Научния център Phaeno – прости отговори на музейната сложност Има много проекти на съвременната архитектура, които предизвикват удивление не само в обикновения наблюдател, но и в специалистите със своята иновативност и нетрадиционен подход при конструиране. Поредният пример за такава сграда е обширният научен център Phaeno, проект на Заха Хадид, при който традиционните граници между различните конструктивни елементи буквално се размиват.
текст инж. Вера Ангелова
Научният център Phaeno във Волфсбург, Северна Германия, израства пред посетителя, по думите на своите архитекти, като “загадъчен предмет, който поражда любопитство и откривателство”. Музейната сграда е разположена на видно място в края на поредица от важни за града културни обекти, проектирани от Аалто, Шарун и Швегер и също като тях предоставя нови обществени пространства вътре и извън стените си.
По думите на дизайнерите от архитектурното бюро на Заха Хадид, “пред посетителя се изправя доста сложна и странна сграда”, подчинена на “много специфична система на конструктивна организация”.
С най-прости думи, сградата се състои от подземен паркинг, от който се издигат десет “конуса” от армиран бетон, които поддържат главното изложбено пространство два етажа по-нагоре. Всеки “конус” е с различна геометрична форма и тази форма се променя с нарастване на височината му. Четири от конусите преминават през изложбената зала и поддържат стоманената рамка на облицования с метал покрив.
Сградата обхваща обширна изложбена площ от 12 000 м2 и е с размери от 80 на 150 метра. Конусите, основната плоча на пода и по-голямата част на фасадата са изградени от излят на място армиран бетон без нито една деформационна фуга.
Въпреки че може да има и други „специфични системи на конструктивна организация”, в този случай не се касае за традиционната йерархична система от първични и вторични конструктивни елементи. Вместо това, съвкупността от конусите, плочата и фасадата изпълнява ролята на една-единствена цялостна конструкция. На практика сградата има доста сложна статическа схема, защото на места фасадата е поддържана от плочата, а на моменти тя самата поема натоварванията от плочата. Освен това стените на конусите са разположени под наклон до 45°, което е допълнително предизвикателство за екипа от инженери-конструктори, защото се налага да се мисли извън традиционния модел на хоризонтални и вертикални носещи елементи.
Известно размиване на традиционните конструктивни компоненти се наблюдава и при свързването на конусите и плочата. Въпреки че конусите са основната опора на сградата, тяхната ограничителна стабилност също така зависи и от плочата.
Единственият начин
Единственият възможен подход към конструктивното проектиране на сградата, придържайки се максимално към архитектурното задание, е на нея да се гледа като на една неделима цялост, вместо тя да се разбива на традиционните елементи, и впоследствие цялата сграда да се анализира за постоянни и временни натоварвания, температурни влияния и деформации като един общ модел. Това на практика означава, че на екипът от конструктори се налага да използва коренно различен от традиционния инженерен подход, при който сградите се разделят на равнинни елементи – греди, стени, плочи и колони.
Това се вижда особено добре при конусите, всеки от които освен уникална геометрия притежава и отвори за поместване на функционалните помещения на музея, например тоалетни, магазин за сувенири и аудитория, както и входове и общи пространства на наземния етаж. Конструктивно погледнато, е абсолютно невъзможно да се даде точна класификация със стандартната инженерна. Самите конуси са отчасти свод и отчасти опорна греда, но на инженерите-проектанти се налага да освободят мисленето си от традиционните представи за конструктивните елементи и да приложат иновативни системи за проектиране, вместо да търсят имена, с които да ги назовават.
Следващото предизвикателство било да се открие как да да се изгради конструкцията. Бетонът трябвало да се излее, като се използва традиционният, направен на ръка, кофраж от дървен материал, така че инженерът имал за задача да предостави информацията за строителството във вид, който да бъде лесно разбираем и и лесно използваем от подизпълнителя на бетоновите работи.
Концепцията на Заха Хадид предвиждала подовото пространство да се прелива в десет конуса с неопределена геометрична форма. Екипът от конструктори, начело с Адамс Кара Тейлър предефинирал конусите така, че всеки от тях да бъде с опростена форма – триъгълен или четириъгълен в равнинна проекция със заоблени ъгли с фиксирани радиуси на закръглението. Въпреки че с постепенното си издигане на височина от основния етаж до нивото на изложбената площ конусите променят формата си, те продължават да бъдат триъгълни или четириъгълни със заоблени ъгли по цялата си височина.
В основата на изграждането на конструкцията лежи принципът на предоставяне на детайли за разположението на конусите на две нива и тогава очертанията на стените могат да се интерполират между двете. Следователно разположението на един триъгълен конус може да се установи с използване на 12 контролни точки на разполагане: шестте тангентни точки между радиусите на закръгленията в ъглите и правите линии на две нива.
След като изработил в подробности геометричните форми на конусите, инженерът трябвало да открие как да създаде неправилните отвори, които се пресичат взаимно. Най-напред той проектирал равнината на всеки разрез и след това използвал софтуерното приложение за триизмерно проектиране Microstation, за да създаде разреза и да определи всички ключови точки, като централните точки и радиусите на всеки свод.
Тези детайли преминавали многократно от ръцете на архитекта в ръцете на инженера и обратно, докато било достигнато състоянието, което екипа от специалисти единодушно определя като „конструктивна и архитектурна точка на комфорт.”
