Новые возможности витражного остекления - Студенческий научный форум

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Новые возможности витражного остекления

 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

С каждым годом разнообразие материалов, их обработки и монтажа увеличивается. Особого внимания достойны новейшие технологии в применении стекла. В конце 20-го века фасады из стекла получили широкое распространение во всем мире и внешний вид города стал меняться. Архитекторы и конструкторы стали воплощать новые, казалось бы, невозможные идеи в реальность. Сегодня стеклянные фасады используют повсеместно, однако большая часть из них представляет из себя неинтересные, однообразные стеклянный коробки. И все же, нельзя не отметить ту небольшую часть архитектурных решений, которые заставляют восхититься не только замыслом архитектора, но и возможностями современных технологий. В последние годы особо актуальным стало создание криволинейных фасадов, зачастую повторяющих изгибы живой природы. Но если с созданием гнутых бетонных конструкций все понятно, то как же получают криволинейные фасады из стекла?

Стекло имеет элегантный внешний вид, радикально преобразует внешние стены, выглядит изысканно, оригинально и идеально вписывается в архитектуру современных городов. Дизайн стеклянных фасадов лаконичен, в нем нет ничего лишнего. Стеклянные фасады делают здание изысканным и воздушным. На первый взгляд стекло кажется хрупким материалом, но на самом деле это не так. Благодаря использованию инновационных разработок он приобрел достаточную прочность, благодаря чему его активно используют в интерьере и экстерьере.

Что такое стекло?

Стекло — одно из самых загадочных веществ в природе. «Люди удивляются, когда мы признаемся, что не можем описать его природу», — говорит химик Дэвид Райхманн из Колумбийского университета. С точки зрения физики стекло — это не только материал, из которого делают кружки, но любое твердое вещество с неупорядоченной молекулярной структурой. Например, керамика также является стеклом, как известный всем поликарбонат, из которого изготавливается автомобильная оптика. Кроме того, даже некоторые металлические сплавы, которые не имеют ярко выраженной кристаллической решетки относятся к стеклам.

Самое логичное объяснение метаморфозам стекла дал британский физик Чарльз Франк 50 лет назад. Он предположил, что во время быстрого остывания исходного расплава атомы в нем как бы впадают в панику, стремясь как можно быстрее выстроиться в жесткую пространственную фигуру. Франк даже вычислил тип этой фигуры - правильный двадцатизначный икосаэдр. Атомы выталкиваются, блокируют кратчайшую траекторию в данной точке, попадают в «пробку» и в изнеможении замирают. Время от времени кое-кому из них удается сдвинуться в нужном направлении, но в целом структура стекла остается нестабильной.

Появление нового мощного инструментария в физической химии открыло нам еще одну загадку стекла. Оказалось, что оно состоит из множества зон с различной степенью подвижности атомов. В некоторых частях материала атомы движутся вперед и назад, как в обычной жидкости, в то время как в других они практически неподвижны. В то же время внешне эти области выглядят одинаково - они одинаково прочные и прозрачные.

Профессор Волайнис де Беркли, один из столпов науки о стекле, считает, что гипотетическое идеальное стекло, в котором все атомы абсолютно неподвижны, ставит под сомнение третий закон термодинамики:: нулевая энтропия (остановка движения атомов) в нем достигается гораздо выше точки абсолютного нуля.

В данной работе стекло рассматривается как твёрдое, ломкое, прозрачное аморфное тело, используемого для создания неповторимого образа криволинейных фасадов.

Создание криволинейных фасадов

Создания криволинейных фасадов сводятся к 2 основным вариантам:

-монтаж сегментных деталей из плоского стекла (в основном треугольной формы) в единую криволинейную поверхность.

-использование гнутого стекла, сделанного по особым технологиям

Сегментная облицовка хоть и решает задачу облицовки скругленного фасада, но ее внешний вид оставляет желать лучшего. Поэтому лучшим в этом случае является применение для криволинейных фасадов криволинейных деталей. В таком случае скругление идеально вписывается в архитектурно решение. В повседневной жизни люди часто сталкиваются с гнутым (моллированным) стеклом. Оно используется в кухонных фасадах, музейных витринах, аквариумах, душевых кабинах, бытовой технике.

 

Рис. 2 Здание Hiscox, Великобритания, арх. бюро Glassolutions

Рис. 1 Реконструкция здания бывшего Военного Союза в Риме, арх. Массимилиано Фуксас

В последнее время свою популярность набирают 3D принтеры. Относительно недавно, в 2015 году команда исследователей во главе с Нери Оксман создала принтер, печатающий непосредственно расплавленным исходным материалом (ранее для печати стекла использовался кварцевый песок или стеклянна пудра). Технология, которую использует 3d принтер, получила название G3DP (Glass 3D Printing).

