В статье представлены результаты исследования инновационных текстильных и пленочные материалы ( ETFE, PTFE и PVC), применяемых в современной архитектуре. Использование новейших текстильных материалов в архитектурных сооружениях позволяет создавать конструкции, обладающие прочностью, жесткостью, защитой от атмосферных воздействий, теплоизоляцией и оптимальным освещением. По своим характеристикам текстильные материалы не уступают традиционным строительным материалам, а в определенных случаях превосходят их. Реальная возможность применения текстильных мембран и пленок в России зависит от технологической готовности и доступности материалов на рынке строительных инноваций.

Ключевые слова: архитектурный текстиль, текстильные мембраны, пленки, ETFE, ПТФЭ, ПВХ, ГК «ЛОМЕТТА»

Современная архитектура тесно связана с развитием технологий и дизайна, что требует постоянного совершенствования материалов для соответствия растущим запросам общества. Эффективность и технологичность становятся основными критериями при создании различных объектов и конструкций в архитектуре. Специалисты различных дисциплин, от химиков и физиков до материаловедов и инженеров, активно участвуют в исследованиях и разработках новых материалов с высокой функциональностью и устойчивостью к воздействию окружающей среды.

Цель исследования заключается в изучении свойств современных высокотехнологичных текстильных и пленочных материалов для определения перспективы их применения, как за рубежом, так и в России.

Исходя из поставленной цели исследования, сформулированы следующие задачи:
1. Изучить основные свойства современных текстильных и пленочных материалов.
2. Определить области применения инновационных материалов в архитектурном проектировании.
3. Оценить перспективы применения текстильных мембран и пленок на территории России.

В прошлом столетии были сделаны значительные открытия в разработке высокотехнологичного текстиля, которые оказали огромное влияние на архитектуру [6]. Направление архитектуры, в котором применяются современные текстильные и пленочные мембраны, открывает новые возможности для архитекторов и дизайнеров. Облегченные многокомпонентные материалы обладают прочностью, низким весом и высокой устойчивостью к агрессивным воздействиям и успешно конкурируют с традиционными строительными материалами. К таким композитам относятся политетрафторэтилен (PTFE) и поливинилхлорид (PVC), а также пленка этилентетрафторэтилен (ETFE). Новые материалы обладают прочностью сравнимой с традиционными материалами, но при этом они гораздо легче и экологически более безопасны. Их средний срок службы составляет 25–50 лет при использовании в диапазоне температур от +120 до -60°С [2].

Мембранные фасадные и кровельные конструкции представляют собой основные элементы современного строительства, набирающие популярность. Их универсальность и легкость позволяют широко применять такие текстильные конструкции в различных типах зданий – от коммерческих и офисных до культурно-развлекательных и спортивных сооружений.

Существует две основных группы мембранных материалов, различающихся по структуре и химическому составу. Первую группу представляют многослойные мембранные композиты, состоящие из тканевой основы, покрытой слоями специальных материалов с одной или обеих сторон. Во вторую группу входят однослойные и многослойные мембранные полимеры в виде пленок. Многослойные конструкции из полимерных пленок похожи на надувные подушки с различным количеством слоев или двуслойные системы, разделенные промежуточным слоем для обеспечения изоляции [3].

Текстильные мембраны PTFE в архитектуре

Многослойные текстильные композиты включают в себя разнообразные материалы, такие как полиэфирная пряжа, покрытая поливинилхлоридом (PVC) , или стекловолокнистая пряжа, покрытая политетрафторэтиленом (PTFE). Покрытие защищает волокна и обеспечивает возможность термического соединения – сваривания отдельных сегментов мембраны. Текстильные мембраны могут быть водонепроницаемыми и ветрозащитными. Прозрачность их может варьироваться от 0 (практически непрозрачные) до 40%.

