Светопрозрачные фасады высотных многофункциональных зданий

Стекло относится к материалам, использование которого для отделки фасадов позволило придать им особый облик, соответствующий представлениям об идеальном современном здании. Этому способствуют эстетические качества стеклянной поверхности, которая может быть зеркальной, полупрозрачной, цветной. Также играет роль элегантный вид конструкций рам, возможность получения четких граней и правильных изгибов, больших гладких поверхностей. В целом остекленное здание выглядит аккуратным. Кроме того, применение стекла в отделке фасадов подчеркивает владение строителей высокими (сложными) технологиями, являющимися результатом прогресса инноваций. Для этого требуется сложное производство изделий имеющих особые эксплуатационные и эстетические качества, обеспечение высокой точности монтажа конструкций. Все это обеспечивает имидж тем, кто может выполнить такое здание, и тем, кто им пользуется.
Отношение профессионалов к стеклу в архитектуре не однозначное. Одни критики считают, что современное здание со стеклянным фасадом может быть уместно в любом архитектурном контексте, не подавляя историческое окружение, а отражая и умножая его шедевры. Другие - поднимают проблему безликости архитектуры стеклянных зданий, потерю в ней национальных черт. В качестве примеров можно привести т.н. «международный» стиль, внедренный Мис ван дер Роэ, в его постройки «Лейк шор Драйв», «Сигрем билдинг» и многие другие здания ООН в Нью-Йорке, Конгресса в Бразилии, института «Гидропроект» в Москве, позволяют говорить  о том, что «стеклянная» архитектура универсальна и одинакова для любой точки земного шара, также как типовые проекты крупнопанельных домов.
На практике использование светопрозрачных фасадов не всегда обеспечивает высокие качества архитектуры, остекление не абсолютный принцип получения современного престижного здания, действующий во всех случаях. Его применение еще не означает, что здание будет удачным. Стекло всего лишь материал фасада, одно из средств архитектуры, применение которого должно быть уместным в конкретном случае. Для этого необходимо удовлетворить массу требований, предъявляемых к будущему зданию, что обеспечивает методика проектирования. В соответствии с ней, как правило, на первом месте находится архитектурно-планировочное решение, разрабатываемое с учетом функции здания, которому подчинены архитектурно-художественное решение, основанное на законах композиции, а также конструктивное решение.
Светопрозрачные фасады, применяемые при строительстве современных зданий, имеют большое разнообразие по архитектурным эстетическим и техническим характеристикам. Их классификация по этим признакам позволяет создать систему, облегчающую выбор решения фасада архитектором. Для этого предлагается выполнить классификацию по двум направлениям -  архитектурному и конструктивному решению. В этом случае архитектурное решение определит выбор остекления фасада в соответствии с архитектурно-планировочными и архитектурно-художественным требованиям, а конструктивное – в соответствии с требованиями к конструкциям и их материалам.
Классификация светопрозрачных фасадов по архитектурному решению позволяет выделить следующие группы: перфорированные, ленточные, сплошные,  вентилируемые с облицовкой из стекла, двойные.
Фасады с перфорированным остеклением (рис. 1) используются при архитектурном решении здания, когда рамы устанавливаются между несущими элементами его каркаса (выступающими торцами перекрытий, балками, колоннами, торцами стен). Получается фасад, на котором остекленные плоскости разделены по горизонтали и вертикали. Конструкции фасадной системы в данном случае опираются на перекрытия, а также крепятся по бокам к стенам, или колоннам, а сверху к потолку.


Фасады с ленточным остеклением (рис. 2) создаются непрерывными горизонтальными проемами без простенков. В результате образуются поэтажные ленты по одному фасаду или всему периметру здания, состоящие из непрерывной остекленной полосы и непрерывной непрозрачной подоконной части стены. Несущие колонны и стены в данном случае выполняются утопленными за ленту остекления. Конструкции фасадной системы в данном случае опираются на перекрытия или подоконную стену, сверху крепятся к потолку, а также могут крепиться к торцам стен и колонн.
Фасады со сплошным остеклением (рис. 3) представляют собой непрерывную в горизонтальном и вертикальном направлении внешнюю стеклянную оболочку. Изнутри остекление выполняется от пола до потолка, от стены до стены. Конструкции такого фасада крепятся путем их подвешивания к торцам (передним кромкам) междуэтажных перекрытий с помощью консольных кронштейнов.
 

