Романова В. В. Архитектурное формообразование и проектирование деревянных клееных конструкций в аспекте развития современных строительных технологий // Скиф. Вопросы студенческой науки. 2019. №9 (37). С. 31-35

Формообразование в архитектурном проектировании – это творческий процесс, включающий в себя систему знаний проектировщика в технической, экологической, композиционной, психологической и других сферах. Взаимодействуя с окружающей человека средой, он участвует в процессе, действующем зеркально: люди видоизменяет среду, среда влияет на человека. При этом, процесс влияния непрерывен так же как процесс видоизменения. В силу стремления улучшить окружение, в котором мы существуем, следует глубже изучать влияние архитектурной среды на человека и делать ее формообразование качественным. Рассмотрим систему архитектурного формообразования и проектирование клееных деревянных конструкций (далее КДК) в аспекте развития современных строительных технологий и постараемся выяснить, соответствуют ли такие конструкции современным требованиям общества и на сколько конструкции такого рода считываются человеком как благоприятные.

Обычную человеческую систему восприятия можно условно разделить на две части – сознательную и подсознательную, которые, в свою очередь, делится ещё на несколько частей. Сознательная: зрение — 85%, слух – 10%, другие органы чувств 5%. Подсознательная: кинестезические впечатления, воздействие солнечной радиации, энергоинформационный обмен.

Замечали ли Вы, что для отдыха мы выбираем места, которые приятны визуально, ароматически, акустически и душевно? Но, в современном ритме жизни, человек, зачастую лишается возможности каждодневных, а иногда и выходных прогулок. Теперь представьте, что для расслабления после тяжёлого трудового дня Вам будет достаточно просто пройти пару кварталов от места работы в сторону дома? Это будет возможно, если при формообразовании архитектурной среды, проектировщики будут учитывать влияние выбранных ими форм на человека.

Уже доказано, что воздействие окружающей среды проявляется не только в накоплении полученной информации, но и в том, что оно создаёт резонанс в организме человека – влияние на эмоциональное состояние, умственные и даже физические процессы.

Процедуру формообразования в архитектуре можно разбить на несколько аспектов, причём, каждый из них будет воздействовать на определённые процессы жизнедеятельности человека:

— смыслообразующие – духовные;

— художественные – психические;

— планировочные – физиологические;

— объёмно-планировочные – биоэнергетические;

— композиционные – умственные.

В последнее время, приемы формотворчества потеряли жесткие рамки. Красота и качество форм выходят на передний план. В современной архитектуре главное самодостаточность, комплексная выразительность объекта и его элементов, при этом не в ущерб качеству и безопасности. Новейшие технологии позволяют запроектировать и построить объекты любых форм, которые могут вовсе не показывать реального конструктивного содержания, искажать первоначальное функциональное назначение элемента или объекта. Ярко выражено это в объектах нео-органической архитектуры.

Основным процессом для формообразования служит композиция. В рамках нее, форма видоизменяется по законам природы формообразования. Композиция образуется благодаря архитектонике, где идет взаимосвязь форм с конструкцией. Как итог, это приводит нас к работе с геометрическими законами форм – положение в пространстве, соотношение размеров, конфигурация. Все это можно выразить в числах, характер взаимодействия которых, в свою очередь, определяет особенности средств гармонизации. [2]

В данном случае, математика должна стать устройством, объединяющим средства гармонизации архитектуры. Но, в практическом смысле, основная задача – представлять устройство гармонизации, избегать стихийность, показывать, что все создаваемое зодчим не подчиняется внешним, объективным законам природы и связано лишь с внутренним миром творца, его представлениями о гармоничном взаимодействии архитектурных объектов и элементов. [2]

Теперь рассмотрим передовые методы проектирования КДК, чтобы выяснить на сколько они отвечают критериям гармоничного формотворчества.

ХХI век дал развитие прогрессивным методам строительства из дерева. Научные разработки в областях строительных технологий и дерева в совокупности с обновленными строительными правилами и нормативами расширили спектр областей использования древесины.

