Стеклянный vs каменный — лучше, хуже или равно?
Тема со стеклом в петербургском «Лахта центре» весьма любопытна, хотя бы потому, что стекло выполняет в башне функцию стен. Значит, должно защищать от внешней среды и быть устойчивым к деструктивному воздействию как минимум не хуже, чем традиционные материалы. Но можно ли сказать, что за фасадом «Лахта центра» — как за каменной стеной?
Вопрос не праздный. Ведь все мы с детства знаем, как печально заканчиваются истории про домики, где стены сделаны из неправильных материалов…
Разберемся!
Архитекторы небоскребов часто делают выбор в пользу стеклянных фасадов. Потому что это:
А. Красиво
B. Фасад из стекла легче, чем из традиционных материалов. Хотя вес сопоставимых объемов стекла и тяжелого бетона примерно равен, стеклянного материала нужно меньше для возведения стен одной квадратуры.
С. Стекло отвечает всем необходимым требованиям, предъявляемым к стенам — по прочности, теплоизоляции, защите от разнообразных внешних воздействий. Об этом и поговорим ниже. Итак,
НУЖНО ЛИ БЫТЬ КРЕПКИМ ОРЕШКОМ, ЧТОБЫ РАЗБИТЬ ФАСАД БАШНИ
В прошлом посте была отдельная дискуссия относительно прочности стеклянного фасада небоскреба. Где-то на интуитивном уровне понятно, что фасады в башне должны быть надежны, но жизненный опыт одновременно подсказывает, что стекло — все же непрочный материал. Даже лобовое на автомобиле может повредиться из-за разности температур или попадания камня. Чего уж говорить про стеклянную стену — к ней просто страшно прислониться, особенно — где-нибудь на 87 этаже.
Визуализация панорамы с верхнего этажа «Лахта центра». Вы бы подошли вплотную к стеклу?
Тем не менее, обсуждаемый случай — как раз тот, когда жизненный опыт ошибочен. Подобно тому, что земля все же круглая, самолет летает, не размахивая при этом крыльями, современное фасадное стекло с достоинством выдерживает попадание в него камня, температурный шок и при повреждении не дает осколков, нарушая тем самым привычное, добытое путем опытных наблюдений, представление о мире.
Более того — сегодня инженеры используют стекло как конструктивный элемент, то есть, в качестве несущих структур. Первое здание с конструктивом из стекла было построено еще в прошлом веке — в 1951. Сейчас светопрозрачные крыши со стеклянными балками и арками имеют здание Народного банка в Ганновере, столовая Технологического университета в Дрездене, стеклянные колонны, каждая из которых обладает несущей способностью в 6 тонн — под крышей внутреннего двора здания городского управления в Сен-Жермен-ан-Ле.
Крыша со стеклянными арками — здание Volksbank (Ганновер) Фото отсюда. Пять арок с шагом в 2,5 м, склеены из 3 листов стекла. Стальные полосы — «страховка» от обрушения в случае отказа балки. Подробнее почитать о стеклянном конструктиве можно, например, тут
В качестве еще одного наглядного доказательства надежности стекла приведу пример вот такого страшного, но безопасного аттракциона:
Обзорная площадка на 103 этаже Willis Tower, Чикаго. Выполнена полностью из стекла. За посетительницу можно не переживать — пол под ней имеет толщину почти 4 см., балкон выдерживает нагрузку в 5 тонн.
Фасадное стекло в петербургском «Лахта центре» даже немного толще — 4,15 см. Расчетная нагрузка на фасады — 400 кг. на кв. м. Это примерно так:
Смог бы разбить его Брюс Уиллис?
Скорее всего, нет. А вот Майк Тайссон, с ударом в 800 кг вполне бы справился.
Если вы — не Майк, то можете не только смело прислоняться к такому фасаду, но даже слегка постучать по нему стулом — как в кино не получится.
МАЙК РАЗБИЛ СТЕКЛО. ЧТО ДАЛЬШЕ?
Стекло, предназначенное для фасадов «Лахта центра» (и для фасадов других небоскребов), является безопасным — при повреждении оно не дает крупных или острых осколков. Оно вообще не дает осколков — вместо этого на нем образуются вмятины или трещины. Поврежденный стеклопакет в таком «помятом», но механически целостном виде дожидается своей замены.
Так происходит потому, что стекло состоит из слоев, одним из которых является пленка.
Эта технология называется Triplex и, думаем, известна читателям. Например, она применяется для изготовления лобовых автомобильных стекол.
След от попадания камня на стекле Triplex
ФОРМУЛА СТЕКЛА И АЛЬТЕРНАТИВНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ
Стекла для фасадов «Лахта центра» изготовлены по многослойной формуле: стекло 8 мм + 1,5 мм пленка + 8 мм стекло + 16 мм аргона + 8 мм стекло, итого — 4,15 см толщины.
Толщину стекол можно оценить по реберной части листов
Особенность внешнего слоя стекла — термоотражающие свойства. Для защиты от избытка солнечной радиации (пусть такое допущение странно звучит для климатических условий Северной столицы), на стекло нанесено специальное напыление. Оно, кстати, и придает фасадному покрытию «металлический», холодный серо-голубой оттенок.
