Fasády výškových budov

Architektúra výškových stavieb sa vyznačuje rozmanitosťou hmotových a fasádnych riešení. Hmotová a tvarová rozmanitosť so sebou nesie požiadavky na konštrukčný systém, ktorý sa ako tektonický prvok v rôznej miere prejavuje na fasáde.

Na fasádach výškových budov sa uplatňujú ľahké transparentné plášte, ktoré sú vyrábané ako prefabrikované systémové prvky, avšak nie uniformné, ale poskytujúce požadovanú rôznorodosť riešení výrazu fasády a jej farebnosti. Na celkový vzhľad fasády výškovej budovy vplýva viacero faktorov, ako sú tvar, konštrukcia, výber fasádneho typu plášťa a pod.

Tvar

Z hľadiska dosiahnutia čo najmenšej povrchovej plochy vonkajšej fasády budovy sa za vhodné považujú tvary jednoduchých priestorových telies, ktoré sú uplatnené pri mnohých realizovaných výškových budovách. Jadro a okolo neho voľný priestor podlažia v tvare štvorca, obdĺžnika, kruhu, elipsy, šošovky a pod. ohraničený po jeho obvode stĺpmi je v súčasnosti najpoužívanejšou konštrukčnou schémou výškových stavieb. V snahe uplatniť pri výškových budovách ekologické koncepty a zabezpečiť čo najmenšiu plochu teplo-výmenného obalu, býva tvar jednotlivých podlaží nad sebou rovnaký. Tvar daný pôdorysom prvého nadzemného podlažia prebiehajúci až po najvyššie podlažie nie je pravidlom. Okrem hmôt čo najjednoduchších priestorových telies existuje množstvo príkladov s meniacimi tvarmi pôdorysov po vertikálnej osi budovy. Príkladmi môžu byť Torre Espacio a Torre de Cristal postavené v rokoch 2007 – 2008 v španielskom Madride. Torre de Cristal ako už vyplýva zo samotného názvu budovy pripomína tvar krištáľu a je považovaná za jednu z najelegantnejších výškových budov v Španielsku. Pôdorysy najspodnejších nadzemných podlaží sú v tvare obdĺžnika, rohy ktorého sú postupne smerom s pribúdajúcou výškou zrezané tak, že v najvyšších podlažiach je pôdorys podlažia v tvare nerovnoramenného šesťuholníka [1]. Torre Espacio má v úrovni prvého nadzemného podlažia pôdorys v tvare štvorca, ktorý sa po parabolickej vertikálnej krivke smerom k najvyšším podlažiam mení na šošovkovitý tvar. Platí zásada, že čím je tvar hmoty komplikovanejší, tým je výber fasádneho systému jeho opláštenia jednoduchší. V tomto prípade boli použité systémy roštových a panelových fasádnych systémov.

Konštrukčné systémy výškových budov

Klasické skeletové systémy, ktoré sú charakteristické zvislými stĺpmi a vodorovnými priečlami vytvárajúcimi spolu rámové skeletové konštrukcie, ktoré boli uplatňované na prvých mrakodrapoch v Chicagu a New Yorku koncom 19. storočia, alebo ktoré použil Mies van der Rohe na zhmotnenie svojej vízie „kostry a kože“ v Lake Shore Drive v Chicagu v roku 1951 sa pri súčasných výškových stavbách objavujú v minimálnej miere [2]. Tubusové alebo obvodové systémy, ktoré boli použité Fazlurom Khanom pri výstavbe John Hancock Tower a Willis Tower (predtým Sears Tower) v Chicagu na prelome 60. a 70. rokov minulého storočia a vtedy považované za prevratné konštrukčné riešenia sa s určitými obmenami používajú dodnes [2]. Tubusové systémy sú založené na princípe, podľa ktorého sa konštrukcia výškovej budovy umiestnená po jej obvode správa ako konzola v podobe dutej trubky votknutá kolmo do zemského povrchu a schopná odolávať vonkajším zaťaženiam. Najčastejšia konštrukčná schéma aplikovaná na súčasných výškových budovách je kombináciou obvodového systému tvoreného zvislými stĺpmi alebo diagonálnou sieťou a jadrom umiestneným v približne centrálnej polohe budovy. Kombinácia obvodového a jadrového systému prináša pre riešenie vnútorných dispozícií výškových budov výhody v podobe voľnej dispozície neprerušenej stĺpmi. Tým je daná možnosť vloženia auditórií, prednáškových miestností, alebo átrií a zimných záhrad s vegetáciou cez niekoľko podlaží, či už v spodných, alebo horných častiach budovy.

