Предпочтительные материалы для создания оболочки это-железобетон, металл, древесина, полимерные, тканые и композиционные материалы.
Пневмолинзы и пневмопанели используются как конструктивные элементы в виде арок, стержней, стоек, балок, стеновых панелей и элементов кровли.
Современные материалы, используемые в мембранных конструкциях, превращают их из временных сооружений в полноценные долговременные архитектурные конструкции, обладающие рядом преимуществ по сравнению с традиционными.
Наибольшее распространение для целей использования в мембранной архитектуре получили: полиэстер, покрытый поливинилхлоридом (ПВХ); стекловолокно, покрытое политетрафторидэтиленом (PTFE), а также пленки из этилентетрафторидэтилена (ETFE).
ПВХ-ткани – широко используемый материал с большими возможностями по разрывной нагрузке, достаточно эластичен (удлинение под нагрузкой до 30%) и хорошо обрабатывается. ПВХ-ткани могут быть полупрозрачными и светоблокирующими. Возможно окрашивание ПВХ в массе или нанесение рисунка на готовое изделие. Поверхность ПВХ-тканей покрывается специальными составами и лаками для защиты от солнечной радиации, плесени и старения. Путем введения специальных добавок можно менять свойства и усиливать противопожарную защиту и стойкость к холоду. Срок службы отдельных видов ПВХ-тканей составляет примерно 20 лет.
PTFE-ткани на основе стекловолокна обладают уникальными свойствами по несущей способности и прочности. В течение всего срока службы (по меньшей мере 30 лет) PTFE-ткани успешно противостоят неблагоприятным условиям окружающей среды. Также как ПВХ-ткани, ткани на основе PTFE могут быть полупрозрачными и хорошо рассеивать свет.[1]
Примером использования панелей ETFE для решения сразу нескольких задач служит недавно созданный футбольный стадион в Мюнхене от прославленной пары – Жака Херцога и Пьера де Мерона.
Рис.15.Общий вид стадиона "Альянс Арена". Мюнхен.
Этилен-тетрафторхлорэтилен (ETFE). Основной чертой этого сополимера является простота обработки. Он хорошо приспосабливается к экструзии, а также литьевому формованию и формованию из расплава, трансферному формованию или прессованию, центробежной формовке и выдувному формованию. В расплавленном состоянии ETFE имеет высокую текучесть, и поэтому он обеспечивает более высокую скорость обработки, чем другие фторполимеры, такие как FEP и перфторалкоксидные смолы. Постоянная температура использования ETFE – примерно 150°C – ниже, чем у других фторполимеров. Тем не менее, для этого материала характерны: механическая жесткость и химическая инертность
Пленки из ETFE используются для ламинирования стекловолоконных тканей и металлических сеток, в такой комбинации они выполняют роль защиты от всех видов климатических воздействий. Благодаря тому, что ETFE-пленки пропускают свет на 95%, их используют как прозрачные кровли зданий в видепневмолинз и пневмопанелей.
Кроме того, панели ETFE позволяют регулировать теплопроводность оболочки за счет того, что в них может быть закачан разный объем воздуха
Рис.16.. Регулирование теплопроводности оболочки:
а) сбережение тепла внутри помещения; б) охлаждение.
Из новейшего строительного материала – пластика ETFE – уже построены британский центр изучения экологии EdenProject и небоскреб торгово-развлекательного центра «Хан Шатыры» в Астане (Казахстан)
Рис.17.«Хан Шатыры» г. Астана
PTW играет с геометрией, совмещая естественные, если не сказать природные элементы, вроде кристаллов, клеток и молекулярных структур, с некоей натуральной же хаотичностью. Несмотря на свой органический вид, структура — простая стальная пространственная рама, состоящая из двух частей: запутанной внутренней (хитросплетение трёх узлов и четырёх различных членов) и внешней, формирующей крышу и потолок. Здесь структура из панелей ETFE (EthylenTetrafluorethylen) развивается уже не двухмерно, как в «Альянс Арене» в Мюнхене, а трехмерно, судя по доступным иллюстрациям этого объекта.
Рис.18. Структура "Куба"
Структуры из данного материала, особенным образом реагирующие на освещение и проекции, PTW разрабатывала совместно с китайскими партнёрами и фирмой Arup. Говорится также, что структура на основе ETFE "идеально подходит для сейсмических условий Китая".
Кроме того, австралийские архитекторы подчёркивают и тот факт, что Watercube – это "очень эффективный зелёный дом", то есть дружественное экологии сооружение. Просто обычные плавательные центры достаточно энергоёмкие, а высокотехнологичная оболочка здания "Водяного куба" улавливает до 90% "входящей" солнечной энергии, которая используются для подогрева воды в бассейне и других целей внутри здания.
Как пишут архитектурные журналы, "Watercube" будет иметь воздействие на всю архитектуру XXI века". Так ли это, ещё предстоит выяснить. Но очевидно, что представление о плавательных бассейнах "Водяной куб" изменить вполне может.
О возрастающей популярности структур из ETFE – панелей говорят и результаты международного конкурса на реконструкцию стадиона имени Кирова в Санкт-Петербурге. В трех из пяти проектов-финалистов предполагается использование этих структур
Рис.19.. Конкурсное предложение по реконструкции стадиона им. Кирова "Космический корабль" в Санкт-Петербурге
Развитие технологий во второй половине ХХ века привело к прорыву в области мембранной архитектуры. Мембранные покрытия стали таким же важным элементом в строительстве, как камень, стекло, металл и дерево. Дальнейшее развитие технологий идет в направлении создания многослойных форм мембранных конструкций, обладающих свойствами полноценной тепло- и звукоизоляции, а также конструкций, использующих солнечную энергию. [2]
Используемые источники:
1. Новиков Ю. Н. Архитектурные мембранные конструкции.URL: https://www.flexpro.ru/text.htm
2. Куршакова В.Н. Проблемы применениямембранных конструкций в современной архитектуре.URL: https://book.uraic.ru/project/conf/txt/005/archvuz22_pril/14/template_article-ar=K21-40-k21.htmейших
Заключение
Оболочкии скорлупы, безусловно, являются одним из перспективных направлений в строительстве. Они оправдывают название «конструкций XXI века», как их успели окрестить инженеры. Об этом свидетельствует неуклонно растущее количество сооружений, выполненных по данной технологии и интерес заказчиков.
Потенциал технологии велик, особые перспективы конструкциям специалисты предрекают в практически неограниченных возможностях архитектурных форм, успешном применении в суровых и меняющихся климатических условиях, в проекции на будущие, значительно меняющиеся условия сосуществования населения Земли. Но для реализации этого потенциала потребуется выполнить еще немало разработок в области развития материаловедения, автоматизации проектирования, строительных норм и правил.