ГДЕ ТОНКО, ТАМ НЕ РВЕТСЯ – ТОНКОЕ СТЕКЛО В АРХИТЕКТУРЕ

Стекло предлагает многообещающие перспективы для легких фасадов с меньшим использованием сырья, а также открывает совершенно новые направления для архитектурной выразительности зданий благодаря своим превосходным оптическим качествам и высокой гибкости. Но реализация проектов с использованием тонкого стекла в качестве конструктивного элемента пока ограничена из-за ряда структурных проблем, в основном из-за низкой жесткости изделия. Использование тонкого стекла в качестве сжимающего элемента нецелесообразно, поскольку риск выпучивания представляет большую угрозу, чем превышение напряжения.
Стеклянные тонкости
Как правило, стекла толщиной 2 мм и менее попадают в категорию тонкого стекла. В то время как тонкое или ультратонкое стекло обычно применяется в других отраслях промышленности, таких как электронная промышленность, стандартная толщина стекла, используемая в архитектуре, обычно колеблется от 2 до 12 мм. По сравнению с обычным стеклом тонкое стекло отличается меньшим использованием сырья и малым весом из-за меньшей толщины при той же плотности. Эти аспекты не только открывают потенциал для получения экономических преимуществ, но и способствуют устойчивости здания в целом за счет сокращения использования материалов. Это относится не только к самому стеклу, но и ко всему зданию, так как низкий вес стекла также уменьшает вес, действующий на несущую конструкцию.
Гибкие решения
Еще одним фактором, заслуживающим упоминания, является более высокая гибкость тонкого стекла и его превосходное оптическое качество по сравнению со стеклом обычной толщины. Вместо того, чтобы рассматривать гибкость как недостаток, ее можно рассматривать как возможность открыть путь для проектирования более прозрачных и оптически привлекательных конструкций. При создании сложных форм из стекла они ограничены либо из-за потенциально высоких затрат на процессы горячей гибки, либо из-за технических ограничений, таких как слишком большие минимальные радиусы изгиба холодноформованных стекол.
При уменьшенной толщине становятся возможными меньшие радиусы изгиба при использовании метода холодной гибки. Некоторые исследования показывают высокий потенциал применения адаптируемых фасадных элементов в сочетании с тонким стеклом. Они включают изгиб стекла для таких целей, как контроль подачи воздуха внутрь, регулировка формы стекла в соответствии с интенсивностью ветровой нагрузки или регулировка положения фотоэлементов, встроенных в поверхность стекла, в соответствии с углом падения солнечного света.
Причины и следствия
Несмотря на то, что тонкое стекло является многообещающей перспективой на будущее, оно до сих пор не было реализовано ни в одном проекте в качестве конструктивного элемента. Это может быть связано с рядом причин.
Первой проблемой, которую необходимо преодолеть, является низкая жесткость элемента при изгибе, а также его высокая подверженность изгибу, как это было бы в случае любого материала с низкой толщиной. Однако в случае стекла его хрупкое поведение увеличивает риск серьезных последствий в результате поломки, что требует дополнительного внимания.
Еще один аспект, на котором следует сосредоточиться, - это разработка концепции крепления. Общие концепции крепления стекла, такие как установочные блоки или системы распределения нагрузок, разработаны для пластин, подвергающихся вне плоскостной нагрузки, и не являются идеальными для применения к тонкому стеклу. Таким образом, для эффективной передачи нагрузок через тонкий стеклянный элемент требуется переосмысление стандартных схем.
Кстати, компания ТМ «Титан», являющаяся одним из признанных лидеров на отечественном рынке стекла и фурнитуры, предлагает широкий выбор стекла для любых целей и возможностей.
Элемент стеклянный мембранный
Среди вышеупомянутых проблем, с которыми мы сталкиваемся, отсутствие жесткости, несомненно, требует наибольшего внимания, поскольку структурная концепция остекления полностью зависит от ее решения. Традиционно применение стекла в архитектуре ограничивается использованием пластины, служащей ограждающей конструкцией здания, а в некоторых случаях и барьером. Поскольку пластины подвергаются изгибу, тонкое стекло не обладает большим преимуществом в этом отношении из-за отсутствия жесткости. Но существует вполне возможный и более эффективный способ использования всего потенциала этих продуктов для применения мембранной теории. Тонкое стекло вполне может применяться в ультрасовременной архитектуре в качестве мембранного элемента. Такой элемент является растяжимым, и взаимодействует с новым типом опоры для стекла, обеспечивающий мгновенную передачу нагрузки.
Мембранная теория описывает состояние конструкции, в которой нагрузки в основном передаются в виде нормальных сил, когда изгибающие моменты достаточно малы и незначительными. Со временем она зарекомендовала себя как очень эффективный метод передачи нагрузок с минимальным использованием материала. Преимущество этого эффекта заключается в том, что напряжения равномерно распределяются по всему поперечному сечению. Пики напряжений или неравномерное распределение напряжений в поперечном сечении исключаются, и материал конструкции может быть использован на полную мощность.
Распространенными геометриями, которые ведут себя как мембраны, являются арки, раковины, купола и некоторые другие формы. Все эти геометрии основаны на принципе цепной кривой: форме, которая возникает, когда цепь свободно удерживается на обоих концах. Хорошие результаты для придания тонкому стеклу такой геометрии показывает метод холодной гибки, которая выполняется с помощью точечных креплений по углам химически упрочненных стеклянных элементов. Благодаря процессу холодной гибки создается меньше оптических искажений по сравнению с горячегнутым стеклом. Еще один эффект, который достигается с помощью полученной формы, - это жесткость за счет геометрии, которая позволяет стеклу стоять самостоятельно, без помощи дополнительной подструктуры.
При использовании в качестве мембранного элемента стекло обладает большим потенциалом в качестве конструктивного элемента, так как напряжение распределяется равномерно. Правда, для этого необходим контроль нагрузки на стекло таким образом, чтобы избежать изгибающих моментов и стекло могло функционировать как мембрана.
Таким образом, стремление к прозрачности зданий в современной архитектуре, где непрозрачные строительные материалы все чаще заменяются прозрачными, делает использование даже тонкого стекла в качестве строительного материала все более и более желательным. Кроме того, реализация стеклянных конструкций усложняется вместе с ростом ожиданий, и это является вызовом для более интенсивной работы в области методик применения тонкого стекла в архитектуре и дизайне.
Для получения более подробной информации о свойствах современного стекла смотрите наше видео https://www.youtube.com/watch?v=3qL0r967tqY&feature=emb_imp_woyt Автор: Н. Ершова (архитектор-дизайнер)
#стекло #стеклянный #конструкции #остекление #свойства #эксплуатация #тонкое #гибкость #прочность #нагрузка #опора #арка #купол #гибка #холодная