Konstrukcje z kompozytów węglowych w architekturze i budownictwie cd.

3. WŁóKNO WĘGLOWE W BUDOWNICTWIE

W budownictwie włókna węglowe dopiero zaczynają być stosowane w budowlach najbardziej zaawansowanych technicznie. Przeszkodą do szerszego stosowania są nadal wysokie koszta. Obecnie trwają intensywne prace badawcze mające na celu obniżenie kosztów produkcji, zatem najprawdopodobniej za 20-30 lat może to być materiał szeroko stosowany, który ze względu na swoje właściwości w wielu przypadkach może zastąpić stal czy żelbet.
4.CARBON TOWER
Pionierskim budynkiem jest zaproponowany w październiku 2002 roku przez Petera Testa 40–piętrowy wieżowiec zaprojektowany w całości z kompozytów, głównie na bazie włókien węglowych.



Mimo zastosowania najnowocześniejszych technologii i zaawansowanych narzędzi projektowych, zasadnicza forma nie jest skomplikowana. Wyobraźmy sobie cylindryczny budynek opięty przez 40 krzyżujących się ze sobą pasm z włókien węglowych rozmieszczonych spiralnie, około 2,5cm szerokich i blisko 200m długich. Przegrodę zewnętrzną stanowi zaawansowany technologicznie substytut szkła (ETFE – pewien rodzaj przezroczystej folii). Para spiralnych ramp, usytuowanych na zewnątrz budynku, zapewnia komunikację i usztywnia konstrukcję.

Tak w uproszczonej formie przedstawia się ten budynek, będący jednym z najbardziej interesujących projektów XXI wieku, mogącym wytyczyć nowe kierunki poszukiwań dla architektów i budowniczych. Najbardziej spektakularną rzeczą jest to, że każdy podstawowy element w budynku, wliczając w to stropy i zewnętrzne rampy, jest projektowany z kompozytu – nie ma tam miejsca na konwencjonalne i znane wszystkim materiały jak stal, beton czy szkło. Zamiast tego mamy konstrukcję z włókien węglowych, które przenoszą wszystkie obciążenia (w konstrukcjach współczesnych wieżowców używa się stali albo żelbetu lub obu tych materiałów jednocześnie). W budynku tym jego konstrukcja nośna i struktura fasady stanowią jedną, nierozerwalną całość.

Projekt ma szansę zrewolucjonizować wszystkie kluczowe zagadnienia projektowania drapaczy chmur: konstrukcję, wentylację, ogrzewanie i układ chłodzenia, komunikację wewnętrzną. W konstrukcji nie ma w ogóle pionowych elementów konstrukcyjnych: słupów między stropami, centralnego rdzenia itp. Krążenie powietrza zapewnione jest przez parę ciągłych otwartych cylindrów biegnących od szczytu budynku do parteru. Brak centralnego rdzenia pozwolił na swobodne rozplanowanie szybów windowych.



Projekt Testy zwrócił uwagę inżynierów i architektów. Jeden z inżynierów budowlanych, Markus Schulte obliczył, że projektowany budynek Testy użyłby około 50 procent mniej energii dla ogrzewania i chłodzenia wnętrz niż większość wieżowców o tej wielkości budowanych współcześnie [3]. Decker Howard, główny kustosz w National Museum Building i organizator wystawy Big and Green, twierdzi, że budynek może zmienić sposób patrzenia obrońców środowiska na budynki wysokie i ich znaczenie dla miast [3].

Nadal dużo musiałoby się zdarzyć, aby w przyszłej dekadzie miała miejsce choć jedna realizacja podobnego drapacza chmur. Największą przeszkodą jest koszt włókna węglowego i żywicy, który jest ogromny w porównaniu do stali i betonu. Pojawia się też pytanie, czy używanie włókna węglowego w tej skali będzie bezpieczne dla pracowników korzystających z budynku. W przeszłości materiały, które zostały ogłoszone jako bardzo korzystne – jak np. azbest - okazały się być niebezpiecznymi dla naszego zdrowia. Kolejnym pytaniem jest: jak te materiały zachowają się przy długim okresie użytkowania w tak dużej skali? Należy tutaj być ostrożnym ponieważ czynniki zwykle pomijane, jak np. długotrwały wpływ promieniowania UV będącego składnikiem widma światła słonecznego, mogą istotnie zmienić własności fizyczne włókien użytych w kom-pozytach i spowodować ich stopniowy rozkład.

Innym aspektem jest odporność ogniowa budowli. Obecnie jeszcze nie jest w pełni znana odporność materiałów z włókna węglowego na wysokie temperatury. Pozostaje jeszcze przypadek budynków WTC – po ich katastrofie w dniu 11 września 2001 roku niechętnie sięga się do projektów budynków wysokich. wieżowców.

Nawet , jeśli wieża nie zostanie zbudowana, albo, jeśli ten projekt rozwinie się do mniej radykalnej formy, jest on ważnym krokiem architektury w XXI wiek. Testa, który utrzymywał raczej nieelastyczne nastawienie do swojego projektu, zmienił swoje podejście i skłonny jest wprowadzić zmiany mające na celu podnieść bezpieczeństwo bądź uczynić budynek bardziej użytecznym. Testa docenia też symboliczną i retoryczną wartość własnego projektu stwierdzając: „Architekci i inżynierowie powinni pracować razem, aby wymieniać się informacjami, by sprawić, by nowe technologie były dostępne i szeroko stosowane."

Autorzy: Paweł Buck, Michał Pająkiewicz

LITERATURA

[1] ARNABOLDI M. A., „Une idee pour l’avenir”, l’ARCA INTERNATIONAL, Monaco, Sam MDO, 2003, 54, 92–93
[2] www.carbonfiber.gr.jp/english
[3] www.metropolismag.com/html/content_0203/fib/
[4] www.chem.wisc.edu/~newtrad/CurrRef/BDGTopic/BDGtext/BDGGraph.html