Obecnie w Hiszpanii zauważa się silny wzrost popularności renowacji budynków, a szczególnie biurowców. W większości przypadków prace remontowe przeprowadzane są w celu dostosowania budynku do wymogów prawnych oraz zwiększenia ich efektywności energetycznej. Dodatkowo w ich wyniku obiekty zyskują nowy wygląd.

Odświeżony wizerunek uzyskany ma być bez ponoszenia dużych nakładów i istotnych zmian w układzie samych budynków. Idealnym rozwiązaniem w tym przypadku jest wykorzystanie szklenia strukturalnego, ponieważ wiąże się ono z minimalną ingerencją i niewielkimi zmianami wizualnymi, a jednocześnie pozwala na wykorzystanie współczesnej technologii i nowoczesnych materiałów.

Rys. 1. Projektowany wygląd zewnętrzny

Wstęp

W północnej części Madrytu znajduje się AZCA, dzielnica powstała w latach 70. XX wieku, która jest centrum finansowym miasta. Na jej obszarze wybudowano wiele biurowców. Obecnie także inne części Madrytu nabierają charakteru centrów biznesowych, jednak AZCA jest nieustannie najbardziej cenioną i symboliczną dzielnicą biurową, w której znajdziemy między innymi takie biurowce jak Torre Picasso, dzieło Yamasakiego, czy Torre BBVA, wieża zaprojektowana przez Sáinza de Oiza.

Znajdujące się tam budynki pochodzą z tego samego okresu, tj. lat 70. i 80. XX wieku, a co za tym idzie wymagają obecnie modernizacji pod względem dostępnych w nich udogodnień i wyglądu, oraz z uwagi na obowiązujące normy prawne. Jednym z takich budynków jest Torre Europa, jeden z kilku emblematycznych obiektów w tej części Madrytu. Znajduje się on na granicy dzielnicy, naprzeciwko stadionu Santiago Bernabeu, z frontem od strony ulicy Paseo de la Castellana. Ta 121 metrowa wieża została zaprojektowana przez architekta Miguela Oriol e Ybarra w latach 1975–1985. Obecnie stanowi własność firmy Infinorsa.

Właściciel zdecydował się przeprowadzić generalny remont budynku, obejmujący prace w jego wnętrzu, w tym wymianę systemu klimatyzacji i usunięcie klimakonwektorów, co umożliwiło zastosowanie szklenia na całej wysokości pięter oraz kompletną wymianę elewacji. W rezultacie obiekt zyskał nowoczesny wygląd. Aby zrealizować swój plan Infinorsa zdecydowała się rozpocząć współpracę z angielskimi architektami z firmy RTKL i hiszpańską pracownią LKS.

Ogólny opis prac remontowych

Obecny budynek posiada spiralną konstrukcję, w której środku znajduje się przestrzeń na pionową komunikację oraz instalacje, pozostawiając resztę budynku wolną od tych elementów.

Zastosowany system konstrukcyjny dodatkowo przyczynia się do utrzymania takiego układu, ponieważ w części biurowej nie jest konieczne montowanie jakichkolwiek słupów, a elementy konstrukcyjne, tj. słupy, znajdują się w części centralnej budynku i na jego krawędziach, na zewnątrz. Słupy te zbudowane są z prefabrykowanego żelbetu. Dzięki nim budynek wyróżnia się na tle innych, madryckich budowli.

W dolnej części znajduje się hol wejściowy, który stanowi element niejako dołączony do głównego budynku. Westybul jest całkowicie przeszklony, łącznie ze sklepieniem. Całość wykonana jest w systemie aluminiowych ścian osłonowych osadzonych na stalowej konstrukcji. Szkło od zewnątrz jest mocno przyciemniane i bardzo mało przejrzyste, nadając budynkowi anachroniczny wygląd, odbiegający od współczesnych trendów.

Propozycja nowej fasady, przedstawiona przez pracownię architektoniczną RTKL, zakłada przede wszystkim:
- Unowocześnienie wejścia. Proponowana jest całkowita przebudowa holu wejściowego wprowadzająca dodatkowo zadaszenie o metalowej konstrukcji, które będzie wychodziło poza zewnętrzną linię budynku.
- Dokonanie zmian w okładzinie ścian zewnętrznych.