След достигането на тази „точка на комфорт” за всички, информацията била преработена във вид на данни за разположението на кофража, при изработването на който бил взет под внимание ъгълът на всяка „равнина на срез” и била предоставена информация за разполагането на съответната равнина.
Изпълнение на проекта
След установяването на разположението и метода на изграждане на кофража, специалистите от екипа на Адамс Кара Тейлър трябвало да открият начина, по който монтажниците биха могли да инсталират стоманената армировка в конусите със сложни пространствени геометрични форми. Изборът на подизпълнителя бил формите да се изградят от външната повърхност на всяка стена и след това да се позволи на монтажниците да работят във вътрешността на кофража. За да могат работниците да да разположат армировката, инженерите-проектанти е трябвало да им предоставят „разгъната” версия на всяка вътрешна лицева повърхност. Накратко на тях им се е наложило да свият триизмерния проект до проект само с две измерения.
В Германия обикновено се използват традиционните начини за изработване на чертежи. Инженерите на Адамс Кара Тейлър трябвало да нарушат тази практика, за да осъществят този необикновен проект. Традициите в чертането били подложени на сериозна преоценка, както всъщност и материалите, и начините на изграждане на конструкциите.
Въпреки че основният метод на строителство е традиционнен – армиран бетон с висока якост, полаган в индивидуален кофраж от дървен материал – за материала не може да се каже същото. В състава на бетона за стените на конусите и за някои части на плочата на изложбеното пространство инженерът включва в рецептурата на бетона добавка за самоуплътняване. Две са главните причини за това: височината на изливане на бетоновите елементи, която стига до 8 метра при един от тях, и наклонът на някои от стените.
Външните стени на конусите са с дебелина от само 300 mm и са много солидно армирани, което прави изключително трудно използването на традиционна компактираща техника за уплътняване на бетонната смес. Освен това, стените се спускат под ъгли до 45°, което допълнително усложнява уплътнителните работи.
Непрекъснатото доставяне на бетонна смес било от жизнено важно значение при обемните изливания, тъй като в състава й са включени и добавки за ускоряване на свързването на бетона. Ако сместа не се доставела на обекта достатъчно бързо, процесът на бетониране би се прекъснал и в периода на изчакване бетоновата повърхност би се втвърдила за кратко време, нарушавайки технологичните изисквания. Но с добрата организация на работа се достигат много повече предимства от специалния бетон, отколкото при използване на обикновена смес.
Стените са много гъсто армирани, отчасти за да може да се контролира образуването на пукнатини, което е неизбежно при такива големи бетонови пространства без деформационни фуги. На практика пукнатини неизбежно ще се появят, но при повишеното количество армировъчна стомана се осъществява контрол над тези пукнатини, така че те да останат невидими. Резултатът е схема за армиране, която включва малки арматурни прътове, монтирани на малки разстояния помежду си, и хоризонтално разположени прътове на разстояние от 75 или 100 mm.
Тъй като конструкцията е проектирана като една цялост и конусите и плочата са тясно зависими един от друг по отношение на поддръжката, цялата конструкция трябвало да бъде подпряна до изливането на плочата на изложбената площ. Временната опора на плочата е осигурена от многобройни стоманени подпори, докато други подпори са поддържали в нужното положение наклонените стени на конусите. Всички тези подпори впоследствие са отстранени, за да може да се работи спокойно по издигането на стоманената покривна конструкция.
Екипът на Адамс Кара Тейлър смята, че всичко това е оказало освобождаващо въздействие върху него, както по отношение на проектирането, така и по отношение на начина на представяне на информацията за строителството. Според техните думи „ако не можем да се освободим от общоприетото, ще ни бъде трудно да се придвижим напред към по-сложни форми.”
Работни детайли
Десет „конуса” се издигат от нивото на наземния етаж, за да поддържат изложбената площ на музея във Волфсбург. Всеки конус е с уникално неправилно оформление от скосени стени, осеяни тук-там с широки отвори.
Първоначално архитектът разработил геометричните форми на конусите. След обсъждане с инженера Адамс Кара Тейлър било решено, че сложните геометрични форми могат да бъдат очертани чрез фиксиране на малък брой точки в пространството, а именно „тангентните точки”, в които правите стени се срещат с извитите ъгли. Така, с фиксиране на тангентните точки на две нива, бил създаден триизмерен CAD модел на всеки конус, който можел да се използва за интерполиране на равнини на всички нива.
След уточняване на основните геометрични форми на конусите архитектът определил размерите и местоположенията на големите отвори. „Всяка „равнина на срез” била описана чрез разполагане на две точки на равнината и определяне на ъгъла на наклона. По този начин станава възможно да се пресъздаде тази равнина в конструктивния CAD модел.
Детайлите показват чертежите за кофража, създадени за голям отвор в конус 2. Най-напред е определена „равнината на среза” и след това са получени „действителните коти” – нормални към „равнината на среза”. На тези коти са разположени кривите, създадени от пресичането на равнината на среза и ъглите.
Освен чертежите, необходими за бетоновите и кофражни работи, имало нужда и от чертежи за монтирането на армировката. Те трябвало да показват всички всички стени на конуса в действителен изглед, следователно, трябвало да се създадат разгънати чертежи на повърхнината на всеки конус, които били преобразувани в своеобразни армировъчни пканове. Това е твърде трудоемък процес. Екипът от проектанти оптимистично вярва, че за в бъдеще този процес ще бъде заменен от директно прехвърляне на триизмерната CAD информация към обекта.26/05/2010 |
