Почему стекло становится новым стандартом в современной архитектуре

В современной архитектуре новые технологии, улучшение материалов, экологические требования и эстетическая сложность открывают безграничные возможности для инноваций. Пример — стекло, строительный материал, прошедший драматическую эволюцию: от декоративного элемента к неотъемлему структурному компоненту. Стекло перешло от ремесленных корней к массовому производству [1].

Стекло давно используется в строительстве — от Лондонского Хрустального дворца 1851 года (300 000 стеклянных листов) до нового Планетариума Хейдена в Нью-Йорке (2000 г.), с массивной сферой диаметром 87 футов, парящей в центре стеклянного куба. Это лишь два примера из множества архитектурных проектов, демонстрирующих удивительные возможности стекла [2].

Помимо элегантной эстетики, удивляет универсальность стекла как строительного материала. Его разнообразные свойства, типы и применения сделали стекло глобальной индустрией XXI века. Архитекторы по всему миру всё чаще выбирают стекло.

Свойства стекла

Стекло обладает следующими свойствами, делающими его выгодным для строительства:

1. Прозрачность и полупрозрачность

Прозрачность создает визуальную связь с внешним миром, как на фасадах зданий. Она обусловлена некристаллической природой стекла и особенностями связей внутри него. Технологии позволяют делать стекло более матовым для полупрозрачности. Эти свойства позволяют манипулировать светом для различных целей [3].

2. Изоляция

Стекло хорошо изолирует видимый свет, тепло, электричество и электромагнитное излучение. Хорошо сопротивляется звуку при достаточной толщине. Единственный эффективный способ повысить звукоизоляцию одиночного стекла — увеличить толщину, так как демпфирование и жесткость не изменяются. Толстое стекло дает более значительное снижение шума [4].

3. Прочность

Обычное стекло имеет низкую ударную вязкость, легко трескается и разбивается. Однако закаленное или теплово усиленное стекло обладают высокой ударной вязкостью. Методы усиления: травление, термическое усиление, ионный обмен, витровое эмалирование, химическое усиление, волокнистое армирование — повышают сопротивление деформации под нагрузкой [5].

4. Химическая и огнестойкость

Стекло высоко устойчиво к химическим реакциям, вызванным средой или кислотными условиями. Выдерживает воздействие большинства химикатов, включая аммиак и серную кислоту. При пожаре термически обработанные стекла способны остановить распространение пламени в смежные помещения, существенно блокируя дым и токсичные газы от горения мебели и материалов. Могут создавать дополнительную термоизоляцию или снижать прохождение теплового излучения [7].

5. Перерабатываемость

Стекло 100% перерабатываемо без потери качества или чистоты. Вторичное стекло экономит энергию, снижая выбросы и потребление сырья [3].

Типы стекла в строительстве

Архитектурное стекло делится на категории прочности: отпущенное (float), полностью закаленное, теплово усиленное. Специализированные типы с улучшенными характеристиками: многослойное (ламинированное), стеклопакетное, покрытое, тонированное, проволочное.

1. Float (Отпущенное) стекло

Самый распространенный тип архитектурного стекла. Изготавливается из сырья: кремнезем, карбонат, сульфат, известняк. Float-стекло имеет выдающуюся качество поверхности, так как не проходит термическую обработку и не подвержено искажениям от закалки. Часто используется в жилом строительстве. При разрушении опасно образует острые осколки [8,9].

2. Полностью закаленное (закаленное) стекло

Подвергается термическому закалению: нагрев до ~650 °C с последующим быстрым охлаждением резким потоком воздуха. Результат — повышенная прочность, пластичность, механическая устойчивость. При охлаждении внутренняя структура испытывает растяжение, внешняя поверхность — сжатие, что увеличивает изгибную прочность и ударную стойкость по сравнению с float-стеклом.

Полностью закаленное стекло в 4+ раз прочнее отпущенного, дает высокую стойкость к разрушению, минимизируя риск травм и ущерба. Применяется в боковых панелях эскалаторов, лобовых стеклах спорткаров, стеклянных полах, несущих стенах небоскребов [8,9].

3. Теплово усиленное стекло

Полузакаленное, частично закаленное стекло, прочное и стойкое к разрушению от тепловых напряжений или ветровых нагрузок. Прочность и стойкость к разрушению как минимум в 2 раза выше отпущенного стекла. Термическая обработка вызывает некоторое искажение; при разрушении образуются крупные осколки [8,9].

4. Многослойное (ламинированное) стекло

Состоит из двух и более листов закаленного или теплово усиленного стекла с промежуточной фольгой (этилен-винилацетат или поливинилбутираль). Это безопасное стекло, предотвращающее вылет опасных осколков при разрушении. Пластиковая прослойка также защищает от УФ-лучей и дает хорошие акустические характеристики.

5. Стеклопакетное (изолирующее) стекло

Составляется из двух и более листов, разделенных рамочным материалом и герметично запечатанных. Применяется для контроля конденсации и термоизоляции. Воздушная прослойка может быть заполнена сухим воздухом или газом с низкой теплопроводностью (аргон, шестифторист серы). Значительно препятствует теплопередаче в/из здания, снижая теплопотери и теплоприобретения для превосходной термической эффективности.

6. Покрытое стекло

Стекло, покрытое металлическими соединениями (оксиды железа, соединения олова), которые не только дают эстетику, но и регулируют тепловые характеристики, отражая видимый свет и ИК-излучение. Например, тонкие прочные пленки металлов или оксидов наносят на прозрачное или тонированное стекло для производства рефлекторного покрытого стекла. Снижает слепящий блик и нежелательное солнечное излучение [9].

7. Проволочное стекло

Содержит стальную проволочную сетку в листовидном стекле, удерживающую осколки при трещинах. Также используется как огнеупорный материал [6]. Однако сетка создает слабые точки, снижая прочность и ударную стойкость.

Постоянные инновации и технологические прорывы расширяют возможности стекла в архитектуре и инженерии. Благодаря эстетической привлекательности, универсальности и способности лучше любого материала использовать естественный свет, стекло становится незаменимым компонентом современного строительства [2].

Многочисленные выдающиеся здания подтверждают его ценность. Филармония Щецина в Польше с ребристым стеклом у насаженной крыши. Офис Gores Group в Беверли Хиллз со стеклянными панелями, образующими круги и ромбы. Христов собор в Садовой Роще, Калифорния отражает красоту окружения зеркальными панелями. Эти архитектурные чудеса возможны благодаря чуду стекла [10].

В ответ на огромную ценность стекла, производители неуклонно сотрудничают с архитекторами и дизайнерами, расширяя горизонты применения. Например, SCHOTT — производитель архитектурного стекла с 130-летним опытом, специализирующийся на стеклянных материалах, формулировках и передовых технологиях. Также предлагает услуги по сохранению чувствительных культурных объектов и исторических фасадов с антирефлекторными защитными стеклами [11].