CC BY
27
Применение структурных мембран в реконструкции исторических
зданий
А.В. Северин, В.С. Петрова, А.А. Коробкова Тульский государственный университет, Тула
Аннотация: В данной статье рассмотрены основные принципы использования структурных мембран в реконструкции зданий и сооружений. Подробно описаны три принципа вмешательства в существующую архитектуру. Даны характеристики целей, на достижение которых направлен каждый из перечисленных принцип. На примере нескольких зданий проанализировано использование текстильных мембран для достижения основных целей реконструкции, описаны положительные и отрицательные аспекты реставрациис использованием текстильных мембран. В заключение сделаны выводы о преимуществах использования мембран для сохранения исторического наследия и возможных перспективах развития областей применения данной конструкции. Ключевые слова: архитектура, мембраны, реконструкция, реставрация, структурные конструкции.
1. Введение
Структурные мембраны особенно хорошо подходят для реконструкции существующих зданий и городских пространств, особенно исторических, когда возникает необходимость увеличения площади пола или модернизации существующих площадей [1]. В то время как в прошлом структурные мембраны использовались главным образом в качестве системы покрытия, в настоящее время возникает более широкий круг требований. Таким образом, множество разнообразных решений в области текстильной архитектуры может значительно удовлетворить многие нюансы, связанные с защитой и оценкой культурного наследия [2].
2. Принципы вмешательства в существующие здания Текстильная архитектура и структурные мембраны потенциально
предлагают несколько преимуществ, таких как высокая гибкость, низкое визуальное воздействие, естественные формы, модульность, пригодность для любой геометрии, возможность многократного использования, легкая несущая конструкция, легкая транспортировка, низкие требования к
техническому обслуживанию и быстрая установка или демонтаж. Тем не менее, необходимо изучить характеристики материалов, а также методологию проектирования, чтобы обеспечить качество решений в конкретном контексте, который тесно связан с особенностью существующих зданий.
В соответствии с принципами Международного совета по сохранению памятников и достопримечательных мест (ИКОМОС) вмешательства на исторических зданиях и местах должны:
1) Сохранить исторический характер и особое значение объекта наследия;
2) Быть неинвазивными и совместимыми с существующими размерами, масштабом и архитектурными ценностями объекта наследия;
3) Отличаться от исторических частей и быть обратимыми.
Первый принцип относится в первую очередь к подходу замены, стремящемуся воссоздать недостающий участок или компонент (чаще всего крышу) здания, который был передан нам из предыдущей эпохи. Этот подход требует наивысшего уровня точности на этапе проектирования, чтобы:
1) сохранить, насколько это возможно, исторический характер наследия;
2) избегать эксплуатационных проблем в будущем (например, конденсация);
3) обеспечивать обмен воздуха и оптимальную вентиляцию под восстановленной зоной.
Второй принцип должен учитываться главным образом в подходе интеграции. Добавление функций к старому зданию требует дополнительного пространства, и это приводит к обзору всей структуры и поиску диалога между новыми и старыми компонентами здания [3]. Все это приводит к кропотливой работе с целью найти:
1) языковую согласованность;
2) структурную совместимость;
3) возможную связь между различными материалами и методами.
Третий принцип является более сложным. Меньше случаев, когда архитекторам удается правильно выделить разницу между тем, что завещали нам предыдущие столетия, и тем, что добавляется. Такой подход должен обеспечивать четкое различие между объемами и позволять зрителю интерпретировать динамику и контрасты между новыми и старыми элементами. В контексте мембранных структур подобный вид вмешательства обусловлен подходом сопоставления исторических и новых элементов, когда текстильный материал становится легким мостом между средой прошлого и настоящего.
Несмотря на большое количество рассмотренных тематических исследований становится понятно, что невозможно установить точное количество лучших практик по применению мембран в архитектурном наследии [4]. Благодаря нескольким приведенным ниже примерам можно подчеркнуть, что подход сопоставления не только кажется совместимым с эстетикой мембранных структур, но также чаще всего является предпочтительным и технически легко осуществимым.
3. Примеры реконструкции сооружений с использованием мембран.
Рис. 1 - Корбера д'Эбр реставрация церкви.
