Конструктивные проблемы "зеленой" архитектуры

Сегодня «зеленая» архитектура - развивающееся направление в практике современного зодчества. Принятый во всем мире термин «зеленые» здания характеризует строительство устойчивых с экологической точки зрения строений ^[1]. Повышение требований к комфортности, энергоэффективности, экологичности, а также эстетической составляющих современной застройки влечет за собой необходимость изменения сложившихся принципов ^[2].

Одним из ярких примеров современной «зеленой» архитектуры является Зорлу центр в Стамбуле (рис.1). С функциональной точки зрения комплекс создает совокупность торгово-офисного и рекреационного пространства, направленного на удовлетворение нужд населения. Важно отметить, что более половины территории центра занято зелеными насаждениями, включенными в структуру застройки. В контексте рассматриваемого объекта, различные виды озеленения влияют на формообразование архитектурных решений. В следствие чего, необходимым становится поиск и реализация конструктивных решений, направленных на создание устойчивой среды обитания, соблюдение требований прочности, устойчивости и долговечности сооружения.

Рисунок 1. Центр Zorlu. Стамбул, Турция. Автор ландшафтного проекта: DS Architecture – Landscape

В рамках данной статьи будет рассматриваться использование озеленения, как способа повышения качественных характеристик среды обитания человека ^[3]. Объекты «зеленой» архитектуры в контексте статьи – разнообразные здания и сооружения, в пространственную среду которых включена растительность. Существует несколько основных направлений озеленения зданий: озеленение внутреннего пространства здания, наружной поверхности, а также озеленение промежуточных пространств. С конструктивной точки зрения можно выделить следующие формы озеленения: горизонтальное («зеленые» крыши) и вертикальное озеленение. Вертикальное озеленение, в свою очередь, может быть представлено различными решениями.

Однако, к «зеленым» объектам предъявляются особые требования, как эстетического, так и технического характера, отличные от предъявляемых к массовому строительству. Как правило, в виду специфики создаваемого объекта, традиционные принципы проектирования, основанные в основном на типовых проектных решениях, не могут в полной мере удовлетворить современные потребности зодчества.

В виду отсутствия на сегодняшний день исчерпывающих норм и рекомендаций по проектированию, строительству и эксплуатации «зеленых» объектов, разработка предложений ведется в основном на интуитивном уровне. Таким образом, разработка проектной и рабочей документации в ряде случаев сопровождается нарушениями, как эксплуатационных свойств конструкций, так и их прочностных качеств.

Вопросы создания озеленения застройки рассматривались во многих работах, однако как правило они в большей степени направлены на освещение вопросов формирования эстетики архитектурной среды, дизайна, ландшафтной организации и прочим вопросам формирования городской среды. Большое значение отдается экологическому аспекту формирования озеленения, как одного из способов повышения качественных характеристик среды ^[4]. Растение в этом случае рассматривается как обязательный компонент архитектурного пространства ^[5]. Это связано с тем, что зеленые насаждения выполняют ряд функций, направленных на гармонизацию пространства, повышение качественных характеристик окружающей среды (как внешней, так и внутренней), а также обладают био-позитивным воздействием на человека.

Таким образом, комплексное озеленение застройки, а также формирование отдельных озелененных компонентов, может рассматриваться как новационный подход к формированию биопозитивной устойчивой архитектуры ^{[6, 7]}. Зарубежный опыт биопозитивного строительства рассматривается в работах ^[8] и других.

Вопросы формирования зимних садов, как разновидности интерьерного озеленения, рассматриваются в ^[9] и других работах. Отмечается недостаток рекомендаций и конструктивно-технических решений по проектированию, что значительно осложняет процесс разработки проектной документации на объект и строительство.

В виду того, что в строительной практике рассматривается типологически новый объект – «зеленое» здание, необходимым становится рассматривать особенности его эксплуатации. Неучет ряда факторов, связанных с проектированием озеленения ^[10], может повлечь за собой образование различных типов дефектов, нарушение целостности конструкций, которые непосредственно будут влиять на прочность, надежность и устойчивость конструкций. Немаловажную роль играет обеспечение эксплуатационных характеристик сооружения. Большое внимание при проектировании «зеленого» объекта должно уделяться инженерному обеспечению.

Принципы подбора растений для озеленения различного типа рассматриваются в работах ^[11] и других. Они ориентированы на разработку проектных решений объектов для европейской части России. Однако, в большинстве своем, направлены на подбор растений для различных видов озеленения крыш и не затрагивают вопросов создания конструкций.