Planowane jest unowocześnienie wyglądu budynku poprzez pokrycie żelbetonowych prefabrykowanych słupów oraz wyjścia awaryjnego z budynku stalą nierdzewną o odpowiedniej teksturze. W niniejszym artykule szczególną uwagę zwrócono na renowację holu wejściowego budynku.

Opis projektu

Renowacja holu wejściowego obejmuje całkowite wyburzenie obecnego wejścia, w celu stworzenia nowego lobby, o większej przejrzystości ścian, wpisującego się w najnowsze trendy panujące w estetyce wnętrz i technice. By uzyskać nowoczesny wygląd obiektu architekt zdecydował się na szklenie strukturalne, unikając stosowania innych, masywniejszych rodzajów konstrukcji.

Wejście zrobione jest pod zadaszeniem o metalowej konstrucji, które łączy się z dolną częścią frontowej fasady budynku. Opiera się ono na słupach w części parterowej fasady, a jego wysunięta część jest zawieszona na budynku, dzięki czemu możliwe jest uniknięcie konieczności montowania słupów bezpośrednio pod nią.

Hol budynku znajduje się w części najbardziej zbliżonej do obiektu, przylega do niego umożliwiając jego zamknięcie (rys. 1). Lobby jest zwieńczone świetlikiem dachowym, który opiera się na metalowej konstrukcji zadaszenia nad wejściem. Szklenie strukturalne natomiast zostało wykorzystane do konstrukcji ścian, które mają być oparte na posadzce parteru.

Wejście znajduje się na północnej ścianie holu. Dostęp do niego umożliwiają dwie pary ogromnych drzwi obrotowych, które stanowią integralną część fasady. Na dole, przy wschodniej ścianie wychodzącej na Paseo de la Castellana, zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz budynku, zostaną umieszczone tafle wody odbijające wnętrze budynku i fasadę, jednocześnie „dematerializując” konstrukcję ją wspierającą.

Pomiędzy pionową fasadą budynku a świetlikiem dachowym, w miejscu połączenia z obecnym budynkiem, zainstalowane zostaną okna żaluzjowe służące głownie do wentylacji, a przez które – w przypadku pożaru – usuwany będzie dym z holu i dróg ewakuacyjnych. Strefa żaluzji wentylacyjnych zostanie odsunięta od reszty elewacji, tak aby fasada była bardziej wyeksponowana.

W efekcie pionowa fasada i poziome zadaszenie będą sprawiać wrażenie, jakby były idealną przeszkloną „kostką”. Pionowe, szklane panele ścienne mają wysokość 10 m. Półtorametrowa przestrzeń między nimi a szklanym dachem przeznaczona została na żaluzje wentylacyjne. Fasada będzie miała długość około 11 m i będzie wysoka na 10 m. Całość zostanie podzielona na trzymetrowej szerokości panele szklane, oraz panel narożny o szerokości 1,2 m.

Obrotowe drzwi wejściowe zostaną wkomponowane w zewnętrzną fasadę, tj. w konstrukcję szklanej „kostki”. Mają one mieć wysokość 5,5 m a średnicę 3 m. Dodatkowo wyposażone będą w dwoje drzwi bocznych umożliwiających ewakuację.

Zachowanie konstrukcji budowlanej

Proponowana konstrukcja przestrzeni wejściowej została tak zaplanowana, aby oddzielić ruchy samego budynku i zadaszenia od ruchów (odkształceń) konstrukcji parteru i części wejściowej. Pozwoli to uniknąć sytuacji, w której dochodziłoby do odmiennych ruchów tych dwóch konstrukcji. Z tego względu pionowe ściany wejścia muszą być niezależne (samonośne) i stabilne, umożliwiając przeniesienie ruchów na konstrukcję parteru i punktowo również na cały budynek, lecz z założenia nie mają powodować jego ruchów.

Górna część westybulu, tzn. dach oraz przestrzeń przeznaczona na żaluzje wentylacyjne, będzie konstrukcyjnie zależna od daszku, a tym samym od całego budynku, podczas gdy ściany fasady będą opierały się o posadzkę parteru, a pas żaluzji wentylacyjnych będzie ważnym złączem kompensacyjnym pomiędzy oboma systemami.

