Funkcja konstrukcyjna

W historii typ zastosowanej ściany wyrażał związek ze sposobem życia. Dla plemion wędrownych ważna była możliwość przemieszczania - stąd lekkie, przenośne konstrukcje ścian jurt czy wigwamów. Dla plemion osiadłych ważniejsza była z kolei trwałość i solidność konstrukcji. Zatem, podpora dla zadaszenia mogła być monolitem zbudowanym z elementów poziomych lub też zestawem pionowych słupów przejmujących obciążenie. Ze względu na możliwość wykonania prostej konstrukcji słupowej prymitywnymi środkami, za pierwotne uważa się właśnie to rozwiązanie⁵¹. Systemy belkowo-słupowe były używane przez Egipcjan i Greków. Rzymianie, dla których bardzo istotna była możliwość uzyskania ciągłej powierzchni ściany (za pomocą której mogli kreować przestrzeń architektoniczną), rozwinęli nową technikę wznoszeniu murów z lanego betonu⁵². Jak pisze Ch. Norberg-Schulz:

„powszechnie uważa się, że artykulacja muru rzymskiego nie odpowiada technicznej strukturze budowli. (…) Formalne potraktowanie ściany raczej ukrywa, niż wyjaśnia konstrukcję”, którą eksponowano tylko w budynkach o drugorzędnym znaczeniu⁵³. Później zapomniano na całe wieki o wynalazku betonu, a historię budownictwa zdominowały ściany z cegły i kamienia. Tradycyjne materiały pozwalały na kształtowanie całego bogactwa form, jednak ich możliwości konstrukcyjne pozostawały niezmienione od czasów starożytnych⁵⁴.

Współcześnie ściany zewnętrzne budynków zabytkowych, pełniące niegdyś funkcję konstrukcyjną, mogą funkcjonować jako niezależna struktura. Dzieje się tak w przypadku budynków modernizowanych, gdzie w pustą, ale atrakcyjną pod względem estetycznym

„skorupę” zostaje wstawiona konstrukcja nowego obiektu, usztywniająca zarazem stare mury.

W CaixaForum w Madrycie (proj. Herzog i de Meuron), dzięki potężnym filarom możliwe

49 Lisik A. [red.]: Odnawialne źródła energii w architekturze, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002, s. 111.

50 Wiecej w rozdziale III, podrozdz. 6.1.

51 Mączeński Z.: Elementy i detale…, op. cit., s. 67.

52 Norberg-Schulz Ch.: Znaczenie w architekturze…, s. 42.

53 Ibidem, s. 47.

54 Koch W.: Style w architekturze, Wydawnictwo Klubu „Świat Książki”, Warszawa 1996, s. 277.

42

było pozbawienie ścian zewnętrznych starej, dziewiętnastowiecznej elektrowni, ich pierwotnych, kamiennych fundamentów i optyczne oderwanie budynku od ziemi, a także nadbudowanie dodatkowej kubatury⁵⁵. Jak pisze N. Juzwa, „niekiedy architekt pozostawia fragmenty starej, fabrycznej fasady, traktując ją jak sentymentalną aplikację, jak ślad historii miejsca wmontowany w technologicznie wysublimowaną nową powłokę elewacyjną”⁵⁶. Tego typu przebudowy dotyczą często budynków poprzemysłowych o dobrze zachowanych, ceglanych elewacjach, zdobionych mniej lub bardziej licznymi detalami, których wnętrze kiedyś stanowiło otwartą przestrzeń, a współcześnie zostaje wypełnione nowymi podziałami.

Znanym polskim przykładem jest Manufaktura w Łodzi. Realizacje takie mają miejsce także na Górnym Śląsku⁵⁷.

Jedną z bardziej istotnych dla rozwoju architektury zmian było uwolnienie zewnętrznych przegród od funkcji nośnej. Dzięki gotyckiej konstrukcji szkieletowej⁵⁸, duże płaszczyzny ścian zewnętrznych kościołów, oswobodzone z ciężaru konstrukcji, mogły zostać przeprute ogromnymi otworami okiennymi. Drugą po gotyku rewolucję w dziedzinie konstrukcji przyniósł dopiero XIX wiek, kiedy to nastąpiło uniezależnienie ściany zewnętrznej od funkcji nośnej, związane z wprowadzeniem nowego materiału konstrukcyjnego - żelaza. Odbyło się to przy dużym współudziale inżynierów oraz projektantów budowli ogrodowych, wśród których należy wymienić J.C. Loudona, wznoszącego obiekty o żeliwnej konstrukcji od 1817 roku⁵⁹ oraz J. Paxtona, autora projektu Crystal Palace (1851)⁶⁰. Ch. Schittich twierdzi, że tylko „nie-architekt” mógł odważyć się na tak rewolucyjne rozwiązanie, łamiące obowiązujące kanony⁶¹. Kolejnym ważnym etapem było powstanie pierwszych budowli o stalowej konstrukcji szkieletowej w Chicago i Nowym Yorku, w latach 80. i 90. XIX wieku.

