Спайдер-система

Использование стекла как конструкционного элемента завоевывало все большую популярность на протяжении последнего десятилетия, что в первую очередь объясняется применением все более развитых методов точечного крепления (спайдер систем) в остеклении.

Широкая эксплуатация спайдер систем стала возможной благодаря исследованию свойств стекла как конструкционного материала и развитием методов анализа, основанных на компьютерном моделировании. Наш инстинктивный страх перед хрупкостью стекла постепенно вытесняется осознанием его высокого потенциала в качестве строительного материала.

Это начало использования стекла как составляющей в архитектуре обеспечило большой потенциал путем применения вантовых стальных конструкций. Подобная симбиотическая связь между жесткими конструкциями и стеклом приводит к изменению отношения к двум этим областям, которые традиционно считались совершенно различными - стекло традиционно относилось к облицовочным материалам, в то время как стальные конструкции традиционно относились к арматуре. Профессиональные проектировщики и подрядчики также подстраивают свою практику под изменившиеся представления о роли стекла как строительного материала, начинают осваивать новые методы использования стекла в архитектуре и новые схемы в строительстве.

Спайдер система впервые появилась в начале 80-х годов в виде системы Pilkington. Вслед за этими проектами были построены монументальные оранжереи в музее науки и техники в парке Ля Виллетт (La Villete Science museum), Париж, Франция. Здесь были выполнены серьезные исследования по конструкционному применению стекла, в котором этот материал использовался совместно с растягивающими канатами и стальными конструкциями, которые использовались для придания требуемой прочности конструкции.

Разработка способов соединения стекла, выполненная в рамках этого проекта, основывалась на максимально полном использовании потенциала стекла как конструкционного материала, при этом особое внимание уделялось защите стекла как чрезвычайно хрупкого материала. Проект в Ля Виллетт (La Villette) инициировал исследования и разработки спайдер систем планарного остекления с точечным креплением, в которых в болты были интегрированы сферические подшипники. Основанием для этого послужила вполне понятная концепция - в этом случае проектировщик четко представляет себе, как именно функционирует конструкция, так как достаточно исследовать отдельные, независимые виды нагрузки, на каждую из которых реагирует специальный элемент конструкции.

Работа над методами соединения стекла привела к изобретению шарнирного болта (роутела), который предусматривал установку в стеклянную панель сферического подшипника - это позволяет гарантировать, что стекло будет испытывать только нагрузку, связанную с собственным весом панелей, тогда как сопротивлением ветровым нагрузкам осуществляется в направлении, перпендикулярном стеклянной панели. Благодаря этому исключается возможность локального изгиба в области конструкционных отверстий или же возникновение других <паразитных> нагрузок при деформации несущей конструкции.

При использовании спайдер систем планарного остекления фасад не имеет рам и средников, и архитектура здания теперь в основном определяется геометрической структурой и конструкционными характеристиками ветроустойчивости, а также собственно системой крепления стекол. Симбиоз двух этих частей фасада имеет решающее значение при разработке архитектурной композиции здания.

После того, как было принято решение об использовании системы тросов для защиты стекла от ветровых нагрузок, были предприняты усилия по разработке шарнирных болтов. При проектировании этой конструкции использовались нелинейные методы компьютерного моделирования, которые позволили доказать пригодность этой отличающейся чрезвычайно небольшим весом конструкции в качестве опорного элемента для крепления стекла. Система тросов проектировалась с использованием только растягивающихся элементов, вблизи поверхности стекла были полностью исключены сжатие или изгиб, что обеспечило высокую прочность здания. Ферма отклоняется под влиянием нагрузки, тросы адаптируются к ее изменению, при этом новый шарнирный болт обеспечивает перемещение стеклянной панели - благодаря этому нагрузка распределяется по ферме и не затрагивает собственно стекло.

Взгляд в будущее

Несущая конструкция и внешняя оболочка могут рассматриваться как основные технические компоненты каркаса здания: первая служит в качестве несущего элемента, вторая - как защита от внешней среды. Более легкие, эффективные и компактные несущие конструкции позволяют придать внешней оболочке совершенно новые возможности по работе со светом - который является ключевым фактором в восприятии архитектурных сооружений. Например, возможно создание своеобразных светофильтров - прозрачных, полупрозрачных поверхностей или даже поверхностей с эффектом хамелеона, когда внешний вид здания может изменяться.

Развитие технологий вызвало медленное и постепенное изменение вида архитектурных сооружений: от зданий с прочными несущими стенами и узкими отверстиями, через которые внутрь проникает свет - к сооружениям с тонкой внешней оболочкой, которая модулирует и управляет проникновением света во внутреннее пространство здания, позволяя при этом также контролировать его энергетический баланс.

 

Несущая конструкция

Достижения современных строительных технологий вместе с развитием методов проектирования приводят к тому, что стены перестают быть несущими конструкциями. Материалы с высокими эксплуатационными характеристиками - такие как железобетон, сталь и другие - позволяют снизить расход строительных материалов и при этом создавать эффективные сооружения. Дальнейшее снижение веса конструкций обеспечили инженерно-технические исследования, которые позволили лучше понять особенности поведения зданий, а использование компьютерных технологий позволило лучше понять и проанализировать динамические несущие конструкции.

Методы нелинейного анализа с помощью компьютерного моделирования позволяют проводить огромный объем вычислений и точно изучить изменение формы несущей структуры под влиянием различных нагрузок. Такой точный анализ поведения конструкции позволяет проектировщикам лучше понять поведение несущих элементов и более полно использовать заложенный в данной конструкции потенциал - примитивные методы анализа в этом случае бессильны.