Прозрачный структурализм

«Неправо о вещах те думают, Шувалов,
Которые Стекло чтут ниже Минералов,
Приманчивым лучом блистающих в глаза:
Не меньше польза в нем, не меньше в нем краса…
Пою перед тобой в восторге похвалу
Не камням дорогим, ни злату, но Стеклу...»

М.В. Ломоносов. Письмо о пользе стекла, 1752 г.

Днем рождения именно структурного остекления принято считать 1970 г., когда в Европе был изобретен фасадный силиконовый герметик, стойкий к ультрафиолету. Решение отказаться от видимого крепежа на стеклянном фасаде, то есть довести его идею до предельной чистоты или кульминации, пришла очень быстро. Огромные площади остекления стали символом постиндустриального мира и демократизации общества, когда все кажется открытым, прозрачным и захватывает дух от уже наступившего будущего! Ровная стеклянная высотка – апофеоз научной мысли и хрупкости этого мира в одном, железобетонно-алюминиево-стеклянном флаконе. Впрочем, почему только высотка? Торговый павильон в два этажа тоже в полной мере отражает эпоху.

Структурное остекление. Звучит красиво, по-заграничному, но совершенно не объясняет сути системы. Трудности перевода, или слов подходящих не нашлось, но все привыкли и в целом понимают, что речь идет о возможности создания стеклянного фасада, в котором несущие стекло конструкции полностью спрятаны за этим самым стеклом.

Насколько велика востребованность в структурном остеклении в России? Ответ на этот вопрос приобретает особое значение, особенно, если учесть, что сплошь и рядом можно наблюдать смешение понятий, когда планарное остекление то относят к структурному, то выделяют в отдельный вид. К тому же, занимая свой особый сегмент, и те и другие являются стилевой и технологической принадлежностью коммерческих объектов, в основном классов А-Б: офисов, гипермаркетов и торгово-развлекательных центров. То есть тех построек, которым нужна определенная статусность и всеобщее понимание, что инвестор «бабок потратил, караул!» Даже если они потрачены на фрагмент фасада – все равно понятно: это «круто». Хотя сегодня сфера применения структурного остекления расширяется – уже есть примеры в строительстве элитных жилых комплексов и коттеджей.

Вместе с тем, определитьобъем рынка светопрозрачных конструкций в части структурного остекления крайне трудно, как прокомментировали эксперты АПРОК – практически невозможно. Разбег оценок у различных маркетинговых агентств даже в целом по светопрозрачным конструкциям довольно большой, что неоднократно подтверждалось и по другим строительным материалам. Более того, как отметили в АПРОК, в связи со значительным снижением строительства общественных зданий в большинстве регионов РФ после кризиса 2009 – 2010 гг., объем рынка структурного остекления в последние годы уменьшается.

Однако в целом, Россия сегодня способна обеспечить свои проекты, в том числе и технологически сложными системами. Как отмечает Александр Спиридонов, заведующий лабораторией «Энергосберегающие технологии в строительстве» НИИ строительной физики РААСН, президент Ассоциации АПРОК: «… начиная с 1991 г., в России практически с нуля создана современная отрасль по проектированию, изготовлению и монтажу светопрозрачных конструкций, которая по объему производства сегодня уверенно занимает третье место в мире (после Китая и США). Российские оконные фирмы способны производить конструкции практически любой сложности – имеющееся в стране оборудование это позволяет».

Структурное остекление требует соблюдения массы очень жестких условий по качеству проектирования и строительства, за игнорирование которых сегодня чаще всего критикуют отечественный проектно-строительный комплекс: качество проектной документации снижается, и в большинстве случаев есть проблемы с квалификацией персонала монтажных организаций, что совершенно недопустимо при выполнении работ на сложных и уникальных объектах, где, как правило, и используется структурное остекление.

Поэтому в реальности опыт проектирования и монтажа фасадов со структурным остеклением в России есть у очень небольшого количества проектно-производственных и монтажных компании, часть из которых имеет германское происхождение. Справедливости ради следует отметить, что в последние годы появились и отечественные компании, которые имеют положительный опыт проектирования и монтажа объектов с использованием структурного остекления, в том числе относящихся и к высотному строительству.