Konštrukcia obvodových stĺpov, vzhľadom k vodorovnej polohe stropných dosák, môže byť orientovaná zvislo, alebo môže vytvárať kosoštvorcovú diagonálne orientovanú mriežku. Obvodové konštrukcie môžu byť tvorené oceľovými, oceľobetónovými stĺpmi alebo oceľobetónovými stenami s rôznou mierou ich perforácie okennými otvormi.

Obvodový plášť

Výškové budovy s uplatnením skeletových konštrukcií spôsobili odľahčenie obvodovej steny a zminimalizovanie jej úlohy iba na funkciu zabezpečenia vnútorného komfortu. Prvé zavesené transparentné plášte boli použité na priemyselných budovách v Európe a to z dôvodu potreby zabezpečenia denného osvetlenia vo výrobnom procese. Na výškových budovách sa transparentné plášte, tak ako ich poznáme v dnešnej podobe, začali používať až po 2. svetovej vojne. Systémy kotvenia plášťov, používanie systémov s prerušenými tepelnými mostami a v neposlednom rade vynález floatového skla s úplne rovnobežnými povrchmi sklených tabúľ ovplyvnili funkčnosť a výraz fasád. Na súčasných výškových budovách sa používajú jednoplášťové fasádne systémy, ku ktorým z konštrukčného hľadiska a spôsobu montáže patria dva základné typy – roštové fasády a panelové fasády. Dvojité transparentné fasády v porovnaní s jednoduchými fasádami predsadením druhého plášťa dokážu na výškových budovách zabezpečiť účinnejšiu ochranu proti vonkajšiemu hluku, slnečnému žiareniu systémom žalúzií v medzipriestore a dosiahnutie priaznivej energetickej bilancie budovy. Posun v dematerializácii z hľadiska konštrukcie fasády od líniového kotvenia k bodovému kotveniu sklených tabúľ predstavujú bodovo kotevné zasklenia, ktoré sa uplatňujú v konštrukciách veľkoplošných zasklených stien alebo ako vonkajší plášť dvojitej transparentnej fasády. Všetky spomenuté typy možno definovať ako zostavu súčastí alebo prefabrikovaných jednotiek, ktoré sa konečným výrobkom stávajú až po ich následnej montáži na stavbe a zabezpečujú funkciu neprerušeného obalu budovy. Materiály, ktoré sa uplatňujú v skladbe ľahkých fasádnych systémov sú hliník a jeho zliatiny, oceľ, izolačné materiály, tesniace materiály ako silikóny, polysulfidy, polyuretány alebo akrylátové disperzie. Pri transparentných plášťoch platí, že ich dominujúcim materiálom je sklo. Výber typu fasádneho systému je ovplyvnený v hlavnej miere konštrukčným systémom a tvarom budovy.

Panelové fasádne systémy

Panelové fasádne systémy sa vyrábajú ako vopred pripravené prvky a komponenty najčastejšie na výšku jedného podlažia vrátane výplňových prvkov, preto sú vhodné na kotvenie k vodorovným konštrukciám skeletových alebo tubusových systémov. Príprava kompletizovaného fasádneho dielca so zasklením a osadením doplnkových prvkov prebieha vo výrobnej hale. Z hľadiska miery prefabrikácie predstavujú v súčasnosti z používaných typov plášťov najvyššiu úroveň. Panelovými typmi plášťov je možné dosiahnuť rôzny výraz fasády pomocou zakomponovania netransparentných parapetných častí, alebo striedaním transparentných a farebných netransparentných panelov na výšku jedného podlažia. Netradičné farebné riešenie panelovej fasády predstavuje výškový objekt Colorium v Dűsseldorfe, kde bola na sklených tabuliach uplatnená farebná sieťotlač. Výraz multifarebnej veže bol dosiahnutý za pomoci použitia iba 17 typov farebných fasádnych panelových prvkov [1]. K posledným významným realizáciám výškových budov s panelovým systémom fasády patrí Freedom Tower na Manhattane v New York City.

Roštové fasádne systémy

Takéto systémy sú vytvárané z nosného roštu, ktorý pozostáva z tyčových prvkov (stĺpikov a priečnikov) a výplňových priehľadných, resp. nepriehľadných prvkov, ktoré sa kompletizujú na stavbe. Roštové plášte sú univerzálne využiteľné vo fasádnych aj strešných systémoch pre možnosť vyskladania šikmých a lomených fasád. Profily stĺpikov sú výrobcami poskytované v rôznych hrúbkach, čo umožňuje voľbu ich dimenzie na základe statických požiadaviek a rozpätia.