Nowa konstrukcja (oraz wynalazek dźwigu osobowego) umożliwiała budowę wzwyż. Do tej pory budynki wysokie wznoszone metodą tradycyjną posiadały zasadniczą wadę – im wyższy budynek, tym grubsze mury musiał mieć w przyziemiu, co było bardzo nieekonomiczne⁶². Przykładem może być budynek Pulitzera w Nowym Jorku o wys. 108 m (oddany do użytku w 1890 r., zburzony w 1955 r.), który mając wprawdzie rdzeń wsparty na żeliwnych słupach, posiadał murowane ściany, które w parterze osiągały grubość 2,7 m⁶³. Opracowana przez

55 Kijak-Olechnicka M.: Centrum sztuki CaixaForum w Madrycie, Architektura – murator, 07/2008., s. 94-101;

www.arcspace.com/architects/herzog_meuron/caixa/caixa.html

56 Juzwa N.: Refleksje o współczesnej fasadzie. Czasopismo Techniczne, z. 10-A/2004, s. 70.

57 Więcej na ten temat w dalszej części pracy.

58 Ostry łuk, przypory oraz sklepienie krzyżowo – żebrowe nie były wynalazkami gotyku, ale w tym okresie dokonano nowatorskiego połączenia tych motywów, podano za: Pevsner N.: Historia architektury europejskiej, Wydawnictwo Artystyczne i Filmowe, Warszawa 1976, s. 88.

59 Böhm A., Zachariasz A.: Nowe technologie budowlane w architekturze krajobrazu, Czasopismo Techniczne seria Architektura z. 6-A/2005, Wyd. Politechniki Krakowskiej, s. 30.

60 Jako niezwykle ważny etap rozwoju szklanych fasad ten właśnie obiekt jest wymieniany przez wielu badaczy, (m. in.: Pevsner N.: Historia architektury…, op. cit., s. 393; Giedion S., Przestrzeń, czas i architektura.

Narodziny nowej tradycji. Warszawa 1968).

61 Schittich Ch. [ed.]: In Detail…, op. cit.

62 Kłosiewicz L.: Drapacze chmur, www.zabytkimagiczne.pl

63 Sadowski K.: Prezentacje przekrojowe - Zarys rozwoju konstrukcji drapaczy chmur, www.architekci.pl/konstrukcje; www.muratorplus.pl/technika

43

W. Le Baron Jenney’a i po raz pierwszy zastosowana w budynku Home Insurance Company (1884 – 85 r.) rama nośna przejmowała część ciężaru ścian. Jak pisze Ch. Norberg-Schutz:

„Była to pierwsza wielka realizacja w dojrzałej konstrukcji szkieletowej, gdzie ściana zewnętrzna, choć niedopracowana pod względem architektonicznym, została przekształcona w osłonę, zawieszoną na zasadniczej konstrukcji”⁶⁴. Tzw. „szkielet chicagowski” umożliwił otwarcie ściany zewnętrznej w postaci ogromnych, standaryzowanych okien w metalowych ramach. Ściany zewnętrzne uwolnione od funkcji nośnej mogły być cieńsze, lżejsze, wyższe i mieć bardziej przeszklone powierzchnie.

U. Knaack zwraca uwagę, jak ważnym etapem (niekoniecznie ze względu na chronologię, lecz strukturę) był rozwój konstrukcji słupowo-ryglowej, jako kolejny, logiczny krok w odchodzeniu od masywnych murów. Otwory pomiędzy elementami konstrukcyjnymi mogły przejmować różnorakie funkcje, w zależności od zastosowanego wypełnienia. Mogły być elementem: licowym elewacji, elementem oświetlenia wnętrz światłem dziennym czy wentylacji⁶⁵.