Вентилируемые фасады с облицовкой из стекла позволяют достичь впечатления сплошного остекления фасада, тогда как помещения имеют обычные окна. Они обеспечивают остекление простенков и глухих участков фасада, при этом остекление стен и окон может выполняться в одной плоскости. Такие конструкции освоены фирмами, выполняющими вентилируемые фасады, и крепятся кронштейнами к наружной стене. Они выполняются аналогично обычным не прозрачным вентилируемым фасадам с воздушным зазором. Часто используются в архитектурных решениях современных зданий, для создания впечатления сплошного остекления. Стеклянная поверхность над стенами выполняет декоративную роль, и закрывает от внешних воздействий утеплитель. Внешняя расшивка состоит из планок шириной 75 и 80 мм.
Данные системы могут применяться совместно с любыми другими (перфорированном, ленточном и другом остеклении) для облицовки глухих участков.
Двойные фасады (рис. 4) предполагают сплошное остекление, но отличаются от рассмотренных выше тем, что имеют основной - внутренний и дополнительный - наружный слои остекления. Внутренний и наружный слои фасада устраиваются на различном расстоянии друг от друга, которое может быть от нескольких дециметров до 2-х метров. При этом, дополнительный наружный слой, как правило, имеет одинарное остекление и выполняет функции защиты от порывов ветра, осадков и солнца. Он может иметь открывающиеся рамы и солнцезащитные жалюзи. Основной внутренний слой имеет двойные или тройные стеклопакеты, может быть выполнен в виде фасада со сплошным, ленточным, перфорированным остеклением, или любой иной системы.