Стеклянный наполнитель вводится в 3d принтер в виде стеклянного бисера, который помещается в специальную камеру. Оттуда он попадает в зону предварительного нагрева, где температура колеблется от 1040 до 1165 градусов по Цельсию. Её можно отрегулировать в соответствии с желаемой мощностью, скоростью печати, высотой будущего объекта и скоростью подачи материала. Стеклянная начинка подается под стандартным давлением через отверстие, диаметр которого составляет 10 мм. Изделие ламинируют на керамической платформе, нагретой с помощью 300-ваттного нагревателя при температуре 1000 градусов.

Данная технология пока не позволяет печатать стекло больших габаритов, однако в скором времени наверняка это станет возможным, и мы сможем получить еще одну технологию создания криволинейных фасадов

Моллирование стекла

И если монтаж сегментированных деталей – это обычное дело, то что же из себя представляет технология моллирования?

Все мы знаем, что стекло – это хрупкий и не гибкий материал. Но самые современные технологии его обработки позволяют оставить этот тезис в прошлом. Стекло прошедшее обработку в печи закалки или ламинированное стекло очень сложно разрушить. Применяя технологии моллирования можно создавать настоящие архитектурные скульптуры из стекла. Современные стеклянные фасады можно изгибать и закручивать, на сколько это необходимо, чтобы реализовать любой полет фантазии архитектора.

Моллирование стекла — технология, которая позволяет получить разнообразные формы стекла. От латинского «mollio» — плавить, делать гибким. Используется специальное оборудование, где стекло сначала нагревается при высокой температуре и уже потом принимает необходимую форму.

Стеклянный лист помещают в специальную форму и отправляют в печь. Под воздействием температуры, около 600-650 градусов стекло становится мягким, заполняет заготовку и принимает необходимую форму. По времени такой процесс занимает от 2 до 20 часов. Здесь играет роль толщина стекла и конечная форма, которую нужно получить.

Как только стекло приняло форму, его охлаждают. Таким образом, прочность материала увеличивается, иными словами, происходит процесс закалки стекла. Охлаждают его струей сжатого воздуха.

До момента охлаждения и закаливания стекло мягкое и легко поддается дополнительной обработке. Здесь можно придать форму, сверлить, разрезать и т.д.

Рис. 3 Печь для моллирования стекла

Примеры сооружений из гнутого стекла

4.1. Здание фонда Louis Vuitton позже

27 октября 2014 года в Париже состоялось открытие выставочного центра Fondation Louis Vuitton (арх. Фрэнк Гери)

Двенадцать стеклянных парусов общей площадью 13 500 квадратных метров, изготовленных из уникальных панелей на основе инновационных технологий, взметнулись над зданием. «Технологические инновации внедрялись на протяжении всего строительства», - сказал сразу после церемонии открытия Жан-Поль Клавери, художественный советник Бернара Арно и группы LVHM. - Взять паруса. До недавнего времени такие изогнутые линии можно было получить только путем объединения плоских панелей, которые образовывали изогнутую поверхность с множеством граней. Теперь благодаря уникальному методу паруса были сделаны по-другому. Это Digital Project, программа 3D-моделирования. Разработанная Gehry Technologies и основанная на системе автоматизированного проектирования CATIA от французской компании Dassault Systemes. Уникальные характеристики этой программы позволили создавать сложные формы, разработанные Фрэнком Гери ". Каждая стеклянная панель была согнута индивидуальным образом, и в результате получилась великолепная и идеально изогнутая поверхность без углов. Чтобы стеклянные поверхности соответствовали заданным параметрам гибкости и кривизны, необходимо было изготовить специальную печь.

Рис.4 Здание фонда Louis Vuitton ра, Париж, арх. Фрэнк Гери

4. 2. Филармония «Эльфи»

Филармония, расположенная на берегу Эльбы. Объем состоит из частично изогнутых стеклянных панелей, которые формируют волны на фасаде здания и отражают небо, воду и окружающий городской пейзаж.

Волнообразный фасад филармонии состоит из 1100 стеклянных панелей. Кроме того, поскольку панели были обработаны в закалочных печах, некоторые из них имеют уникальные зеркальные рисунки с хромированными вставками. Почти каждая панель имеет индивидуальную форму. Чтобы строители не перепутали блоки при монтаже - стеклопакеты были промаркированы на заводе с помощью радиочастотной идентификации. Филармония была разработана известной архитектурной фирмой Herzog de Meron

8 криволинейных секций образуют крышу филармонии - узнаваемый волнистый силуэт, ставший его «визитной карточкой» и буквальным логотипом. На 7000 квадратных метров стекла нанесено 600 сверкающих «блесков», и игра света, которую они создают, особенно на закате, также является частью незабываемого образа здания, которое со стороны Нового порта выглядит особенно величественно.