Kolejnymi ważnymi wydarzeniami w historii rozwoju ścian zewnętrznych, dokonanymi za sprawą W. Gropiusa, było zrealizowanie szklanej elewacji hali przemysłowej fabryki Fagus w Alfeld (1911), pozbawionej narożnych filarów (dzięki czemu uzyskano przeszklony przez trzy kondygnacje narożnik)⁶⁶, oraz zastosowanie w części warsztatowej budynku Bauhausu (1926) w Dessau przeszklonej ściany kurtynowej, przenoszącej jedynie ciężar własny oraz obciążenia wiatrem. Jak pisze Ch. Jenks⁶⁷, ostateczne opracowanie ściany osłonowej, jako pozbawionej funkcji nośnej kurtyny, składającej się z lekkiej ramy wypełnionej oknami, nadwieszonej na szkielecie budynku, nastąpiło w latach pięćdziesiątych.

Za początek ostatniej fazy jej doskonalenia uważany jest Lever Brothers Building (1951 r.) w Nowym Jorku, gdzie okrywająca fasadę delikatna, regularna siatka polerowanych stalowych profili, wypełnionych półodblaskowym szkleniem o niebiesko-zielonym połysku, wydaje się być oderwana od struktury nośnej i jedynie dyskretnie zabezpieczona przez obciążeniem wiatrowym⁶⁸. Pod względem formalnym wirtuozerię w opracowaniu detali ściany osłonowej uzyskał Mies van der Rohe - w Seagram Building po raz pierwszy osiągnął efekt „zasłonięcia ciężaru wieżowca szklanymi ścianami”⁶⁹. Również w Europie od lat 50.

powstawały biurowce o kurtynowych fasadach, w których przeszklenia stosowano już nie tylko w celu doświetlenia wnętrz, lecz jako główne tworzywo zastępujące tradycyjne materiały elewacyjne.

64 Norberg-Schulz Ch.: Znaczenie w architekturze…, s. 175.

65 Knaack U., Klein T., Bilow M., Auer T.: Facades. Principles of Construction. Birkhäuser Verlag AG, Basel, Boston, Berlin 2007, p. 23.

66 Banham R.: Theory and Design in the First Machine Age, MIT Press, 1996, s. 79.

67 Jenks Ch.: Ruch nowoczesny w architekturze, WAF, Warszawa 1987, s. 51.

68 Schittich Ch. [ed.]: In Detail…, op. cit. p. 15.

69 W. Jordy za Ch. Jenks: Ruch nowoczesny w architekturze, WAF, Warszawa 1987, s. 116.

44

słupowo-ryglowe Szyby w ramach mocowanych do słupów i rygli; widoczne linie podziału,

punktowe Mocowanie do warstwy nośnej za pomocą sworzni; elewacja jednolita od zewnętrznej strony,

Strukturalne

System dwustronny (two sided system)

dwie krawędzie szklanego panelu (góra i dół) są mocowane mechanicznie do ramy, dwie boczne krawędzie są klejone silikonem,

System czterostronny (four sided system)

Wszystkie 4 boki klejone silikonem do ramy, System szklanych

żeber

(fin glazing system)

Tafle szklane klejone do szklanych, usztywniających żeber, przymocowanych w sposób mechaniczny do konstrukcji

Mocowanie za pomocą sworznia przyklejonego do panelu szklanego za pomocą silikonu konstrukcyjnego (bez wiercenia otworów, co zapobiega mostkom termicznym w fasadzie)

Następny krok to fasady podwójne jako rezultat „wyrzucenia” poza elewację niektórych funkcji powiązanych dotąd z funkcjami wnętrza, na przykład instalacji systemów wentylacyjnych, osłon przeciwsłonecznych. Ze względu na konstrukcję oraz sposób funkcjonowania, K. Harrison wyróżnia cztery podstawowe typy podwójnych elewacji: Buffer Façade, Extract-Air Façade, Twin-Face Façade oraz Hybrid Façade⁷² (tabela 2).

Klasyfikacja fasad podwójnych z uwagi na różnorodność rozwiązań i ciągły rozwój technologii jest trudna, a prezentowana w tabeli 2 typologia nie jest jedyną⁷³. Utrudnieniem jest funkcjonowanie w języku angielskim synonimów danych rozwiązań technicznych.^. Bywa, że w literaturze tematu fasada podwójna tego samego obiektu, u różnych autorów nazywana

70 Knaack U., Klein T., Bilow M., Auer T.: Facades. Principles of Construction. Birkhäuser Verlag AG, Basel, Boston, Berlin 2007, p. 28.