В свое время Павел Аандреев, руководитель архитектурного бюро «Архитектурная мастерская Павла Андреева» отметил: «... Я считаю, что у стекла большое будущее, потому что у нас существуют проблемы качества строительства и проблемы эксплуатации готовых объектов. К сожалению, в России разучились качественно строить, а за стеклянным экраном можно «спрятать» все изъяны конструктива, стеклянный фасад не надо перештукатуривать и перекрашивать. Даже, несмотря на то, что стекло недостаточно изучено с позиции теплотехники, у него есть все шансы для того, чтобы очень быстро завоевать рынок».

Тем не менее, если инвестор принимает решение в пользу структурного остекления, то он должен понимать, что выходит на принципиально новый для себя качественный уровень относительно общестроительных реалий России. Это даже приятно, когда вдруг понимаешь, что есть шанс действовать «по уму». При этом структурное остекление в России уже давно не экзотика, – просто это тот случай, когда весь процесс необходимо выстраивать более продуманно и системно, грубо говоря – дисциплинированно.

Что же при этом хочет получить инвестор? Какие творческие задачи может решить архитектор? Какой эффект получит городское пространство? Какие «трещины», «напряжения» и «рояли в кустах» существуют в технологиях структурного остекления?

Чисто технически инвестор получит фасад, в котором воздействие природно-климатических факторов на конструкцию сводится к минимуму, т.к. с внешней средой в непосредственном контакте находится только стекло и герметик. При этом, силиконовые герметики не только выполняют свои базовые функции герметизации, но и защищают элементы фасадов: грамотно выполненная система способна противостоять силе тяги, давлению, сдвигам (скалыванию), непрерывному движению, погодным условиям и переменам температуры. Правильно спроектированные и изготовленные системы структурного остекления переносят ветровую нагрузку на несущую конструкцию. Сам по себе качественный силиконовый герметик имеет хорошую сопротивляемость ультрафиолетовому излучению. В литературе приводятся примеры, как за 35 лет эксплуатации силиконовый слой теряет лишь 5% своих свойств, и выдерживает перепады температуры от – 60⁰С до +150⁰С.

В остальном преимущества структурного остекления относятся к мировоззренческим и стилистическим предпочтениям инвестора и архитектора, к тому, насколько они «глядят в одну сторону».

Козырь для инвестора – хороший фасад акцентирует внимание на финансовой стабильности предприятия (инвестора), ментально демонстрирует открытость к партнерам компании и посетителям здания – это своего рода фасадная программа лояльности к клиенту, и инвестиционный посыл городу.

С позиции архитектуры структурное остекление создает ощущение цельности здания, его монолитности, и при умелом использовании светоотражающих эффектов способно дематерилизовывать здание, превращать само себя в отражение окружающего пространства и т.д. Не говоря уже о «чистых» идеях абсолютно стеклянного здания, когда появляются желания применить стекло предельных габаритов, чтобы максимально исключить даже герметизированные стыки.

Александр Чесноков, руководитель испытательного центра «Стекло» «Института стекла»: «… В настоящее время увеличиваются площади остекления фасадов, что позволяет архитекторам реализовать их творческие замыслы. При этом растут и габаритные размеры используемых листов стекла. 

Уже обычным стало применение в структурном остеклении фасадов листов стекла размерами 3 (4) х 2 (2,5) м, что позволяет одним листом стекла закрыть целый этаж здания по высоте и, соответственно, сократить количество непрозрачных элементов остекления.

Фантазия архитекторов не знает границ, поэтому приходится сталкиваться с их желанием сделать остекление все больших и больших размеров. Уже довелось столкнуться с проектом, где предусматривались размеры листов стекла 10 х 20 м. Пришлось долго убеждать архитектора, что изготавливать такие листы стекла не позволяет сегодняшняя технология производства. Поэтому необходимо помнить о том, что не любые проекты могут быть реализованы».