Однако нельзя не упомянуть большое количество критических материалов о данных решениях [1].
Классификация светопрозрачных фасадов по конструктивным решениям позволяет выделить следующие группы: опорно-ригельные, рамные, спайдерные, структурные, полуструктурные, вентилируемые и тепло-холодные вентилируемые, панельные.
Опорно-ригельная конструкция состоит из вертикальных опор и горизонтальных перемычек - ригелей, собираемых на месте. Несущая структура остается с внутренней теплой стороны. Монтаж данной конструкции яв¬ляется достаточно сложной операцией. Элементы заполнения, то есть все стеклопакеты, панели и крепежные элементы доставляются разрозненно и собираются на месте. Процесс монтажа ведется снаружи здания. Как правило, для монтажа требуется возведение строительных лесов. В случае плохих метеоусловий сборка значительно затрудняется и увеличивается вероятность допущения ошибок.
Данные конструкции применяются для фасадов с перфорированным, ленточным, сплошным остеклением, а также для вентилируемого фасада с облицовкой из стекла. Кроме того, они могут быть использованы для остекления зимних садов, светопрозрачных крыш, куполов.
Рамная конструкция состоит из каркаса, образованного вертикальными опорами и горизонтальными перемычками, в который вставляются рамы с остеклением, имеющие заводскую готовность. Несущая структура остается частично снаружи и должна иметь утепление. Конструкция имеет ряд отличий от опорно-ригельной, основным из которых является то, что монтаж и застекле¬ние (установка рам) производится изнутри. Учитывая заводскую готовность рам, можно сказать, что погодные условия гораздо меньше влияют на процесс сборки.
Данные конструкции используется для фасадов со сплошным остеклением, при перфорированном и ленточном остеклении, а также для двойных фасадов.
Структурное остекление основано на способе установки стекол и стеклопакетов, при котором рамы не видны на внешней плоскости фасада, за счет чего создается эффект сплошной стеклянной поверхности с малозаметными швами. Стекла или стеклопакеты приклеиваются к алюминиевой раме, вставляемой в опорно-ригельный каркас, или непосредственно к несущему каркасу. При этом оконные стекла (стеклопакеты) вплотную примыкают друг к другу и крепятся клеем снаружи без видимых крепежных лент или иных фикси¬рующих элементов. Несущий каркас остается с внутренней теплой стороны. Процесс монтажа стеклопакетов ведется снаружи здания. Как правило, для монтажа требуется возведение строительных лесов. В случае плохих метеоусловий сборка значительно затрудняется и увеличивается вероятность допущения ошибок.
Используется для фасадов со сплошным остеклением, а также для вентилируемого фасада с облицовкой из стекла, при перфорированном и ленточном остеклении. Необходимо заметить, что данные решения считаются опасными и практически не используются в ряде стран, в том числе и Германии [2].
Полуструктурное остекление отличается от структурного тем, что каждый стеклопакет обрамлен фиксирующим алюминиевым кантом, видимым снаружи, что позволяет избежать падения стекла при повреждении клея.
Используется для фасадов со сплошным остеклением, а также для вентилируемого фасада с облицовкой из стекла, при перфорированном и ленточном остеклении.
Спайдерное остекление новое решение для остекленных фасадов. Основано на использовании каркаса, образованного вертикальными опорами и горизонтальными перемычками, в который вставляются стеклопакеты. Герметизация достигается за счет заливки пространства между стеклопакетами и каркасом специальным силиконовым герметиком. Сами стеклопакеты держатся на специальных кронштейнах — спайдерах, которые крепятся к несущему каркасу.
Используется для фасадов со сплошным остеклением, а также для вентилируемого фасада с облицовкой из стекла, на глухих участках при перфорированном и ленточном остеклении.
Тепло-холодные вентилируемые фасады являются вариантом вентилируемых систем и применяются там, где имеются глухие участки стен, не требующие  термоизоляции всей поверхности. Стеклянная поверхность над стенами выполняет только декоративную роль. В этом случае может быть использован облегченный каркас без терморазрыва (специальных мероприятий, обеспечивающих снижение теплопотерь через несущие элементы каркаса), что упрощает конструкцию и позволяет уменьшить стоимость фасада.
Используется для вентилируемого фасада с облицовкой из стекла, на глухих участках стен (торцов, простенков и т.п.).
Панельные фасады производят в цехах в виде готовых к монтажу фрагментов. Они уже включают каркас с установленными стеклопакетами и открываемыми элементами. Такие фасады отличаются минимальными сроками производства и монтажа. Процесс монтажа ведется снаружи здания. Как правило, для монтажа требуется возведение строительных лесов. В случае плохих метеоусловий сборка значительно затрудняется и увеличивается вероятность допущения ошибок.
Используется для фасадов со сплошным остеклением, а также при перфорированном и ленточном остеклении.
Классификация материалов конструкций остекленных фасадов предусматривает деление на следующие группы: алюминиевые, стальные, комбинированные.
Алюминиевые профили выполняются, как правило, из «трехкомпонентного сплава» алюминий, магний, кремний и имеют антикоррозионное покрытие. Алюминий обладает высокой теплопроводностью, поэтому обычно все производители выпускают два вида профилей: "холодные" и "теплые". "Холодные" профили не подходят для фасадов отапливаемых зданий. "Теплые" профили имеют в своей конструкции теплоизолирующую вставку, которая обеспечивает лучшую теплоизоляцию профиля. Вставка изготавливается из армированного стекловолокном полиамида. Для повышения термо- и звукоизоляции она может быть выполнена из полиуретана.
Декоративная отделка профиля обеспечивается анодированием, окрашивание порошковым методом и имитация поверхности различных материалов, при этом форма внешних накладок может быть самой разной - плоской и коробчатой, полукруглой и чечевицеобразной.
Стальные профили издавна применялись у нас в одинарном переплете. Сейчас на смену им пришло новое поколение стальных фасадов, которое по сопротивлению теплопроводности, коррозионной стойкости, дизайну не уступает алюминиевым фасадным системам, и имеет существенные преимущества по цене. Так же и как алюминиевые, стальные профили могут быть "теплые" и "холодные".
Декоративная отделка осуществляется за счет различных видов окраски, обеспечивающих широкие возможности в плане цвета, фактуры и текстуры.
Комбинированные профили внешне похожи на профили из ПВХ, которые всем хорошо знакомы по пластиковым окнам и дверям, но изнутри они усилены армирующим стальным профилем. Достоинством фасада из таких конструкций считается возможность использования пластиковых окон.
Другим вариантом комбинированных конструкций является совмещение стального каркаса и алюминиевого профиля. Когда необходимо остеклять большие пролеты, то часто становится экономически целесообразно установить дешевый стальной каркас, на который закрепить алюминиевые конструкции, чем увеличить их жесткость.
Декоративная отделка алюминиевых и стальных поверхностей аналогична рассмотренной выше (см. декоративную отделку стальных и алюминиевых профилей). Для ПВХ профилей отделка обеспечивается за счет ламинирования и за счет возможности моделировать большое количество вариантов таких свойств как фактура, текстура и цвет может копировать самые разнообразные материалы (дерево, металл, камень).