71 Opracowanie własne na podstawie Bielczyk A.: Na rynku – elewacje, przegląd najpopularniejszych rozwiązań, Architektura – murator 10/2008, s. 128-132; Kawecka-Zygadło B.: Domy ze szkła – szklenie strukturalne, Architektura – murator, 11/1999, s. 83-88.

72 Harrison K., Meyer-Boake T.: The Tectonics of the Environmental Skin, www.architecture.uwaterloo.ca/faculty_projects/terri/ds/double.pdf

73 U. Knaack wyróżnia następujące typy fasady podwójnej: Second-skin facade, Box-window facade, Corridor facade, Shaft-box facade, Alternating facade, Integrated facade (Knaack U., Klein T., Bilow M., Auer T.:

Facades. Principles…, op. cit. p. 29-35).

45

jest inaczej (np.: fasada Stadttor Building w Düsseldorfie u Kate Harrison to “twin-face façade”, a u Knaacka “corridor façade”).

Tabela 2 Fasady podwójne – typy i charakterystyka⁷⁴

Typ Charakterystyka

Buffer Façade

Najstarszy typ podwójnej fasady; powstał w czasach, gdy nie było jeszcze szyb zespolonych, o właściwościach izolacyjnych, chroniących przed hałasem oraz nadmiernym nasłonecznieniem, bez ograniczania dostępu światła naturalnego; obie szklane ściany są montowane niezależnie w odległości ok. 250-750 mm; przestrzeń powietrzna pomiędzy nimi nie jest dzielona;

Extract-Air Facade

Wewnętrzna ściana to szyby zespolone, natomiast zewnętrzna jest szklona pojedynczo; warstwa zewnętrzna służy ochronie przed stratami ciepła; przestrzeń powietrzna pomiędzy warstwami jest częścią systemu HVAC; przepływające, zużyte powietrze ochładza powierzchnię wewnętrznej ściany i jest usuwane za pomocą wentylatorów; ten system stosuje się, gdy naturalna wentylacja nie jest wskazana, ze względu na silne wiatry czy duży hałas zewnętrzny; osłony przeciwsłoneczne są montowane w przestrzeni międzyfasadowej.

Twin-face façade

Wewnętrzna warstwa to tradycyjna ściana masywna lub kurtynowa, do której jest dołożona warstwa szklona pojedynczo, która służy ochronie urządzeń (np.:

systemów żaluzji) przed wpływami pogody; przegroda wewnętrzna minimalizuje straty ciepła; w tym systemie jest możliwy udział wentylacji naturalnej – (otwory okienne w obu warstwach, otwierane w różnym czasie); ważna korzyść – możliwość nocnego chłodzenia budynku, a tym samym zmniejszanie obciążeń systemu HVAC.

Hybrid façade Systemem, który łączy jedną lub więcej z podstawowych cech wyżej wymienionych rodzajów fasady, w celu stworzenia nowego systemu hybrydowego.

Swobodę w kształtowaniu formy ścian zewnętrznych i elewacji dała także żelbetowa konstrukcja szkieletowa, stosowana od końca XIX wieku. Budynki żelbetowe były zawsze niższe od stalowych, jednak współcześnie, dzięki większej wytrzymałości materiału, oraz ulepszaniu produkcji i technik szalowania oraz transportu mieszanki betonowej, realizowane są budynki wysokie w tej konstrukcji. Możliwe jest także nadawanie obiektom skomplikowanych, oryginalnych kształtów, z dowolnie rozmieszczonymi otworami, czego

74 Opracowanie własne na podstawie: Harrison K., Meyer-Boake T.: The Tectonics of the Environmental Skin, www.architecture.uwaterloo.ca/faculty_projects/terri/ds/double.pdf; Diprose P.R., Robertson G.: Towards A Fourth Skin? Sustainability And Double-Envelope Buildings. Department of Architecture, University of Auckland, Auckland, New Zealand. 1999, www.diprose.co.nz/WREC/WREC.htm; Lang W., Herzog T.: Using Multiple Glass Skins to Clad Buildings. Architectural Record. July 2000,

www.archrecord.com/CONTEDUC/ARTICLES/7_00_2.asp

46

przykładem są projekty Zahy Hadid, z wykorzystaniem betonu samozagęszczającego, wypełniającego żelbetową konstrukcję szkieletową⁷⁵.

