Сталь широко применяется в современных зданиях. Но высокие механические и эксплуатационные свойства стальных конструкций определяют еще большее расширение их использования и в далеком будущем. Это связано не только с заполнением стальными конструкциями неосвоенных ранее ниш благодаря тем преимуществам, которые они дают в организации архитектурного облика. Ожидается также, что характеристики стали станут высококонтролируемыми. Структурирование химического состава, в конце концов, станет предметом нанотехнологий и будет высокоточно нормироваться для конкретных потребностей отрасли, позволяя получать еще более прочные и стойкие к внешним влияниям сплавы, дающие новые возможности достижения архитектурной выразительности.
Критерии выбора конструктивной формы стальных конструкций быстровозводимых зданий.
Сталь – материал выбора будущего
Современное направление развития строительной отрасли движется к объединенной парадигме архитектурной и конструктивной формы – алгоритмической архитектуре. В последние десятилетия моделирование быстровозводимых зданий подошло к применению цифровых технологий, связывающих проектирование и изготовление с помощью CAD (computer aided design) и CAM (computer aided manufacturing) систем. Это, в свою очередь, привело к возможности построения BIM (building informational model) моделей, в которых несущая конструкция, внешняя архитектурная оболочка и функциональные системы неразрывны между собой. Такие технологии позволяют организовать единое рабочее пространство для всех специалистов различных направлений проектирования, а также избежать конфликтов между подсистемами здания. Кроме того, высокая точность BIM моделей и учет в них технологических требований изготовления дает возможность получать новые конструктивные и архитектурные формы.
Следующим логическим шагом развития стальных конструкций является создание систем одностадийного оптимального проектирования. Такие системы, изначально возникнув в авиации, где несущая конструкция, внешняя форма и функция очень тесно связаны внешними ограничениями и множественными жесткими критериями, уже сейчас пришли в машиностроение и проектирование кораблей и автомобилей.
Постепенно системы одностадийного оптимального проектирования приходят и в строительство. В них очертания архитектурной оболочки как характеристики внутреннего каркаса и здания в целом являются следствием алгоритмического оптимизационного расчета с учетом множественных параметров. Такими параметрами являются компоненты полной жизни здания. Также принимаются во внимание архитектурные, конструктивные характеристики и функциональность здания: эргономичность внутренней планировки; затеняемость другими зданиями и, наоборот, влияние здания на освещение других; инсоляция и аэрация внутренних помещений; аэродинамика внешней формы и т. д.
Некоторые примеры использования алгоритмической архитектуры можно проследить уже сейчас. Здание Morphosis Phare Tower на площади La Défense в Париже было запроектировано с внешней структурной оболочкой южного и восточного фасада из пяти тысяч стальных элементов. Оптимизация касалась расположения и углов поворота в пространстве каждого элемента. При этом критериями оптимизации выступали солнечное освещение и аэродинамика формы каркаса здания. Это позволило как получить рационально освещаемые внутренние помещения, так и существенно сократить массу стального каркаса здания. Думается, что в недалеком будущем выбор архитектурной и конструктивной формы станет единым результатом алгоритмических оптимизационных расчетов с учетом моделирования жизненного цикла и полной жизни быстровозводимых зданий.
Принципы проектирования, обеспечения конструктивной надежности, несущей способности и жесткости здания пришли из живой природы, они прямо связаны с параметрами и законами развития естественных систем. Поэтому конструкция, отвечающая критериям предельных состояний, оптимально запроектированная и обеспечивающая функцию, автоматически будет всегда выглядеть эстетично. Верится, что развитие стальных конструкций, повышение их характеристик и оптимальное применение в системе быстровозводимых зданий позволит выйти нашей цивилизации на вектор устойчивого развития новой эры.