Рис.5Филармония «Эльфи», Гамбург, арх. бюро Herzog de Meron

Шопинг-центр «Эмпория»

Торговый центр "Emporia" в Мальмё, Швеция, был спроектирован шведской архитектурной компанией "Wingard" .Это здание было спроектировано лично его основателем - Гертом Вингардом, одним из самых известных современных шведских архитекторов.

Основное здание представляет собой огромную конструкцию правильной формы из стали и стекла, обычного и цветного. Все было бы скучно, но центр здания снабжен интересным элементом: часть его над центральным входом как бы вдавлена внутрь. Получилась неправильной формы глубокая вмятина, облицованная стеклом, из-за которой здание приобрело странный то ли космический, то ли морской облик. Выглядит очень современно и совершенно ни на что не похоже. Скульптурный фасад центрального входа выполнен из стекла тонированного в янтарный оттенок.

Сложная геометрия этого фасада предусматривала производство 815 стеклянных элементов 567 из которых имеют свою индивидуальную форму. В экстерьерах и интерьерах использовалось стекло двух оттенков - янтарное и синее.

Целью создания внушительного и вогнутого фасада «Эмпория» было привлечь внимание посетителей к близлежащему торговому центру. И эта цель была успешно достигнута архитекторами.

Рис.6Торговый центр "Emporia", Швеция, арх. бюро Wingard

4.4. ТЦ Чадстоун

Еще один объект, демонстрирующий современные возможности трехмерного параметрического проектирования открыт после реконструкции. Крупнейший в Австралии торгового центра - Chadstone, в Мельбурне. Кардинальная модернизация была проведена в 2012 году по проекту международной группы архитекторов: бюро Sallison RTKL, The Buchan Group (Австралия), Seele Group (Австрия).

Schollglas Sachsen GmbH (Германия) является производителем и поставщиком модулей для стеклянного перекрытия.

Внешний облик центра Chadstone во многом определяется формой огромного выпукло-вогнутого стеклянного шатра. Это перекрытие из стекла и стали, несмотря на 500 - тонную массу конструкции, визуально воспринимается как лёгкий платок из ткани, свободно наброшенный на строительный остов.

Волнистое перекрытие - не только архитектурная «изюминка», но и сложнейшее строительные конструкции и расчеты, гарантирующие высокий уровень комфорта для посетителей, солнцезащиту, теплоизоляцию и интенсивное естественное освещение (объемный центр в течение дня, погода буквально пропитана светом, но в жаркое время года люди внутри не чувствуют температуру снаружи зданий, на улице).

Шатровое перекрытие набрано из 2670 модульных стеклоблоков «GEWE-therm 4SG», каждый из которых имеет индивидуальную форму, кривизну и площадь (от 1,2 до 8 м2). Толщина модуля – 39 мм. Каждый модуль — это 2-слойная теплоизолирующая конструкция, внутренний объем которой заполнен аргоном. Он обладает высоким тепловым сопротивлением, практически бесцветен и в сочетании со стеклом обеспечивает необходимый коэффициент светопропускания.

Общая площадь светопрозрачной крыши, парящей над землей, составляет 7000 кв. Высота в самой высокой точке составляет 42 метра

Рис.7 Торговый центр "Чадстоун", Австраия, арх. бюро Sallison RTKL, The Buchan Group, Seele Group

Примеры сооружений сигментированных стеклянных деталей

5.1. Торговый центр Bory Mall

Моллы и магазины — то, что бюро Массимилиано Фуксаса всегда делает с особой изобретательностью и вдохновением: чего только стоит сложносочиненная пластиковая лестница в бутике Armani в районе Ginza в Токио или торговый центр MyZeil во Франкфурте-на-Майне с закрученными на крыше и фасаде «воронками». Новый молл в Братиславе — не исключение: чтобы создать форму, при которой здание местами оказывается вывернутым «наизнанку» через кровлю, архитектор использовал свой фирменный объемный каркас, заполняемый треугольниками из стекла, — так называемый «Торнадо». В подобной конструкции размеры каждого поддерживающего троса и заполняющего ячейку фрагмента просчитываются индивидуально и производятся роботизировано.

Фасадов, впрочем, у торгового центра четыре — как обычно: один с магазинами, выходящий на пешеходный бульвар, второй служебный с загрузочными доками, а третий и четвертый относятся к слову «развлекательный» — на перекресток шоссе «смотрят» фитнес-центр, кинотеатр Imax и детская площадка.