Применение мембраны PTFE в проекте стадиона O2 Dome в Лондоне – яркий пример революционного подхода к использованию текстильных материалов в архитектуре (рис.1). Этот знаковый объект, изначально известный как Millennium Dome, стал одним из символов современного Лондона. Огромную куполообразную конструкцию создал в 1999 г. к празднованию Миллениума известный британский архитектор Ричард Роджерс. Концепция объекта включает радиальную конструкцию из натянутых стальных тросов, которые поддерживают полотно из материала с PTFE покрытием. Это позволяет равномерно распределить нагрузку и обеспечить долговечность конструкции. Временное сооружение решили не сносить после 2001 г., а превратить в спортивное сооружение, так как в проекте была использована стеклоткань с PTFE покрытием (вместо PVC), что обеспечило лучшую устойчивость к загрязнению и выцветанию мембранного покрытия.

Рис.1. Стадион O2 Dome, 1999. Лондон, Великобритания. Арх. Ричард Роджерс
Источник: https://www.forma.spb.ru/magazine/articles/dome-02/membrannaia-krovlia.shtml

Стадион «Хазза бин Зайед» в Аль-Айне – пример успешного использования мембраны из стекловолокнистого материала с PTFE покрытием (рис. 2). Архитектурное сооружение представляет собой сложную конструкцию со стальным диагональным ромбовидным каркасом и мембранными панелями. Мембранные элементы обеспечивают эффективное регулирование теплового режима и создают оптимальные условия для охлаждения внутренних помещений. Вечером стадион приобретает особую привлекательность благодаря подсветке панелей разноцветными светодиодами.

Рис. 2. Стадион Хазза бин Заид (HBZ), 2014. Аль-Айн, ОАЭ. Арх. Pattern Design Limited.
Источник: https://architizer.com/projects/hazza-bin-zayed-hbz-stadium/

Мягкие конструкции, основанные на применении текстильных мембран PTFE, обладают рядом значительных преимуществ – легкость, мобильность и доступность. Монтаж данных конструкций отличается относительной простотой, экономичностью и не требует применения тяжелой строительной техники.

Пленки ETFE в архитектуре

Пленки из этилентетрафторэтилена (ETFE) отличаются высокой прозрачностью (до 96%), но имеют более низкую прочность по сравнению с текстильными мембранами (PTFE). ETFE-пленки бывают различной толщины и могут соединяться путем сварки для формирования больших панелей. Основное преимущество ETFE заключается в ее легкости, что позволяет использовать пленку в конструкциях с ограниченной несущей способностью. Мембраны ETFE позволяют печатать различные рисунки и могут быть усилены специальными покрытиями для повышения долговечности или фильтрации солнечных лучей. Применение ETFE в архитектуре обеспечивает быстрый монтаж сборных конструкций, эффективную защиту от внешних воздействий и эстетичный внешний вид. Этот материал активно используется в крупных проектах спортивного строительства во всем мире.

Проект «Eden» в Корнуолле выделяется масштабностью использования в сооружении мембраны ETFE (рис. 3). Разработанный британским архитектором Николасом Гримшоу, проект призван объединить людей и живой мир через архитектурную концепцию, вдохновленную формой мыльных пузырей. Здания так называемых «биомов» в проекте «Eden» спроектированы с использованием многослойной конструкции. Внешняя структура представляет собой большие шестиугольные рамы-каркасы, покрытые прозрачными мембранами ETFE. Каждое окно состоит из трех слоев материала ETFE и формирует надувную «подушку» толщиной до двух метров. Несмотря на свою легкость (менее 1% веса стекла при эквивалентной площади), ETFE обладает высокой прочностью, способной выдерживать значительные нагрузки.

Рис. 3. Проект «Eden», 2001. Корнуолл, Великобритания. Арх. Николас Гримшоу.
Источник: https://expert-r.ru/chudesa-v-grafstve-kornuoll#gallery-8

«Water Cube» в Пекине – спортивный центр, построенный для Олимпийских игр 2008 г. (рис. 4). Здание известно своим геометричным дизайном и использованием мембранного материала ETFE, который придает ему особую легкость и прозрачность. Архитектурный проект «Water Cube» был разработан фирмами PTW и OVE Arup. Днем здание отражает окружающую среду блеском своей поверхности, а ночью превращается в светящийся объект с выпуклыми пузырями, освещенными светодиодами. Фасад «Water Cube» создает особое пространство, которое преобразовывает природный элемент воды в метафорические формы пузырей. Более 4000 «подушек» из ETFE, используемых в конструкции, делают этот объект одним из наиболее впечатляющих архитектурных сооружений современности.