Завершение новых строительных работ в церкви без крыши на холме в Корбера-д'Эбре является ярким примером восстановления здания при сохранении его архитектурного облика (рис. 1). Крыша была разрушена во время гражданской войны в Испании (1936-1939 гг.), а ее руины остались памятником событиям, которые сильно повлияли на город и его жителей. Тем не менее, 75-летняя церковь начала разваливаться, что соответственно ограничило ее использование для культурной, социальной или религиозной деятельности. По этой причине была предложена новая прозрачная крыша из ЕТБЕ [5]. Идея прозрачности крыши возникла из-за необходимости как можно больше поддерживать характер постройки, сохранять ощущение пребывания на улице, держать церковь открытой для неба [6]. Идея состояла в том, чтобы сделать крышу легкой (из ЕТБЕ, а не из стекла), была цель как можно меньше повлиять на существующие стены, которые были увенчаны железобетонным кольцом. Таким образом, ряд кольцевых пластин мог быть закреплен в кольце, которое поддерживает конструкцию. Сама крыша состоит из рамы, изготовленной из холоднокатаных Ц-стальных швеллеров [7]. Мембрана опирается на арки, а кабели растягивают ее и обеспечивают двойную кривизну. Кроме того, путаница между добавленными элементами и старыми не возникает из-за зазора, оставленного между рамой и несущими стенами. Таким образом, был добавлен прозрачный, простой слой крыши ЕТБЕ, чтобы дать возможность вернуть старую церковь горожанам, превратив ее в новое и безопасное многофункциональное общественное пространство (рис. 2)
Рис. 2 - конструкция реставрации церкви на холме в Корбера д'Эбр.
«Паласио де Минерия» в старом центре Мехико был спроектирован архитектором Мануэлем Толса и построен между 1797 и 1813 годами. Он считается шедевром латиноамериканского неоклассицизма, который необходимо сохранить. Здесь находится несколько учреждений, а его двор размером 26 x 26 м часто используется для проведения различных социальных, культурных, коммерческих и научных мероприятий, таких как книжные ярмарки, конференции, концерты, курсы, выставки и показы мод. Чтобы обеспечить тень и защиту от дождя, в 2002 году был спроектирован и изготовлен «чехол», который стал символом текстильной архитектуры в Мексике. После девяти лет эксплуатации конструкция все еще находилась в хорошем механическом состоянии, но на ее внешний вид сильно повлиял высокий уровень загрязнения и отсутствие регулярного технического обслуживания [8]. Поэтому покрытие было заменено в 2011 году, что дало возможность усовершенствовать материал от полиэстера Précontraint 705 с ПВХ-покрытием Serge Ferrari до стойкого к загрязнению, 100% пригодного
для повторного использования и долговечного нового материала того же производителя (рис. 3).
Рис. 3 - Крыша для центрального двора «Паласио де Минерия», Мехико.
План включал требование не изменять ни существующую конструкцию, ни внешний вид, а это означает, что никаких элементов конструкции крыши не должно быть видно с улицы. Это требование подразумевало, что вмешательство должно быть минимальным и что высота мачт будет ограничена. Кроме того, для того чтобы уменьшить воздействие до минимума, пластины для крепления и поддержки мачт были заделаны в бетонную плиту, залитую в 1973 году во время реставрационных работ по замене бывших деревянных балок и крыши. Мачты имеют высоту 9 м и предварительно напряжены с помощью стяжек, чтобы уменьшить изгиб и поперечное сечение.
Полупрозрачная мембранное покрытие 35 х 35 м было создано при помощи программного обеспечения «Easy - TechNet GmbH» и изготовлено компанией «Carpas y Lonas El Carrusel SA» (Cleaver, Mexico) в виде единого элемента, чтобы избежать стыков, уменьшить трудозатраты и свести к минимуму отверстия [9]. Его радиальная схема определяет четыре гиперболические параболоидные поверхности, разделенные четырьмя V-образными формами. Оно поддерживает оси здания, подчеркивая его центральную симметрию. Общая двойная кривизна и тонкая, белая форма напоминает и чтит сооружения Феликса Канделы, которые составляют другие достопримечательности города.
Мансардное окно имеет диаметр 2,5 м и поднимается на 23 м над уровнем пола. Оно состоит из кольца из оцинкованного швеллера и угловых стальных профилей, охватывающих прозрачную, термоформованную, ударопрочную акриловую поверхность [10]. Мансардное окно было предусмотрено, чтобы обеспечить верхнее освещение во дворе, способствуя легкой сборке и демонтажу крыши, учитывая, что один из принципов, на которых основывалась крыша, заключался в том, что ее можно было снять, если потребуется, чтобы оставить внутренний двор здания, как это было изначально задумано.