Целесообразность применения озеленения крыш в условиях современной городской застройки рассматривалась в ^[12] и других статьях. Много работ посвящено вопросам архитектурного проектирования, благоустройства, ландшафтной организации «зеленых» крыш и террас, к таким работам можно отнести ^[13] и прочие. Однако в них недостаточно внимания уделяется вопросам конструктивно-технического проектирования. Круг технических задач был обозначен в работах ^[14] и других. Некоторые положения конструктивного проектирования «зеленых» крыш были рассмотрены в работах ^[15] и других. Однако исчерпывающие рекомендации на сегодняшний день отсутствуют, за исключением разработок фирм-производителей «зеленых» кровельных систем. В этом случае, разработки направлены в большей степени на рекомендации по применению тех или иных строительных материалов, нежели на комплексное проектирование строительного объекта.

Влияние вертикального озеленении на визуальное восприятие современной застройки по средствам изменения внешнего облика задания с позиций формирования позитивной архитектуры рассмотрено в работах ^[16] и других. В ряде других работ, в том числе ^[17], приводится типология вертикального озеленения в структуре современной застройки. В качестве примера одной из форм такого вида озеленения приводится фитостена, как элемент внутреннего пространства зданий. Однако перечисленные работы недостаточно освещают вопросы инженерно-технических решений при создании вертикального озеленения.

Комплексное озеленение зданий предполагает озеленение внутреннего и внешнего пространства здания. Оно может быть представлено различными формами, в том числе: контейнерное озеленение, озеленение вертикальных и горизонтальных поверхностей.

Вертикальное озеленение зданий

Вертикальное озеленение в современной практике строительства в зависимости от озеленяемой поверхности, может быть представлено несколькими формами:

• Озеленением вертикальными поверхностей;
• Озеленением поверхностей отрицательного уклона;
• Озеленением поверхностей положительного уклона.

Перечисленные формы вертикального озеленения формируют различное визуальное восприятие объекта, оказывают влияние на архитектурный облик здания в целом. Как правило, при комплексном озеленении здания одновременно применяются несколько форм озеленения.

Каждая форма вертикального озеленения предполагает учет специфических факторов, среди которых: возможный сдвиг почвогрунта, слив почвенной и осадочной воды, ветровая эрозия; а также совокупность воздействий, влияющих на формирование здания в целом.

Необходимым становится учитывать непрерывное развитие растения, ввиду чего должны быть предусмотрены различные поддерживающие устройства.

В случае вертикального озеленения зданий необходимо предусматривать сооружение конструктивных элементов для поддержания растений: решеток, тросов, сеток (рис.2). В частных случаях возможно применение посадочных емкостей для растений: кашпо и поддонов.

Рисунок 2. Вертикальное озеленение фасада.

Совокупность последних, в свою очередь, может формировать самостоятельные «зеленые» элементы - сооружения. Область их применения включает в себя как внутреннюю среду зданий, формируя биопозитивное интерьерное пространство, так и городскую застройку.

Озеленение крыш

Крыша издревле служила человеку в качестве защиты от воздействий внешней среды. Сегодня современное зодчество использует крыши различных форм, однако, наиболее распространенный тип в условиях массового строительства – плоская крыша. Она применяется как в жилищном, так и в промышленном строительстве.

Сегодня крыша выступает в качестве ограждающей конструкции, выполняющий функции защиты от проникновения атмосферных осадков, многократные перепады температуры В зависимости от предполагаемого функционала, она может эксплуатироваться в качестве летнего рекреационного помещения или быть неэксплуатируемой. В рамках данной статьи рассматриваются эксплуатируемые крыши, предназначенные для создания озелененных пространств.

Типологически современные озелененные эксплуатируемые крыши могут быть нескольких видов: плоские (горизонтальные, с уклоном до 7⁰), малоуклонные (с уклоном 7⁰ – 20⁰) и крутые (с уклоном более 20⁰), а также сферические и криволинейные.

«Зеленая» крыша – основной компонент структуры объектов «зеленой» архитектуры. Сплошные газонные покрытия поверхностей террас – пример архитектурно-ландшафтной структурной интеграции современного зодчества. Конструктивно «зеленая» крыша интегрирует:

• Ландшафтную биосистему;
• Конструкцию покрытия здания;
• Функциональные и защитные элементы конструктивной структуры покрытия.

Устройство плоской кровли требует высокой культуры ведения строительных работ, использования качественных строительных материалов, обеспечивающих надежность и долговечность строительных конструкций. Современная кровля состоит из достаточно большого числа компонентов: кровельный материал, утеплитель, пароизоляция, водосточные воронки, соединительные и крепежные элементы и другие. Притом, все элементы играют весьма важную роль в обеспечении качества кровли.