Рис. 4. Национальный центр водных видов спорта «Water Cube», 2008. Пекин, Китай. PTW Architects, CSCEC.
Источник: https://www.bdir.com/product/water-cube-the-worlds-largest-etfe-application-project

Растущее влияние текстильных материалов на архитектурные концепции является результатом открытий в области текстильного дизайна и развития архитектурного мышления. Текстильные методы в архитектуре – междисциплинарный способ проектирования. Реагируя на быстро меняющиеся культурные и потребительские запросы общества, архитекторы создают более динамичные, гибкие, интерактивные, событийные и живые пространства. Текстильные мембраны и пленки представляет собой все более захватывающий и ценный ресурс для архитектуры урбанизированных пространств во всем мире.

В России первым значимым спортивным объектом «нового поколения» с использованием мембранных материалов стал олимпийский стадион «Фишт» в Сочи. Сооружение, напоминающее своей формой гору, было спроектировано архитектурным бюро Populous в 2013 г. (рис. 5). Стадион был построен для проведения зимних Олимпийских игр 2014 г. и стал символом современной архитектуры в России. В сооружении использованы мембранные конструкции, обеспечивающие теплоизоляцию и сопротивляемость внешним нагрузкам. Работы по созданию таких конструкций были выполнены зарубежными производителями из-за отсутствия в то время готовности российских компаний к этому виду технологий.

Рис. 5. Олимпийский стадион «Фишт», 2013. Сочи, Россия. Populous, Buro Happold. Источник: https://wiki2.org/ru/%D0%A4%D0%B8%D1%88%D1%82_(%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BD

В качестве успешного примера использования текстильных мембран в России можно привести павильон планетария в Новосибирске (рис. 6). Каркас павильона выполнен в форме сферического купола диаметром 18,5 м. Поверхность мембраны крепится на 12 стальных стержнях различной длины. Это обеспечивает прочность конструкции и равномерное распределение нагрузок. Покрытие купола выполнено из архитектурного текстильного композита, обладающего высокой прочностью, долговечностью и повышенной степенью безопасности. Высокая светопроницаемость материала позволяет проводить внутри павильона различные медиашоу с использованием световых и лазерных эффектов. Форма павильона гармонично сочетается с архитектурой основного здания «Планетария», создавая единую концепцию комплекса.

Рис. 6. Павильон для ДЮЦ «Новосибирский Планетарий», 2016. Новосибирск, Россия. ГК «Ломмета».
Источник: https://lommeta.ru/news/26

В России пока наблюдается определенное отставание в применении современных архитектурных концепций и использования мембранных материалов, Чтобы перспективы в этой области стали более оптимистичными, необходимо увеличить информированность участников строительного процесса о современных технологиях и материалах, а также поощрять экспериментальную деятельность и исследования в области архитектуры и строительства.

Специалисты ГК «ЛОММЕТА» из Новосибирска провели исследование, которое опровергло миф о непригодности текстильной архитектуры для российского климата. Они доказали, что современные мембранные кровли и фасады из материалов ETFE, PTFE и PVC могут успешно использоваться в условиях суровой погоды. Компания оснастила свои производственные линии передовым европейским оборудованием и начала выпуск однослойных и многослойных текстильных конструкций. Благодаря этому «ЛОММЕТА» стала отечественным производителем, способным реализовывать крупные проекты на уровне мировых стандартов. Кроме того, компания сократила долю участия иностранных партнеров в российских проектах до 15%, что является значительным вкладом в процесс импортозамещения на национальном уровне [2].