Для монтажа мембрана и окно были раскинуты на полу, а на крыше подняли мачты. Подъем осуществлялся с помощью электродвигателей, тросов и шкивов таким образом, чтобы различные этапы процесса монтажа можно было обдумать на месте [11]. Таким образом, историческое здание было улучшено за счет функциональности мембраны, которая была разработана с учетом официальных правил Паласио-де-ла-Минтерия, чтобы сохранить архитектурный облик. Мембрану было легко установить и легко демонтировать, она достаточно легка, чтобы опираться на существующую
конструкцию без специальной арматуры. Кроме того, если убрать крышу, все ее элементы исчезнут, и двор вернется в исходное состояние.
В следующем тематическом исследовании представлен современный велариум как вмешательство в наследство, относящееся к стратегии интегрированного проектирования. Выдвижную крышу во дворе резиденции в Зальцбурге (рис. 4) нельзя строго рассматривать как замену, поскольку наличие более старого велариума не задокументировано, но это выглядит как яркий пример интеграции по двум причинам:
1) она представляет собой другой подход к защите территории под открытым небом
2) результат в значительной степени согласуется с превентивный принципом, в котором обратимые и сезонные структуры предпочтительнее постоянных.
Рис. 4 - Выдвижная крыша в Зальцбургской резиденции.
Поскольку в Зальцбургской резиденции уже несколько лет проходит Зальцбургский фестиваль во внутреннем дворе, убирающаяся мембрана защищает двор, открываясь и закрываясь автоматически в течение нескольких минут. Вся кровельная конструкция, разработанная Kugel Architects (Stuttgart, Germany) в 2012 году, будет собираться и разбираться в течение многих лет. Имея это ввиду, зданию не требуются альтернативные помещения для защиты от плохих погодных условий. Части здания, которые
необходимо сохранять, остаются без изменений, поскольку только незначительные горизонтальные силы передаются на фасады [12].
Стальной каркас, поддерживаемый четырьмя стальными колоннами, служит мостиком для осветителей, расположенных на высоте 14 м над уровнем земли. Прямоугольная покрывающая поверхность размером 22 х 37 м может быть закрыта параллельной складной текстильной мембраной, перемещающейся вдоль каркасных балок. При открытии крыши, мембрана становится предварительно напряженной в обоих направлениях, чтобы выдержать ветровые нагрузки. Когда крыша открывается, мембрана складывается под укрытие на восточной стороне, которое также закрывает несимметричную часть двора.
Исторические города полны дворов под открытым небом, в которых в течение разных сезонов проводится несколько мероприятий. Таким образом, хорошо спроектированные и долговечные мембранные структуры предпочтительнее плохих и временных решений. Подобные подходы должны быть приняты во внимание в уже застроенной среде.
4. Заключение
Ведущие мировые органы по защите глобального наследия все больше поддерживают разработку качественных текстильных конструкций в качестве системы защиты архитектурного наследия, находящегося под угрозой исчезновения, в соответствии с высокими стандартами защиты, гибкости и обратимости. Поскольку текстильные конструкции по своей природе гибкие и полупрозрачные, они могут выполнять множество различных сложных функций, удовлетворяя требования защиты объектов культурного наследия. Отбор тематических исследований направлены на то, чтобы показать широкий спектр возможных применений структурных мембран при реконструкции и выделить передовые методы в их нынешнем применении. Тем не менее, текстильные материалы и конструкционные
мембраны, по-прежнему недостаточно используются при ремонте по сравнению с другими строительными материалами.
В целях оптимизации сохранения и видимости культурного наследия выбор соответствующих материалов для укрытия и защиты старых зданий и древних памятников является одним из наиболее важных вопросов, требующих дальнейшего изучения. Его необходимо обновить, чтобы включить новые материалы и строительные технологии, доступные в настоящее время. Дальнейшие сравнительные исследования легких материалов, позволят структурным мембранам играть все более важную роль в сохранении и передаче нашего сконструированного наследия будущим поколениям.
Литература
1.Бадьин, Г. М., Сычев С. А. Современные технологии строительства и реконструкции зданий. — СПб.: БХВ-Петербург, 2013. — 288 с.: ил.