Однако, при проектировании «зеленой» эксплуатируемой крыши, покрытия или террасы необходимым становится учитывать совокупность факторов, воздействий и нагрузок, отличных от расчета неэксплуатируемой крыши. Среди основных групп нагрузок, действующих на эксплуатируемую «зеленую» крышу следует выделять постоянные нагрузки (собственный вес строительной конструкции, вес стационарного оборудования, вес элементов благоустройства), временные нагрузки (вес выпадающих осадков, вес людей, обслуживающих механизмов и техники, вес растительности и субстрата, особые нагрузки функциональных процессов, связанных с назначением крыши). Также не менее важно при проектировании конструкции учитывать ряд воздействий (атмосферных осадков, температуры, воздушной среды, солнца, ветра).

В виду различий в применяемом ассортименте растений для озеленения крыш, становится необходимым говорить о классификации фитокрыш по степени массивности конструкции. Можно выделить следующие типы: массивные, тяжелые, средние, облегченные, легкие.

Формирование комплексного озеленения застройки влечет за собой необходимость учета дополнительных факторов, связанных как непосредственно с растениями, так и со средой, благоприятной для их вегетации. Это влечет за собой необходимость применения качественных строительных материалов, отвечающих заявленным требованиям. Выполнение строительных и монтажных работ, а также их актирование и приемка, должны вестись с учетом последующего использования для озеленения. В виду чего, необходимым становится составление требований к готовым строительным конструкциям для озеленения.

Проектирование конструкций для горизонтального озеленения должно отвечать требованиям по прочности сооружения, при этом особое значение играет их целостность и бездефектность. Возникновение дефектов конструкций может быть обусловлено неучетом особенностей вегетации растения, его влияние на элементы и конструкцию в целом.

Наиболее уязвимыми с точки зрения образования дефектов, нарушающих целостность конструкций, являются места сочленения двух и более конструкций, как то, например, перекрытия и парапета, перекрытия и вентиляционных шахт, порогов, стен и прочих. В целях предотвращения возникновения дефектов, необходимо качественное проведение строительных и монтажных работ, их приемка, а также соблюдение рекомендаций по эксплуатации «зеленого» объекта.

При проектировании конструкции, предназначенной для дальнейшего озеленения, необходимо также предусматривать дополнительные защитные элементы и слои. Ввиду непрерывного развития корневой системы, а также субстрата повышенной степени агрессивности по отношению к конструкциям здания, в современных кровельных системах для озелененных крыш предусматривается дополнительный профилированный слой, выполненный из материала с повышенными прочностными свойствами.

Применение озеленения с развитой корневой системой, требует значительного увеличения объема земляного кома. В виду чего требуется изменение привычной конфигурации перекрытия, формирование сложного профиля. Также необходимо предусматривать элементы усиления конструкций, воспринимающих значительные сосредоточенные нагрузки от озеленения.

Интерьерное озеленение, как частный случай горизонтального озеленения зданий, помимо основных предъявляет дополнительные требования к средовым характеристикам здания, как то освещенности, влажности, аэрации и прочим. Что обуславливает необходимость формирования дополнительных конструкций и инженерных решений.

Внешняя поверхность зданий – потенциал развития системы озеленения урбосреды. Озеленение поверхности, эксплуатация и благоустройство особой среды радикально меняет функционально-строительную природу строительного объекта, формальную и конструктивную сущность элементов здания, ставя их в положение специфического архитектурного, ландшафтного и градостроительного объектов, требующих полной проектной разработки.

Формирование комплексного озеленения зданий, представляющего совокупность элементов горизонтального и вертикального озеленения, требует особого подхода к проектированию и строительству, вызванного интеграцией различных потребностей в единой структуре застройки.

Формальные решения «зеленого» объекта должны отвечать задачам современной архитектуры и учитывать особенности инженерно-технических решений. Задачи, стоящие перед инженером, в данном случае, ограничиваются не только требованиями по прочности и устойчивости объекта, но и его средовыми особенностями, вопросами бездефектной эксплуатации объекта.

Существующий подход к проектированию зданий и сооружений различного назначения в аспекте «зеленой» архитектуры не может в полной мере удовлетворить потребностям проектировщиков, таким образом, на сегодняшний день необходимым становится поиск индивидуальных решений, что заметно ограничивает реализацию концепции устойчивой застройки.