Dach

Dach musi wytrzymywać naprężenia wywoływane przez wiatr odbijający się od fasady głównego budynku i kierowany ku dołowi, obciążenie śniegiem oraz przeciążenia wynikające z obsługi budynku. Dach opiera się na konstrukcji z lakierowanych, stalowych dźwigarów i stanowi przedłużenie zadaszenia nad wejściem. Konstrukcja z dźwigarów składa się z dwóch pionowych belek równoległych do głównej fasady budynku, na których znajdują się poprzeczne belki zamontowane co około 3,0 m. Dźwigary główne oparte są na słupach w fasadzie głównego budynku na wysokości parteru oraz na posadzce pierwszego piętra wieży.

Konstrukcja ze szklanych dźwigarów znajduje się na górze każdej stalowej belki. Są one rozstawione co 1,5 m i niezależnie od tego, czy zbiegają się z poprzecznymi, stalowymi dźwigarami głównej konstrukcji czy nie, zawsze wsparte są na belkach pionowych. Rozstaw pomiędzy wspornikami tych belek to około 7,0 m, przy czym wsporniki mają długość od 1,5 m do 2,0 m, a maksymalny rozmiar belek wynosi 12 m.

Dźwigary zaplanowane zostały w trapezoidalnym kształcie, by świetlik dachowy był nachylony, co umożliwi usuwanie wody opadowej. Zatem dolna część jest pozioma i zbiega się z główną, metalową konstrukcją daszku, a górna zapewnia odpowiednie nachylenie. Dzięki kotwom możliwe jest dość swobodne wydłużanie się i ruchy dźwigarów. Taka konstrukcja pozwala uniknąć pionowych przesunięć wynikających z parcia i ssania wiatru. Kotwy zostaną również wyposażone w elementy usztywniające w celu uniknięcia ruchów prostopadłych do dźwigarów, tak by ogólnie wzmocnić świetlik dachowy.

Na szklanych dźwigarach zostaną umieszczone dwuszybowe panele szklane, składające się na poziomą część dachu. Świetlik dachowy wychodzi poza linię samego budynku i przechodzi w zadaszenie nad wejściem. W tej części wykorzystano takie same rozwiązanie strukturalne jak w części wewnętrznej, jednak szklany wspornik będzie odchodził od ostatniego pionowego dźwigara i stanowił przedłużenie konstrukcji nad lobby. Na metalowej konstrukcji górnej części zadaszenia zawieszona zostanie lekka konstrukcja stalowa podtrzymująca część wentylacyjną, która również będzie zawieszona na górnej części zadaszenia.

Dolna część „kostki”

Ściany samej „kostki” muszą wytrzymywać, poza poziomym obciążeniem użytkowym, obciążenie wiatrem (ściany pionowe).
Wykorzystano w tej części szklenie strukturalne – wszystkie fasady oraz pozioma opaska będą wykonane ze szkła, bez zastosowania żadnych innych materiałów w główniej konstrukcji.

Dolną część stanowi trójścian, na który składają się dwie pionowe ściany fasad z górnym poziomym elementem wspartym bezpośrednio na posadzce parteru. Ściany pionowe są wyposażone w pionowe, szklane żebra usztywniające, które także stanowią zabezpieczenie szkła przed działaniem poziomych sił. Znajdują się one co 3,0 m w miejscach połączeń poszczególnych paneli szklanych.

Zarówno pionowe płaszczyzny jak i szklane żebra są osadzone w dolnej części, podczas gdy w górnej części stabilizuje je poziomy dźwigar w kształcie litery „L”, który łączy i usztywnia obie fasady „szklanej kostki”, tworząc tym samym samonośny trójścian. Cała konstrukcja jest połączona z głównym budynkiem w dwóch miejscach w rogu trójścianu, dzięki czemu naprężenia przenoszone są na konstrukcję samej wieży.

Poziomy dźwigar jest przymocowany do pionowych, szklanych żeber usztywniających, pionowych paneli szklanych, jak również do narożnika pomiędzy dwoma ścianami.

Na dwóch skrajnych krawędziach kostki znajdują się szklane żebra o większych wymiarach, które zamykają konstrukcję. Sięgają one wewnętrznej części z żaluzjami wentylacyjnymi. Poziomy dźwigar ma stalowy element w środku, który uniemożliwia deformację poprzecznego elementu w pionie. Dzięki niemu, w przypadku uszkodzenia którejkolwiek z części poziomego dźwigara dochodzi do przeniesienia obciążeń ścinających w miejscu połączenia z elementami pionowymi konstrukcji.