Tendencja do wznoszenia coraz wyższych obiektów wymusiła nowe rozwiązania konstrukcyjne, mające również wpływ na funkcje ścian zewnętrznych. W budynkach trzonowych stropy spoczywały od wewnątrz na stalowym lub żelbetowym trzonie, a od zewnątrz na słupach lub kratownicach będących częścią przegrody zewnętrznej⁷⁶. Ciekawym przykładem jest Torre Diagonal Zero Zero w Barcelonie (proj. EMBA - E. Massip-Bosch, 2011 r.). Jest to klasyczny schemat „tuby w tubie”, z centralnym rdzeniem i strukturą przegrody zewnętrznej złożoną ze smukłych stalowych filarów od strony wnętrza, modułowej ściany osłonowej z białych profili aluminiowych, wypełnionych szkłem pokrytym sitodrukiem oraz romboidalnej, nieregularnej ramy zewnętrznej⁷⁷ (rys. 6-7).

Rys. 6-7. Torre Diagonal Zero Zero, Barcelona, (fot. K. Suchorończak) Fig. 6-7. Torre Diagonal Zero Zero, Barcelona, (photo K. Suchorończak)

W aspekcie funkcji konstrukcyjnej współczesna architektura przynosi nowatorskie rozwiązania, dzięki którym pojęcia „fasada” i „konstrukcja” łączą się w jedno w postaci struktury umożliwiającej likwidację lub ograniczenie ilości podpór wewnętrznych, w której estetyka wizerunku zewnętrznego (i wewnętrznego) wynika z koncepcji układu konstrukcyjnego. Przykładem są projekty N. Fostera, inspirowane rozwiązaniami amerykańskiego architekta i konstruktora B. Fullera. Rozwijał on koncepcję kopuły geodezyjnej W. Bauersfelda z lat 20. XX wieku. Tak zwana kopuła Fullera, bazująca na module trójkąta równoramiennego, posiada kilka bardzo ważnych cech: wytrzymałość, stabilność, łatwość wznoszenia i stosunkowo niskie koszty. Struktury o trójkątnych

75 Cymer A.: Architektura wbrew fizyce. wyborcza.pl

76 Kłosiewicz L.: Drapacze chmur, www.zabytkimagiczne.pl

77 www.archdaily.com/148680/torre-diagonal-zero-zero-emba/

47

podziałach współtworzą obudowę wielu współcześnie realizowanych obiektów, umożliwiając kształtowanie oryginalnych form. Wśród nich można wymienić projekty N. Foster, m. in.:

Hearst Tower w Nowym Jorku czy biurowiec Swiss Re w Londynie (proj.1997, realiz. 2001-2003, rys. 8-9) W Polsce trójkątne moduły tworzą organiczną strukturę Złotych Tarasów w Warszawie (proj. H. Pottman, 2007 r., rys. 10-11).

Rys. 8-9. Budynek Swiss Re, Londyn (fot. A. Tymkiewicz) Fig. 8-9. Swiss Re Building, London (photo A. Tymkiewicz)

Rys. 10-11. Złote Tarasy, Warszawa (fot. J. Tymkiewicz)

Fig. 10-11. “Golden Terraces” shopping mall, Warszawa (photo J. Tymkiewicz)

Innym przykładem jest Water Cube, czyli budynek Narodowego Centrum Sportów Wodnych w Pekinie (proj. 2003-2004, realiz. 2004-2008, autorzy: PTW Architects, ARUP Australia, China State Construction and Engineering Corporation, Shenzen Design Institute).

48

Cała obudowa zewnętrza budynku to struktura nośna, opracowana na podstawie badań piany mydlanej, zapoczątkowanych przez dziewiętnastowiecznego fizyka, matematyka i przyro-dnika Lorda Kelvina i z powodzeniem kontynuowanych przez fizyków D. Weaire’a i R. Phelana, którzy w 1993 roku zbudowali sieć złożoną z powtarzalnych ośmioelemen-towych zbiorów wielościanów. Koncepcja naukowców stała się podstawą opracowania przestrzennej stalowej ramy Water Cube, którą następnie wypełniono po obu stronach od zewnętrz i od wewnątrz poduszkami z materiału zwanego ETFE (etylen tetrafluoroetylen), stale napełnianymi powietrzem dzięki niskoenergetycznej pompie⁷⁸.