С целью стимулирования развития высокотехнологичных и новаторских проектов, основанных на использовании архитектурного текстиля – инновационных мембранных, пленочных и сетчатых строительных материалов и технологий группой компаний «ЛОММЕТА» была предпринята инициатива по созданию Ассоциации «Текс-Стиль», объединяющая крупных производителей и разработчиков текстильных материалов для архитектурных конструкций. Цель Ассоциации – содействие в развитии индустрии текстильной архитектуры, обмен опытом и технологиями между участниками рынка. Создание такой структуры позволит укрепить позиции российских компаний на мировом рынке и способствовать развитию отрасли в целом.

Выводы

Существует несколько видов инновационных текстильных и пленочных материалов, которые широко используются в архитектуре.

Этилентетрафторэтилен (ETFE) – прозрачный полимерный материал, обладающий высокой прочностью, устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и химическим воздействиям. ETFE часто используется для создания прозрачных куполов, ограждений и крыш в архитектуре.

Политетрафторэтилен (PTFE), также известный как тефлон, обладает отличными антиадгезивными свойствами (не загрязняется поверхность), обладает высокой устойчивостью к высоким температурам и агрессивным химическим воздействиям. PTFE часто применяется для создания покрытий и мембран в архитектуре.

Поливинилхлорид (PVC) – пластиковый материал, который широко используется в строительстве и архитектуре благодаря своей низкой стоимости, легкости, устойчивости к воздействию внешних условий и разнообразию цветовых решений.

Архитектурный текстиль представляет собой перспективное направление в архитектурном проектировании и строительстве, которое позволяет архитекторам и проектировщикам реализовывать крупные объекты, сложные тентовые конструкции и архитектурные формы с использованием легких, мобильных и доступных материалов.

Компания «ЛОММЕТА» показала, что текстильная архитектура возможна и в суровых климатических условиях России. Их разработки способствуют развитию отечественной текстильной промышленности и импортозамещению.

Инициативы, подобные созданию Ассоциации «Текс-Стиль» в России, играют важную роль в стимулировании развития инновационных проектов в архитектуре. Совместные усилия компаний и организаций помогают создавать благоприятную среду для внедрения новых технологий и материалов в строительство. Продолжение и расширение таких инициатив способствует не только развитию отрасли, но и повышению качества жизни граждан через создание современных и удобных архитектурных объектов. Поэтому поддержка исследований в области архитектуры и строительства является важным шагом на пути к более оптимистичным перспективам использования текстильных мембран и пленок в России.

Библиография

1. Игнатова, О.А. Архитектурный текстиль и его виды. Изучение свойств / О.А. Игнатова, М. Д. Бельский, А. А. Налесник // Технические науки в России и за рубежом: мат-лы VII Междунар. науч. конф. Москва, ноябрь 2017 года. – М. : Буки-Веди, 2017. – С. 111–115.

2. Колосов, В.С. Архитектурный текстиль нового поколения: воздушная фантазия или прагматический расчет / В.С. Колосов // Sport Build. – М.: 2015. – С. 41– 45.

3. Любин, Н.С., Герасимова, В.О., Северин А.В. Строительные мембраны, используемые в современных фасадах зданий / Н.С. Любин, В.О. Герасимова, А.В. Северин // Инженерный вестник Дона. – 2019. – №1 (52). – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/stroitelnye-membrany-ispolzuemye-v-sovremennyh-fasadah-zdaniy

4. Тощенкова, Е.В. Инновационные тенденции в архитектуре зданий: текстильные фасады / Е.В. Тощенкова, Л.В. Едукова // IX Всерос. фестиваль науки : сб. докл. в 2-х т. Нижний Новгород, 23–24 октября 2019 г. Т. 1. – Нижний Новгород: Нижегород. гос. арх.-строит. ун-т, 2020. – С. 109–113.

5. Garcia, M. Architecture + Textiles = Architextiles / M. Garcia // Architectural Design, Architextiles. – 2006. – Vol. 76. – P. 5–11.

6. McQuaid, M. Tectonics and textiles / M.McQuaid // Architectural Design, Architextiles. – 2006. – Vol. 76. – P. 98–101.

Ссылка для цитирования статьи

Инновационные текстильные и пленочные материалы в архитектуре: анализ и перспективы

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная

Дата поступления: 09.04.2024