Вопрос с размером стеклопакета в структурном остеклении действительно достаточно полемичный. Стеклопакет площадью 3 м² уже весит больше 100 кг. Не стоит забывать, что «прозрачность» не синоним слову «воздушность» – по своей плотности (2,5 т/м³) стекло мало уступает алюминию. Таким образом, рост «бесшовной» квадратуры увеличивает толщину стекла (порою вес одного стеклопакета может достигать 1,5 т.), и общую стоимость фасада: начинаются трудности с изготовлением, транспортировкой, монтажом стекла, несущая конструкция тоже должна учитывать соответствующий вес стеклопакета. Вообще, в самой идее структурного остекления тонкий структурный шов вместо прижима для того и делается, чтобы стекло в витраже выглядело снаружи единой массой. Увеличение площади стекла потребует дополнительных мер, прижимных планок, рассекающих фасад. Вот и получается, что попытка уйти от герметизированных стыков за счет площади стекла уносит нас от преимуществ структурного остекления к прямо противоположной точке.

Кроме того, с планами стеклянной «самодематериализации» архитектуры согласны далеко не все. Павел Андреев, архитектор: «Еще на этапе учебы в советское время, да и сейчас, мы читали модные статьи о «принципе умножения пространства», «дематериализации архитектуры» и т.д. Мы все друг за другом повторяли эти словосочетания, не очень хорошо представляя себе, что же это такое на самом деле. Из меня получился достаточно осторожный человек, относящийся к архитектуре, как к чему-то вечному, материальному, и воспринимающий стекло, как продукт, ее дематериализующий. Системы полуструктурного и структурного остекления скрывают вертикальные и горизонтальные несущие профили и создают иллюзию цельностеклянной поверхности. К подобным фасадам я отношусь скептически, причем не столько потому, что «уходит» характерный для витража рисунок переплетов, в связи с чем исчезает отсчет масштаба сооружения, а из-за того, что при малейшей ошибке, совершенной при проектировании, либо неточности, допущенной на стадии монтажа, стена-занавес превращается в «кривое зеркало», которое начинает «ломать» все, что в нем отражается. Это страшно, особенно в старом городе.

К тому же мне не очень понятно, как при нашем климате в зданиях со сплошным остеклением должны решаться теплотехнические проблемы. Решения, применяемые в Гонконге или в Европе, где совершенно другие климатические условия, для России не подходят. Нельзя забывать и о проблемах эксплуатации стеклянных фасадов».

Похожего мнения придерживаются и некоторые европейские архитекторы, поработавшие в российских и «околороссийских» условиях. В 2013 г. германский архитектор Кристиан Хеннеке на архитектурном фестивале в Новосибирске рассказал о своем печальном опыте «сплошного остекления» в схожих с Сибирью климатических условиях северного Китая: «… Следуя мировым тенденциям в архитектуре, проектировщики зачастую «переносят» готовые концепции из пункта «А» в пункт «Б», забывая о необходимости их адаптации к местным условиям. 

К примеру, современные архитекторы во многих странах (Китай, Казахстан, Россия и др.) считают светопрозрачные конструкции лицом сооружений общественного назначения. Однако, стекло, при всех его неоспоримых преимуществах, является выигрышным далеко не всегда.

В качестве неудачных архитектурных решений могу привести офисное здание в Пекине и библиотеку Университета в г. Тяньцзинь (Китай), фасады которых выполнены с применением концепции зимнего сада, предполагающего большое количество светопрозрачных конструкций в оформлении фасада. В результате реализации проектов, выгодно смотревшихся на бумаге, были построены здания, крайне неудобные в эксплуатации. Летом работники офиса страдают от чрезмерной жары, зимой – от холода. В теплое время года, чтобы сделать объект пригодным для использования, приходится прикрывать стекло старыми газетами и пластиковыми панелями, а студенты университетской библиотеки вынуждены использовать зонтики для создания тени.

Необходимо признать, что в этом виноваты мы, архитекторы, сама же технология успешно реализуется в других странах, климат которых отличается от китайского и сибирского тоже. Например, создание подобных зданий в Гамбурге существенно способствует сбережению энергии и является комфортным».

Кстати, этот печальный опыт – «прерогатива» не только зарубежных стран и современной России, – 70-х годах прошлого века в СССР тоже было построено много зданий со сплошным остеклением (Александр Спиридонов отмечает особо одно из них –здание института «Гидропроект» в Москве). Но инвестиционнно-строительные «грабли» остались: в России продолжается строительство зданий, где не предусмотрены ни современные системы климатизации, ни необходимые солнцезащитные устройства (как правило, из-за т.н. ложной экономии инвестиций).