Внутренний слой стекла — каленый. Каленое стекло — это второй вид особо прочного и, при этом, безопасного стекла, которое не дает острых или крупных осколков при повреждении.
Аргоновая прослойка применяется в целях повышения энергоэффективности.
Теплопроводность этого газа в 0,68 раз ниже, чем у воздуха. Хотя цифра не столь велика, но она становится весьма существенной в масштабах площади остекления здания — 72, 5 тыс. кв.м.
Есть и другие приятные «мелочи» — например, более низкая плотность и вязкость благородного газа, уменьшающие скорость конвекции, а, следовательно, теплообмена между слоями стекла.
Благодаря многослойности и аргоновой прослойке, пакет в «Лахта центре» однокамерный и нитка остекления одиночная, за исключением некоторых особых участков, о которых будет рассказано позже. Вес стеклянной части фасада составляет около 13 тыс. тонн. В случае многокамерных стеклопакетных решений вес бы существенно увеличился. Это, в свою очередь, повлияло бы на конструктивные параметры — вероятно, мы бы не увидели башню такой, какой она строится сейчас.
ПОДОПЫТНЫЙ
Инженерно-конструкторская группа «Лахта центра» относится к стеклу без всякого пиетета. Некоторые читатели в курсе, что стекло морозили и обдували, но это еще не все. Также его топили, поджигали и подсматривали за ним днем и ночью.
Испытания герметичности фасадов — на площадке компании Gartner (Германия). С помощью различных приборов испытатели будут имитировать разные типы сильного дождя и их воздействие на стеклопакеты.
Лабораторный участок, где проводилась проливка. Обратите внимание на легкие металлические леса. За ними расположен натурный макет фасада — несколько стеклопакетов в форме параллелограмма.
Тестирование началось. Стеклопакет поливают струей воды под сильным давлением. Вода поступает из вот таких сплинкеров:
Сплинкер не одиночный. То, что выглядело как леса, на самом деле — многочисленные ряды сплинкеров:
В ходе эксперимента выявлен побочный эффект — радуга):
По эту сторону стекла — просто потоп:
Но этого мало. Ведь что такое «дождь» без «ветра»? В бой идет вот такая установка:
Она добавит ураганного ветра:
Теперь за фасадом бушует целый шторм:
С противоположной стороны испытатели, сухие до нитки, в отличие от их коллег снаружи, собирают показатели и фиксируют реакцию фасада на разные «погодные» условия, устойчивость стеклопакета к различным типам дождя, герметичность «обшивки» натурной модели.
А вот другая серия испытаний — огнем.
Тут стеклопакет будут поджигать. Натурные огневые испытания проводятся в поверхностном бетонном бункере, одна из стен которого заменена подопытным стеклом, на котором закреплены датчики:
В ходе первой части будут тестировать реакцию стекла на пожар при работающей системе пожаротушения.
Внутри помещения все готово к поджогу:
Защищать фасад будут вот эти сплинкеры:
Поехали!
Уже через несколько минут внутри бетонной кабины бушует огонь…
И вода… Сплинкеры работают — на фото можно увидеть скопление влаги на раме:
А вот температура фасада при работающей системе пожаротушения. Разные датчики на разных временных точках фиксируют 18–20 градусов на наружной поверхности стекла, выше температура не растет. Результат очень хороший.
Вторая часть испытаний — для подтверждения предела термостойкости стекол. Тут систему пожаротушения выключают и фиксируют максимальные температуры, при которых стекло сохраняет свою целостность, а также — другие свойства без необратимых изменений:
Свыше 600 градусов — хороший показатель. Примерно такой же — у специализированного каминного стекла.
Наконец, еще одно натурное моделирование было проведено для того чтобы оценить эстетические свойства фасада. Сегодня на площадке для моделирования, которая расположена рядом со стройкой, не протолкнуться — там и сетки, и образцы тротуарных покрытий, и варианты оболочки планетария… Но вот этот макет:
… появился на площадке самым первым, почти полтора года назад. В него вставлялись и менялись разные образцы стекол. Группа проектировщиков наблюдала за тем, как выглядит стекло и как оно себя ведет в разных погодных условиях, в разные сезоны и время суток — и днем, и ночью.
Благодаря напылению и тому, что стекло на фасадах — «просветленное», т.е. с минимально возможным содержание «желтящего» оксида железа (менее 0,015 против обычных 0,6–0,8), башня при разном освещении выглядит в холодной гамме. Оттенки зависят от освещенности. Например, днем при ярком солнце и отражении неба — стекла синие:
В пасмурную погоду грани фасада могут выглядеть как серые и бронзовые:
На расцвете и закате в ясную малооблачную погоду наблюдатели могут застать еще один необычный оттенок — красно-фиолетовый:
И все же большую часть времени башня — серо-синего цвета, органично сливающегося с нашим северным небом и гладью холодного Финского залива.
Все эти серии испытаний — на огонь, воду и красоту, подтвердили соответствие фасадных конструкций заданным проектным параметрам.
Как видите, стеклянные фасады могут быть прочными, безопасными, теплыми и красивыми стенами. Наше мнение — лучше камня.
В следующем посте расскажем о том, как достигается эстетический эффект остекления без граней, и как монтируют фасады башни.