2.Onate E., Kroplin B., Bletzinger U. Structural Membranes 2015 - VII International Conference on Textile Composites and Inflatable Structures. CIMNE, Barcelona, 2015. pp.105-114.
3.Bogner-Balz H., Mollaert M. TensiNet Symposium. Sofia: University of Architecture, Civil Engineering and Geodesy, Brussels: Tensinet, 2010. pp.311360.
4.Boxer K., Scheuermann R. Tensile Architecture in the Urban Context. Architectural Press, 1996. pp.24-37.
5.Кудрявцев П.Г., Фиговский О.Л. Нанокомпозитные органоминеральные гибридные материалы // Инженерный вестник Дона, 2014, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2476
6.Oliva J.G., Valdez-Olmedo E. The design and application of lanterns in tent structures. Structural Membranes 2011 - V International Conference on Textile Composites and Inflatable Structures, CIMNE, Barcelona, 2011. pp.233-243.
7.Еремеев П. Г. Пространственные тонколистовые металлические конструкции покрытий / П. Г. Еремеев. — Москва: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2006. - 560 с.: ил.
8.Кудишин Ю.И., Дробот Д.Ю. К вопросу о живучести строительных конструкций // Строительная механика и расчет сооружений, № 2 (217), 2008. с. 36 - 43.
9.Zanelli A. Innovative solutions for ultra-lightweight textile shelters covering archaeological sites. Second International Conference on Structures & Architecture ICSA 2013, 2013. Volume: Proceedings of the Second International Conference on Structures & Architecture ICSA 2013. pp. 1-8. doi.org/10.1201/b15267-184
10.Фиговский О.Л. Нанотехнологии - эффективность и безопасность (зарубежный опыт, обзор новых нанотехнологий) // Инженерный вестник Дона, 2011, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2011/512
11.Канчели Н.В. Строительные пространственные конструкции. М.: АСВ, 2008 - 126с.
12.Zanelli A. Architectural fabric structures in the refurbishment of archaeological and cultural heritage areas. Fabric Structures in Architecture, 2015. pp.481-527. doi.org/10.1016/B978-1-78242-233-4.00015-2
References
1.Bad'in G. M., Sychev S. A. Sovremennye tehnologii stroitel'stva i rekonstrukcii zdanij [Modern technologies of construction and reconstruction of buildings]. SPb.: BHV-Peterburg, 2013. 288 p.:il.
2.Onate E., Kroplin B., Bletzinger U. Structural Membranes 2015 - VII International Conference on Textile Composites and Inflatable Structures. CIMNE, Barcelona, 2015. pp.105-114.
3.Bogner-Balz H., Mollaert M. TensiNet Symposium. Sofia: University of Architecture, Civil Engineering and Geodesy, Brussels: Tensinet, 2010. pp.311360.
4.Boxer K., Scheuermann R. Tensile Architecture in the Urban Context. Architectural Press, 1996. pp.24-37.
5.Kudrjavcev P.G., Figovskij O.L. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2476
6.Oliva J.G., Valdez-Olmedo E. The design and application of lanterns in tent structures. Structural Membranes 2011 - V International Conference on Textile Composites and Inflatable Structures, CIMNE, Barcelona, 2011. pp.233-243.
7.Eremeev, Pavel Georgievich. Prostranstvennye tonkolistovye metallicheskie konstrukcii pokrytij [Spatial sheet metal structure coatings]. P. G. Eremeev. Moskva: Izd-vo Assoc. stroit. vuzov, 2006. - 560p.:il.
8.Kudishin Ju.I., Drobot D.Ju. «Stroitel'naja mehanika i raschet sooruzhenij», 2008. pp. 36-43.
9.Zanelli A. Second International Conference on Structures & Architecture ICSA 2013, 2013. Volume: Proceedings of the Second International Conference on Structures & Architecture ICSA 2013. pp. 1-8. doi.org/10.1201/b15267-184
10.Figovskij O.L. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2011, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2011/512
11.Kancheli N.V. Stroitel'nye prostranstvennye konstrukcii [Construction and spatial design]. M.: ASV, 2008. 126p.
12.Zanelli A. Fabric Structures in Architecture, 2015. pp.481-527. doi.org/10.1016/B978-1-78242-233-4.00015-2