Александр Спиридонов особо отмечает в связи с этим: «… в сегодняшней России абсолютно серьезно обсуждается вопрос о «повторном применении проектов», что предполагает описанный выше Кристианом Хеннеке «прямой перенос» зданий уже построенных, например, в Абу-Даби и понравившихся большому начальнику из Якутска на его историческую родину. Как правило, без изменений и учета климатических условий заполярной родины. Если этот порядок будет «продавлен», мы получим еще большее число «проблемных» зданий. Причем эти проблемы будут иметь масштабы вплоть до катастрофических».

Александр Чесноков, руководитель испытательного центра «Стекло» «Института стекла» выделяет ряд «скрытых рифов», которые стоит учитывать при проектировании и монтаже структурного остекления: «… При проектировании структурного остекления инвесторы и проектировщики иногда забывают о том, что это уже не просто «окошко», а строительная фасадная (!) конструкция, принимающая на себя все эксплуатационные нагрузки, характерные для всех иных видов фасада. Например, к стеклянной стене могут прислониться люди, создав дополнительную нагрузку. Часто приходится сталкиваться с тем, что толщину стекла выбирают из соображений «чтобы само себя держало», забывая о том, что на стеклянную стену, как и любую другую, действуют климатические факторы, ветровые, эксплуатационные нагрузки и т.д. По нашему опыту, стеклопакеты изготовленные из стекла тоньше 6 мм – это стратегическая ошибка, таящая в себе опасность для людей.

Что касается остекления, расположенного выше 75 м, то здесь необходимо применять закаленное стекло толщиной 8 – 10 мм.

Многие программы расчета прочности остекления (особенно, разработанные для ЕС и США) не учитывают диапазон изменения температуры окружающей среды, характерный для России, где это один из основных факторов, определяющих нагрузки на остекление. Причем он действует на остекление тремя путями: из-за колебаний температур листы стекла деформируются, что, во-первых, создает в них дополнительные напряжения, во-вторых, они могут сомкнуться (при низких температурах), что может привести к разрушению стекла. В третьих, из-за большой разницы коэффициентов термического расширения стекла и материалов ограждающих конструкций, особенно алюминия, возможно либо ослабление крепления стекол, либо чрезмерное его обжатие. Например, при размерах стеклопакета 3х2 м, изготовленного при температуре + 20⁰С, закрепленного по 4-м сторонам с помощью алюминиевых профилей и прокладок и находящегося при минимальной для Москвы температуре — 44⁰С, прогиб листов стекла в центральной части составит по 3,5 мм, а уменьшение зазоров между алюминиевой конструкцией и стеклом — 3 мм. Аналогичные примеры можно привести по колебаниям атмосферного давления, влиянию силы ветра и т. д. Следует заметить, что величины деформаций и напряжений в стекле сильно зависят от его формы, способа его закрепления, а также наличия и вида внутренних и накладных раскладок, что то же часто не учитывается.

Структурное остекление в основном применяется на престижных объектах, поэтому заказчики часто предъявляют к его внешнему виду высокие требования, чаще всего это –отсутствие оптических искажений в отраженном свете. Искажения могут возникать по целому ряду причин, многие из которых связаны с низким качеством: использованного стекла, изготовления многослойных или закаленных стекол, стеклопакетов, монтажа остекления (например, неравномерное зажатие стекол прижимными элементами, установка соседних листов стекла в разных плоскостях), а также в силу деформации стекол под действием климатических факторов.

Как показывают расчеты, чтобы оптические искажения в отраженном свете в условиях Москвы с достаточно широким диапазоном температур и давлений отсутствовали, необходимо толщину применяемых стекол увеличить примерно в 2 раза по сравнению с прочностным расчетом».

Рассчитывать на то, что все ответы есть в нормативной базе – особо не приходится. Таковой по структурному остеклению в России нет. Утешает то, что в мире то же. Частично вопросы структурного остекления затрагиваются в нормативных документах на стеклопакеты, особенно в проекте нового ГОСТ 24866, поэтому, сегодня и на будущее качество реализации проектов структурного остекления лучше доверять тем немногим специализированным холдингам, кто имеет проработанные системы, проектные и монтажные группы, портфолио, объекты из которого можно реально посмотреть (по сути – проверить).

Денис Банников, обозреватель