Сейчас, как никогда ранее, увеличилось внимание к энергоэффективности, углеродной нейтральности, оценке жизненного цикла, что отвечает смыслообразующим критериям формообразования. При этом экономический фактор не отошел на задний план. Потому, вдумчивый выбор материалов является ключевым моментом, стимулирующим изобретение новых изделий и систем из древесины, высокоэффективных строительных стандартов, в том числе в Пассивных домах.

С инновационным развитием стало возможным проведение множества испытаний и опытов для продвижения сферы деревянного строительства. Идея объединить биоэкологию с визуальной захватывает все большую аудиторию. Появились откровенные приверженцы идеи, что через пару десятков лет бетон, если не запретят, то он уйдет на задний план.

Так, застройщик из Норвегии, Артур Бушарт, заказчик самого высокого здания из дерева, выражает мнение, что неэкологичные материалы будут запрещены законодательно, подобно машинам на бензине и дизельном топливе. К слову, торжественно открытый 15 марта 2019 года, полностью деревянный небоскреб Mjostarnet установил новый мировой рекорд – достиг 85,4 метра в высоту. Этот пример, показывает, что горизонты проектного формообразования с развитием технологий значительно расширились. [4]

В контексте современного гармоничного формообразования, при проектировании КДК, следует добавить критерий качественности, который будет отражать техническую прогрессивность, соответствие запросам современного общества. В данном случае, качественная конструкция будет характеризоваться простыми и весомыми интегральными критериями: суммой основополагающих показателей, с включением массы элементов, состоящих целиком из прогрессивных материалов или представляющих собой комбинацию обычных и эффективных. Тогда, чем больше сумма, чем больше в ней показателей, тем совершеннее конструкция. Такой показатель качества не так ярко влияет на экономические характеристики, как действительно служит своеобразной мерой технического прогресса. Суммарный его показатель может быть равен единице (использование клееной древесины как инновационного материала для высотного строительства), а может превзойти значение.

В пример второго случая стоит рассмотреть строительную платформу Semblr. В ней отражается сразу эволюция в аспекте пространства, технологии и политики. А это значит, что она способна отвечать всем критериям формообразования.

При разработке объекта строительства, состоящего из частей (а в данной сфере все состоит из частей), авторы стремятся разработать «цифровые материалы» — физические геометрии, имеющие ту же структуру, что данные в компьютерной программе. [5]

На сегодняшний день концепция цифровых материалов была разработана в контексте медиаискусства в MIT, но не применялась в архитектуре и смежных дизайн-дисциплинах. Используя цифровые значения в качестве концептуального фактора для проекта, мы предполагаем, что одна деталь может содержать достаточно информации (или «design agency»), чтобы ее можно было с легкостью проектировать, изготавливать и собирать в комплекты элементов (колонна, балка, лестница, услуги, окна) и целых зданий. [5]

Semblr позволит автоматизировать производство самых разных сооружений. Платформа использует деревянные «кирпичи» и роботов, перемещающихся относительно структур, которые они строят. Использование роботов для строительства зданий и других сооружений должно привести к общему процветанию в обществе, только если необходимая технология будет разработана с помощью Creative Commons. Для этого потребуется синтаксис с открытым исходным кодом, общий как для роботизированных систем, так и для проектирования собранного продукта: робот-ориентированное информационное моделирование зданий (RobOBIM). [5]

Эта платформа ставит на новую ступень восприятие формообразования конструкций и зданий из древесины в целом.  Дает возможность развития новых научных подходов и ответвлений, возможность строительства гибридных конструкций в еще более удобной во времени и месте форме.

Использование гибридных проектов также является выгодным. В нем есть такие преимущества как: более легкое здание для плохих условий почвы; возможность выставить изделия в качестве дизайнерского решения, при этом не теряя функциональных и конструктивных показателей; ускорение и снижение затрат строительства при использовании сборных элементов; снижение воздействия на окружающую среду благодаря хранению углерода; возобновляемость и устойчивость основного ресурса. [6]

К тому же, в числе основных структурных строительных систем дерево даёт наибольшую прочность для своего веса. К примеру, в 2016 году система деревянных небоскребов Skidmore, Owings and Merrill успешно прошла тесты на прочность. [7]

За основу брали 42-этажный небоскреб Dewitt-Chestnut Apartments, построенный еще в 1966 году. На данном примере была разработана несущая конструкция из деревянных композитных материалов и железобетона. [7]