Za mocowanie do budynku odpowiada dźwigar wspornikowy, który przejmuje poprzeczne siły. Sam ciężar dźwigara spoczywa na słupie, który dodatkowo podtrzymuje pionowe ścian boczne i część z żaluzjami wentylacyjnymi.

Na fasadzie, na której znajdują się drzwi, poza podtrzymującą konstrukcją szklaną zamontowane zostaną ramy ze stali nierdzewnej, których zadaniem będzie podtrzymywanie okien nad drzwiami oraz przenoszenie obciążeń wynikających z działania drzwi.

Obliczenia

Obliczenia dla poszczególnych elementów wymagają uwzględnienia różnych modeli:
- ogólnego modelu użytkowego,
- modelu eksploatacji w czasie dla każdego z elementów oddzielnie,
- szczegółowego modelu mocowania elementów.

W każdym z modeli istotne jest uwzględnienie hipotetycznej możliwości uszkodzenia niektórych elementów, a następnie, biorąc to pod uwagę, takie dobranie rozwiązań konstrukcyjnych, aby uniknąć zawalenia się konstrukcji.

W modelu ogólnym wykorzystano system słupkowy, sprawdzający czy zarówno naprężenia rozciągające, jak i ściskające w elemencie szklanym są poniżej dopuszczalnych wartości (według normy prEN 16612). Sprawdzono również ogólne odkształcenia konstrukcji w celu weryfikacji jej trwałości.

Wyliczenia dotyczące głównych elementów zostały wykonane przy użyciu programu elementów skończonych w konstrukcjach szklanych w celu zagwarantowania odpowiedniego połączenia różnych materiałów.

Wyliczenia w modelach szczegółowych również zostały wykonane przy użyciu programu elementów skończonych, by zagwarantować minimalne wymiary wykorzystywanych elementów konstrukcyjnych. Trzecia część zostanie opracowana później przez wykonawcę zakontraktowanego do wykonania prac, w tym wypadku przez Bellapart, który również dostarczy rozwiązań problemów napotkanych w trakcie realizacji projektu.

Proponowane rozwiązanie konstrukcyjne. Strefa górna.
Świetlik dachowy

W rozwiązaniu przyjętym dla górnej części świetlika dachowego wykorzystano laminowane dźwigary szklane o budowie 10.10.10 mm, z przyklejoną od góry grubą blachą ze stali nierdzewnej, na której zamontowany zostanie szczyt świetlika dachowego przy użyciu EPDM, co zagwarantuje odpowiednie użytkowanie i uszczelnienie konstrukcji.

Dwuszybowe panele szklane na całej powierzchni świetlika składają się od zewnątrz z 10 mm szkła hartowanego o podwyższonej odporności, którego zadaniem jest zabezpieczenie konstrukcji na wypadek gradu lub spadających elementów oraz laminowanego szkła bezpiecznego (6+6 mm) od wewnątrz. Obie warstwy wykonane są ze szkła o obniżonej zawartości żelaza, by pozbyć się zielonkawego odcienia.

Mocowanie paneli szklanych zapewnia zewnętrzne konstrukcja ze stali nierdzewnej. Woda opadowa usuwana jest w kierunku głównego budynku, gdzie zainstalowana zostanie na całej długości rynna połączona z systemem odprowadzającym wodę z całego budynku. W dolnej części świetlika dachowego znajduje się pas okien z żaluzjami wentylacyjnymi, zainstalowany na wypadek pożaru.

Okna żaluzjowe mają wysokość około 1,5 m, a ich rozmiar jest dostosowany do rzeźby samego dachu. Żaluzje wentylacyjne będą zbudowane ze szklanych uchylnych paneli, których obsługę umożliwiają mechaniczne elementy ukryte w pionowych belkach mocujących. Wykorzystane zostanie w nich laminowane szkło grubości 5+5 mm, bez żadnych elementów na styku poszczególnych żaluzji, co zapewni większą przejrzystość przegrody.

Rys. 2. Element dolny

Rys. 3. Połączenie w środkowej części

Rys. 4. Górne połączenie

 (...)

(...)

Artykuł opiera się na wykładzie prezentowanym Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2017, która odbyła się 28-30.06.2017  w Tampere, Finlandia

Miguel Angel Nuñez Diaz
ENAR. Architetural Envelopes

Jesús M. Cerezo Miguel
ENAR. Architetural Envelopes

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji:  Świat Szkła 4/2019