Roštový fasádny systém s trojuholníkovými tabulami skla je uplatnený na 30 st Mary Axe – Swiss Re Headquarters v Londýne od Normana Fostera. Tubusový diagonálne orientovaný systém oceľovej konštrukcie s kosoštvorcovým rastrom si vyžiadal použitie trojuholníkového rastra ako sekundárneho systému zo stĺpikov a priečnikov pre uloženie zasklenia. Vonkajšia oceľová obvodová konštrukcia je dostatočne tuhá a pritom ľahká, umožňujúca flexibilný vnútorný priestor bez stĺpov. Členenie sekundárneho systému fasády je podriadené nosnému tubusu, tabule skiel sú vkladané do trojuholníkového roštu. Fasáda je riešená ako dvojitá transparentná fasáda, pričom je atypická tým, že vonkajší plášť je z izolačných dvojskiel a vnútorný plášť je z jednoduchého zasklenia. Medzipriestor funguje ako tepelný nárazník, ktorý má za úlohu znížiť spotrebu energie na vykurovanie a chladenie, je využívaný na odvetranie použitého vzduchu z kancelárskych miestností v zimnom období [1].

Úplne iný výraz fasády je dosiahnutý použitím roštového systému so štruktúrovaným kotvením zasklenia na Zero Zero Tower v Barcelone. Konštrukčný rámec pre trapézový tvar pôdorysu tejto výškovej budovy tvorí už spomínaná konštrukčná schéma jadra a obvodových stĺpov. Nosná konštrukcia je v tomto prípade dominantným prostriedkom formujúcim výraz fasády budovy. Jej obvodová časť je koncipovaná ako tubus v tubuse, zložený z vnútorných štíhlych stĺpov vzdialených od seba v pravidelnom module po 1,35 m, ktoré prenášajú tlakové zaťaženie a z vonkajších prvkov, ktoré prenášajú horizontálne sily a ohybové momenty. Zasklenie vo forme štruktúrovanej fasády je členené v modulovom kroku vnútorných stĺpov a je tvorené tabuľami skla s bielou keramickou serigrafickou potlačou zodpovedajúcou vertikálnemu vzoru, ktorý znásobuje štíhlosť budovy. Vonkajšie stĺpy vytvárajú diamantovú mriežku fasády, ktorá preberá napätia z každej časti budovy s najväčšou koncentráciou nosných prvkov v spodnej časti a s menšou v horných častiach budovy. Mriežka je s vnútorným tubusom bodovo spojená v určitých uzlových bodoch. Konštrukcia prispieva k ostrému, štylizovanému a popritom čistému a vyrovnanému tvaru budovy, ktorý odhaľuje interiérové veľkopriestorové objemy zodpovedajúce špecifickým funkciám ich využitia. Typické podlažia sú riešené ako administratívne veľkopriestory ohraničené fasádou a vnútorným jadrom [4].

Bodovo kotevné zasklenia

Tieto zasklenia sa uplatňujú v oplášteniach výškových budov vo forme vonkajšieho plášťa pri dvojitých transparentných fasádach, alebo vo forme veľkoplošných zasklených stien cez viacero podlaží. Zasklené steny uzatvárajú vstupné haly v rámci pôdorysu prvého nadzemného podlažia výškovej budovy, alebo jej pridruženej podnože. Sú to priestory, ktorú komunikujú s exteriérom, alebo majú umožniť prelínanie interiéru s okolím a preto je nežiaduce členenie zasklenej steny masívnou konštrukciou. Bodovým kotvením zasklenia sa dosahuje maximálna transparentnosť bez rušivých vplyvov konštrukcie, pretože sklené tabule sú spájané silikónovými pruhmi. Tabule skla sú kotevné pomocou spiderov, alebo nerezovými terčmi v rohoch štyroch susediacich tabúľ. Zavesená zasklená stena v podnoži Time Warner Center na okraji newyorskej Broadway a začiatku Central Parku má konštrukciu tvorenú zvislými a vodorovnými napnutými lanami, ktoré sú v uzlo vých bodoch fixované pomocou nerezových terčov spojené s rovinou sklených tabúľ. Lanová konštrukcia vytvára z vizuálneho hľadiska čiarovú mriežku, ktorá pre laika nie je vnímateľná ako konštrukcia, ale iba rámec, mimo ktorého sa vznáša rovina zasklenia [3].