В проекте все элементы конструкции, кроме балок, делают из клеёных деревянных панелей. Железобетонная обвязка на каждом этаже соединяется с деревянными элементами металлическими стяжками. В итоге на материалы из дерева приходится 70% несущей конструкции. [7]

Также тесты показали, что разработанные деревянные перекрытия смогут выдержать нагрузку, в восемь раз превышающую нормативные показатели. При этом, уже упомянутый углеродный след здания сокращается на 60-70 %, если сравнивать с железобетонными постройками. [7]

Тесты на огнестойкость деревянных конструкций тоже показывали внушающие доверие результаты. Например, проведенные в Росси, в соответствии с требованиями ГОСТ 30247.1-94, выявили, что за 1,5 часа воздействия огнем образцы не потеряли несущей способности под сосредоточенной нагрузкой в 2 тонны, и превзошли по данному показателю металл и железобетон. [8]

Здание проводившей испытания компания GOOD WOOD PLAZA 30 января 2016 года было занесено в Книгу Рекордов России, как самое высокое офисное здание из дерева. Высота его составила 19,754 метра.

Для высотного строительства используют продукты на основе древесины. Чаще всего это система панелей Cross Laminated Timber, которые изготавливают по технологиям перекрестного склеивания дощатых щитов под высоким давлением. Эта технология позволяет плитам не уступать по прочности традиционным бетону или стали. В размерах подобные панели достигают до 3,5 метров в ширину и 24 метров в длину. Они поставляются на строительную площадку с завода в качестве готовых сборных модулей с уже встроенными окнами, дверьми и коммуникациями. [9]

Активно применяются и клееные колонны, балки, панели brettstapel (составляют из досок, поставленных на кромку и скрепленных гвоздями).

Для быстро развивающегося общества очень важно, чтобы искусственная среда была адаптирующейся. На протяжении времен любое здание или сооружение должно было адаптироваться в соответствии с климатическими, природными и экономическими условиями, удовлетворять временным требованиям человека. Сборные конструкции в этом плане выигрывают, а если конструкции относительно легки, при этом имеют высокий показатель по прочности, то это даёт большой потенциал для будущих возможностей использования здания, например, при реконструкции.

Наиболее очевидный сегодня фактор выбора древесины перед другими продуктами – экологичность. Кроме того, древесина воспринимается человекам как «теплый и близкий» материал. Она позволяет создать благоприятную, психологически надежную среду. Из других важных критериев – возобновляемость, экономическое преимущество. Журнал Archspeech публиковал исследование австралийских ученых, где говорилось, что строительство проекта из дерева занимает на 6 недель меньше в сравнении с идентичными проектами из бетона и стали.

Эстетический вопрос в этом и других диджитальных единицах один из критических. Архитектура из деталей обречена быть холодной и индустриальной, если материальность рассматривается исключительно для конструктивных специфик. Если же комбинировать пластику элемента, его материал, то будет возможность искать более теплые атмосферные и климатические состояния. Будет возможность создания гармонизированной среды.

Технологии проектирования КДК сегодня дают возможность более примитивного формообразования зданий, чем отдельных конструкций, но беря во внимание скорость развития технологий и промышленности, следующих шагов стоит ожидать уже в этом десятилетии. К тому же, стремление создать гармоничную среду обитания растет, выражаясь в большей заинтересованности влияния на человека существующего архитектурного пространства.

Таким образом, архитектурное формообразование и проектирование деревянных конструкций имеет широкий спектр развития в политическом, экономическом, психологическом, технологическом плане. Сегодня, такой простой и давно известный строительный материал как дерево, даёт возможности, которые 20 лет назад казались почти фантастикой. Высокий потенциал характеристик древесины, в большей степени отвечает запросам современного общества, требованиям развития, чем иные материалы, а новейшие технологии позволяют бороться с недостатками этого сырья.

Исходя из всего вышесказанного, мы можем понять, что использование древесины начали наши далекие предки. Что с развитием искусства, мышления, технологий и наук, человек стремился получить как можно больше из полезных свойств этого сырья. Что развитие использования и технологий все еще происходит, а это значит, что сейчас, столь многогранно используя древесину в различных сферах, мы все еще не используем её в полной мере.