильной формой. Из-за специфики исследуемых объектов термин “свободная форма” не относится к параметрическим формам, таким как здания со стальными конструкциями и стеклянными ограждениями неправильной формы целиком. Этот термин скорее применим к формам твердых тел, классифицируемых как кубические, прямоугольные и цилиндрические. Эти геометрические изменения направлены на то, чтобы приспособиться к существующей архитектуре здания или придать ему оригинальную форму. Следует подчеркнуть, что твердые тела свободной формы часто воспринимаются как динамичные формы.

Так, два входных павильона на станцию Tottenham Court Road, расположенные на площади перед Center Point в Лондоне, являются примерами сооружения свободной формы. Привлекают внимание две похожие на кристаллы входные конструкции над землей. Оба павильона отличаются друг от друга геометрически. Более крупный из двух павильонов имеет в плане форму неправильного тетраэдра, то есть его стороны не параллельны. Размеры павильона в плане составляют 11 × 22 м, а высота павильона, учитывая его самые длинные стороны, составляет 14 м.

Неправильность формы приводит к неравномерному расположению основных конструктивных элементов, то есть рам для остекления. В южном павильоне пролет конструкции составляет 11 м. Рамы расположены не параллельно друг другу из-за неправильности плана этажа. Значительный наклон в продольном и поперечном направлениях придает архитектурной форме своеобразную динамическую подвешенность. Геометрическая неправильность формы и, как следствие, расстояние между конструктивными элементами также способствуют созданию нерегулярной сетки, с помощью которой выделяются фасадные части и крыша. Каждое стекло имеет разную форму и размеры.

Классификация, принятая для типологии цельностеклянных конструкций, основана на простых формах. Эти формы, как объединенные, также более выгодны с точки зрения энергоэффективности здания. 

Форм-фактор

Одним из основных параметров в этом отношении является форм-фактор, т. е. S/V, который описывает отношение площади внешней поверхности S к внутреннему объему V. Здание должно быть, как можно более компактным, т. е. как можно ближе к форме куба, прямоугольной формы кубоида или сферы. Тогда у здания будут меньшие теплопотери. Более фрагментированные/вытянутые формы могут увеличить потребление тепловой энергии.

При рассмотрении влияния отношения S/V на форму изученных цельностеклянных предметов следует учитывать, что не все предметы нагреваются, что обусловлено их функциональным назначением.

Однако, учитывая геометрию этих объектов, можно увидеть, что увеличение размеров здания приводит к значительному снижению соотношения кондиционирования и вентиляции. Доказательство этого утверждения можно найти, например, в сравнении кубических форм. Так, для 3-метрового кубического коэффициента S/V равно 2,0; для 7-метрового кубического коэффициента S/V равно 0,86; для 10-метрового кубического коэффициента S/V равно 0,6; а для 12-метрового кубического коэффициента S/V равно 0,5.

Таким образом, видно, что изменение формы здания может изменить его энергопотребление, даже если физические свойства ограждающих конструкций остаются неизменными. Этот вывод применим не только к масштабу здания, но и к его форме.

Мы затронули лишь малую часть интереснейших вопросов проектирования и строительства цельностеклянных объектов. На самом деле эта сфера, как и стекольное дело в целом, постоянно развивается. И это способствует как решению уже имеющихся проблем, так и постановке новых задач.