Dvojité fasády

Vznikajú predsadením skleného vonkajšieho plášťa pred transparentnú fasádu, čím sa vytvorí medzipriestor, v ktorom sa umiestňujú zariadenia pre ovládanie intenzity slnečného žiarenia. Vonkajší plášť býva vo väčšine prípadov z tabúľ jednoduchého skla. Vnútorný plášť pozostáva z klasickej konštrukcie obvodových plášťov a zabezpečuje tepelnoizolačné a akumulačné požiadavky. V prípade realizácie dvojitých transparentných fasád bez napojenia medzipriestoru na prídavné zariadenia funguje medzipriestor ako tepelný nárazník, ktorý v zime znižuje tepelné straty a umožňuje pasívne využívanie slnečnej energie. V lete musí byť zabezpečené otvorenie vonkajšieho skleného plášťa pre odvedenie teplého vzduchu. Vonkajší plášť býva z tohto dôvodu navrhnutý ako obal dynamicky reagujúci na meniace sa podmienky prostredia.

Netypická dvojitá fasáda je aplikovaná na budove, ktorá sa za obdobie od svojho postavenia stala symbolom španielskej Barcelony. Torre Agbar, alebo gejzír, ako je nazývaná v literatúre, má vnútorný plášť tvorený netransparentným sendvičovým obkladom na železobetónovom stenovom tubuse, ktorý je perforovaný okennými otvormi. Farebnosť obkladu vnútorného plášťa je v rôznych odtieňoch červenej a modrej farby. Vonkajší plášť vytvárajú sklené pohyblivé transparentné a translucentné lamely. Budova je opatrená senzormi na vonkajšiu teplotu, ktoré regulujú otváranie a zatváranie sklených lamiel na fasáde budovy tak, že znižujú spotrebu energia na chladenie. Lamely vonkajšieho plášťa vplyvom meniaceho sa uhla dopadajúcich slnečných lúčov, zmenou svojej polohy vzhľadom na vnútorný plášť spôsobujú dynamický obraz budovy počas dňa a v závislosti klimatických podmienok. Najcharakteristickejším znakom tejto výškovej budovy je jej nočná iluminácia. Pomocou svetelnej LED technológie je možné vytvoriť nespočetné množstvo farebných odtieňov a obrazcov [5].

Záver

Rozmanitosť architektonického výrazu súčasných výškových budov je dosahovaná tvarovaním samotnej navrhovanej hmoty, výberom fasádneho plášťa, voľbou jeho farebnosti a prejavom tektoniky konštrukčného systému navonok. Výber tvaru budovy je výsadou autora, tvar budovy však v konečnom dôsledku je determinovaný viacerými faktormi.

Tektonika budovy ako prejav jej konštrukcie, členenie fasády, raster sklených tabúľ zodpovedajúci modulácii konštrukčného systému a výber typu fasádneho plášťa sú faktory ovplyvňujúce výraz fasády budovy. Výber typu fasádneho plášťa závisí aj od požiadaviek na energetickú efektívnosť budovy. Fasádne transparentné plášte ponúkajú variabilitu konštrukčných riešení, prvkov, riešení spojov sklených panelov alebo tabúľ ich farebnosťou, výberom skla s potlačou a pod. Dynamika architektonického výrazu sa dosahuje používaním mobilných prvkov na fasádach reagujúcich na klimatické pomery a potreby užívateľov, alebo počítačovo riadením nočným osvetlením budov. Kombináciou týchto faktorov a pridaním tvorivej kreativity samotných autorov možno očakávať ďalšie inovované riešenia výškových budov a ich fasád.

Literatúra:

[1]Binder, Georges: Tall Buildings of Europe, the Middle East and Africa. The Images Publishing Group Pty Ltd, ABN 89 059 734 431, 6 Bastow Place, Mulgrave, Victoria 3170, Australia, 2006, ISBN 1 876907 81 9

[2] Elsele, Johan – Kloft, Ellen: Hochhaus Atlas. Verlag Georg D.W. Callway GmbH & Co. KG, Streitfeldstrasse35, 81673 Munchen, 2002, ISBN 3-7667- 1524-0

[3]Binder, Georges: Sky High Living: contemporary hihg-rise apartment and mixed-use buildings. The Images Publishing Group Pty Ltd, ACN 059 734 431, 6 Bastow Place, Mulgrave, Victoria 3170, Australia, 2002, ISBN 1 86470 094 7

[4]http://www.e-architect.co.uk/barcelona/ torre_diagonal_zero_zero.htm

[5] http://en.wikipedia.org/wiki/ Torre_Agbar