Внутренняя центральная часть здания — та самая, где оно «выворачивается наизнанку», — тоже предназначена для развлечений: вкусной еды и проведения мероприятий. Фудкорт предусмотрительно спрятан под крышу, а на открытой площадке хорошо устраивать презентации, концерты и фестивали. При этом «Торнадо» — благодаря своей хитрой конструкции — доставит все отголоски и отблески веселья наружу, за пределы торгового центра, и установит прочную связь между интерьером и экстерьером, «изнанкой» и «передом», формой и содержанием.

Рис.8 Торговый центр "Bory Mall", Словакия, арх. бюро Массимилиано Фуксаса

5.1. Музей Сальвадора Дали

Новое строение площадью 68 тысяч футов2 и высотой 75 футов спроектировал всемирно признанный  зодчий  – модернист Ян Веймут (Yann Weymouth), директор компании Hellmuth Obata + Kassabaum (HOK).

Стеклянный атриум, похожий на причудливо изогнутые капли воды, придает музею сюрреалистичный вид, достойный самого Дали.

Сундук» из монолитного железобетона  (толщина 18 дюймов) словно стремится поглотить (или защитить?) текучую  структуру,  сложенную из  1062 уникальных трехмерных панелей из стекла Enigma (кстати, так же называлась и картина Дали 1929 года). Прозрачная структура (хрупкая на вид, но  способная  сопротивляться нагрузке урагана третьей степени) представляет собой атриум, щедро снабжающий музей естественным светом.  Здесь Веймут отчасти намекает на пространственную конструкцию так называемого геодезического купола, представляющего собой полусферу, собранную из тетраэдров. Ее в 1947 году разработал Ричард Фуллер, американский инженер и, кстати,  большой друг Сальвадора Дали.

Рис.9 Музей Сальвадора Дали, США, арх. Yann Weymouth

Заключение

В заключении хочется отметить, что стекло очень интересный и неоднозначный материал. Однако то понятие стекла, которое используется в общем обиходе, дает нам возможность говорить об этом материале как об одном из самых используемых в строительстве. Стеклянные фасады все чаще применяется в современной архитектуре. Разнообразие стекла очень обширно, оно отлично сочетается со всеми остальными материалами, помогает вписать здание в уже сложившуюся застройку (особо актуально для исторической застройки). Благодаря данному материалу архитекторам так удачно удается связать внутреннее и внешнее пространство.

Для создания криволинейных фасадов на сегодняшний день используются две технологии, обе активно применяются преимущественно в строительстве общественных зданий. Проводя анализ мирового опыта, следует отметить, что архитекторы отдаются предпочтение технологии моллирования стекла, чтобы получить цельный криволинейный облик, без ненужных граней и углов. Однако эта технология бесспорно является дороже и сложнее в производстве.

Возможно, в будущем появятся новые, уникальные технологии, которые помогут по-другому посмотреть на создание элементов для стеклянных фасадов, особенно криволинейных. А так же, наверняка через несколько лет усовершенствуются уже имеющие (3D принтеры), которые позволят печатать большие по габаритам стекла, что значительно упростить производство.

Список литературs

​1. Фасады из стекла: взгляд в будущее. Новые технологии дадут возможность фасадам из стекла вновь преобразить архитектуру // 11 апреля 2018 // интернет портал «Строительный эксперт» // https://ardexpert.ru/article/12458

2. Стеклянный кирпич: архитектура наших дней // 1 мая 2019 // «Популярная механика» (№8, Август 2010). // Владимир Санников журнале https://www.popmech.ru/technologies/10634-steklyannyy-kirpich-arkhitektura/.

3. Здание фонда Louis Vuitton – самая новая достопримечательность Парижа // 14 апреля 2015 // Перевела Елена Туева https://www.vedomosti.ru/lifestyle/articles/2015/04/13/zdanie-fonda-louis-vuitton-samaya-novaya-dostoprimechatelnost-parizha

4. Фасад из стекла – инновационное решение в современном строительстве// 8.05.17 // «Glass Строй», // https://www.glasstroy.ru/sovremennye-steklyannye-konstruktsii/fasad-iz-stekla-innovacionnoe-reshenie-v-sovremennom

5. Радиусные фасады - особенности применения облицовочных материалов // 04.01.2017 // ФаСадКо // https://facady.com/radiusnye-fasady-osobennosti-primeneniya-oblicovochnyh-materialov

6. АРХИТЕКТУРА И ОСВЕЩЕНИЕ ТОРГОВОГО ЦЕНТРА «CHADSTONE - THE FASHION CAPITAL» В МЕЛЬБУРНЕ // 18.04.18 // https://www.trinova.ru/blog/view/arhitektura-i-osveschenie-torgovogo-centra-chadstone---the-fashion-capital-v-melburne/

7. Сюрреализм – это я // 27.03.2011 // ООО «Архи.ру» // Евгения Гершкович // https://archi.ru/press/world/32467/hok

Просмотров работы: 130