Выбор архитектурного решения светопрозрачного фасада не может быть случайным или основываться только на эстетических предпочтениях. Для разных типов зданий существуют свои критерии в использовании остекления фасадов, из которых наиболее важными следует считать функциональные.
Например, в жилых зданиях, в силу особенностей планировочных решений, жестких теплотехнических, противопожарных требований и традиционной экономии, сплошное остекление применяется лишь для ограждения балконов, нижних этажей с общественными помещениями и зимних садов на крышах. Иногда оно может использоваться для гостиных представительных квартир и апартаментов. В жилых рядовых комнатах, тем не менее, устанавливаются традиционные окна. Сплошное остекление совершенно не уместно в спальне, требующей уютную и интимную обстановку. Следовательно, для жилых зданий можно использовать фасады с  ленточным и перфорированным остеклением, вентилируемую систему с облицовкой из стекла, а также двойные фасады, внутренний слой которых может иметь не сплошное остекление, а обычные окна с простенками и подоконной частью.
Архитектура общественных зданий включающих помещения офисов, банков, торговых, спортивных и развлекательных центров, напротив, имеет тенденции к значительному увеличению площадей стеклянных фасадов. Для них подходят фасадные системы, с перфорированным, ленточным и сплошным остеклением, а также двойные фасады. Однако, остекление всей наружной стены не всегда уместно и в общественном здании. Оно наиболее востребовано в престижных помещениях, но не обязательно и даже не уместно для рядовых рабочих комнат.
Многофункциональные здания, включающие в свою объемно-пространственную структуру разные помещения – жилье, гостиничные номера, офисные помещения, представляют собой наиболее сложную задачу при проектировании. С одной стороны фасадная поверхность должна быть подчинена единой архитектурной идее, поэтому остекленный фасад такого здания, как правило,  представляет собой общую стеклянную стену. При реализации такой идеи наиболее уместен двойной фасад. Вместе с тем, имеется возможность организовать комбинированный фасад, учитывающий разность требований к освещению помещений различного назначения – квартир, гостиничных номеров, офисов.  
Выбор конструктивного решения и материалов светопрозрачных фасадов основывается на их архитектуре, возможности применения в конкретном случае данных конструкций. При этом учитываются параметры фасада и их влияние на экономическую целесообразность тех или иных конструкций. Кроме того, не маловажным фактором является процесс монтажа, требующий устройства лесов, или допускающий проведение всех работ изнутри здания, что может оказаться решающим при неблагоприятных погодных условиях. Размеры конструкций, необходимость их усиления определяют выбор материала профилей, каркаса и рам.
Подводя итоги, следует сказать, что, использование в проектировании светопрозрачных фасадов требует рассмотрения целого ряда вопросов. Одним из инструментов, призванных помочь в принятии решения является классификация. Она учитывает, положительные и отрицательные свойства рассматриваемых конструкций и целесообразность использования для зданий различного назначения.
Следуя методу перехода от общего к частному, прежде всего, необходимо определить тип фасадов, используя классификацию по архитектурному решению, которая позволяет учитывать архитектурно-планировочные и архитектурно-художественные требования к ним. Следующим этапом проектирования является выбор возможных вариантов конструкций фасада, на основе классификации по конструктивным решениям. Далее, с учетом требований конструирования и условий эксплуатации назначаются материалы несущих конструкций и тип стекол. Так систематизация разнообразных архитектурных и конструктивных решений остекленных фасадов позволяет архитекторам, разрабатывая архитектурно-художественный облик современных зданий, создавать желаемую композиционную  структуру, учитывать градостроительное окружение, ахитектурно-планировочное решение объекта, а также нюансы, возникающие при взаимоувязке в едином архитектурном решении функциональных, конструктивных, технологических и художественных вопросов.

Канд. арх., проф. А.А. Магай;
канд. арх., доц. Н.В. Дубынин

(Статья опубликована в периодическом издании Вестник МГСУ – 2010 г. - №2)

Литература:

1.    Гетис.К. Стеклянные двойные фасады (начало)  // AВОК. 2003. № 7. С. 10-17.
Гетис.К. Стеклянные двойные фасады (продолжение) // АВОК. 2003. № 8. С. 22-31.
Гетис.К. Стеклянные двойные фасады (продолжение) // АВОК. 2004. № 1.С.  20-23.
2.    Руководство по высотным зданиям. Типология и дизайн, строительство и технология. Пер. с англ. М.: ООО «Атлант-Строй», 2006. 228 с.