«В различных регионах планеты природа создает неблагоприятные условия для человеческого организма. В этих местах проектирование здания почти похоже на создание одежды: артефакта, который защищает и обеспечивает комфорт. Эта задача требует технологического исполнения, которое должно сочетаться с эстетикой. . Чтобы люди чувствовали себя хорошо, это больше, чем просто удовлетворение представлений о комфорте и безопасности, это также вопрос работы с пространствами в их символических и перцептивных измерениях». Это начало описания проекта Бразильской антарктической станции в Антарктиде от Estudio 41, расположенной на полуострове Келлер, где окружающее море замерзает примерно шесть-семь месяцев в году, куда все и вся прилетают на самолетах. или отправьте, и до ближайшего хозяйственного магазина осталось несколько дней. Если проектирование здания в нормальных условиях уже представляет собой множество сложностей, нетрудно представить себе дополнительные проблемы при разработке чего-либо в экстремальных условиях, например, в местах с очень высокими или низкими температурами или в местах, подверженных коррозии, радиации и т. д. В этой статье мы рассмотрим трудности, основные решения и материалы, используемые в этих контекстах.
Архитекторы должны создавать здания, способные противостоять воздействию природы и обеспечивать жильцам адекватное укрытие. Хотя это, по сути, основная функция зданий, достижение этой цели в сложных условиях требует рассмотрения различных аспектов, таких как функциональность, вентиляция, изоляция, форма, сейсмостойкое проектирование, строительные материалы, технологии и эстетика. Это требует сочетания творчества и практичности, требуя, чтобы форма и функциональность были сбалансированы, обеспечивая при этом долговечность и эффективность конструкций. В связи с этим понимание конкретных трудностей и требований каждого объекта имеет решающее значение при планировании этих сред.
Ключевым подходом является использование методов пассивного проектирования, которые используют возобновляемые ресурсы и сводят к минимуму потребность в активных системах отопления и охлаждения. Например, здания в пустынных районах могут быть спроектированы так, чтобы максимизировать воздействие солнечного света и минимизировать потери тепла, в то время как в сооружениях в холодных регионах следует использовать толстые стены и системы затенения для блокировки чрезмерного тепла. Кроме того, дизайнеры могут использовать передовые материалы и технологии для создания более устойчивых и функциональных зданий в суровых условиях. Конструкции в холодном климате могут извлечь выгоду из современных изоляционных материалов для повышения энергоэффективности, в то время как здания в пустынных районах могут включать солнечные панели и другие возобновляемые источники энергии, чтобы уменьшить зависимость от ископаемого топлива.
Другие факторы, такие как модульность и сборка, делают строительство быстрее и менее напряженным. Такие элементы конструкции, как резервирование и защита от сбоев, также гарантируют, что здание останется работоспособным даже в случае выхода из строя некоторых компонентов. Кроме того, изделия, предназначенные для суровых условий, могут требовать особых методов технического обслуживания и ремонта, которые должны быть четко доведены до сведения операторов и полностью задокументированы. Но каковы основные проблемы и решения для каждого контекста?
Холодный климат
В регионах с экстремально низкими температурами, таких как Арктика и Антарктика, строительные материалы могут потерять гибкость и стать более подверженными разрушению и растрескиванию, а оборудование может выйти из строя. Рабочие сталкиваются с рисками для здоровья, такими как обморожения и переохлаждения. В некоторых местах вечная мерзлота (постоянно мерзлый грунт) также представляет собой серьезную проблему для строительства фундамента, с которой необходимо обращаться осторожно.
Чтобы смягчить эти проблемы, наиболее эффективной стратегией проектирования для борьбы с экстремальными температурами является высококачественный тепловой кожух. Это означает сочетание изоляции, герметизации воздуха и окон подходящего размера. Инновационные материалы, такие как аэрогель, позволяют значительно снизить потери тепла. Окна с тройным остеклением также помогают сохранять тепло, обеспечивая эффективный барьер от холода снаружи. Железобетон и специальная сталь предназначены для того, чтобы выдерживать экстремальные холодные условия, сохраняя при этом свою структурную целостность. Использование технологий модульного строительства также может быть выгодным, поскольку позволяет изготавливать компоненты в контролируемых условиях и быстро собирать их на месте, снижая воздействие на рабочих сильного холода. Наконец, внедрение возобновляемых источников энергии, таких как геотермальная и солнечная энергия, адаптированных к холодному климату, может способствовать более устойчивому и эффективному строительству. Например, геотермальные системы отопления используют тепло из-под земли, которое, несмотря на замерзание на поверхности, может поддерживать стабильную температуру на больших глубинах, обеспечивая постоянный и надежный источник тепла.
Жаркий климат
В регионах с чрезвычайно высокими температурами, таких как пустыни и тропические районы, строительные материалы могут расширяться и портиться быстрее, а оборудование может перегреваться. Рабочие сталкиваются с рисками для здоровья, такими как тепловой удар и обезвоживание, которые необходимо учитывать, чтобы обеспечить безопасные рабочие смены. Кроме того, постоянная потребность в охлаждении представляет собой серьезную проблему для энергоэффективности зданий.
Чтобы смягчить эти проблемы, легкие здания с деревянным или металлическим каркасом идеально подходят для жаркого и влажного тропического климата. Массивные или тяжелые стены лучше использовать в умеренном климате или там, где температура существенно различается днем и ночью. В любом случае важно использовать эффективные теплоизоляционные решения. Инновационные материалы, такие как отражающие покрытия, могут значительно снизить поглощение тепла. Остекление с защитой от солнца помогает снизить внутреннюю температуру, блокируя значительное количество солнечной радиации. Кроме того, системы естественной вентиляции, такие как стратегически расположенные отверстия и тенты, улучшают циркуляцию воздуха и уменьшают потребность в кондиционировании воздуха, создавая более прохладную и комфортную среду в помещении.
Морская среда
Морской воздух, богатый солью и влагой, ускоряет коррозию, создавая значительную угрозу строительным материалам. Чтобы бороться с этим, важно использовать материалы, обладающие превосходной коррозионной стойкостью. Нержавеющие стали и алюминии для морского применения интересны своим легким весом и устойчивостью к коррозии. Усовершенствованные защитные покрытия, такие как эпоксидные и полиуретановые краски, обеспечивают дополнительную защиту от агрессивных элементов моря.
Такие материалы, как оцинкованная сталь, покрытая слоем цинка, обеспечивают большую устойчивость к ржавчине и окислению. Кроме того, современные композитные материалы, такие как армированные волокнами полимеры, обеспечивают превосходную коррозионную стойкость без необходимости использования дополнительных покрытий или обработок, что делает их эффективным выбором для строительства в морской среде. Кроме того, интересно использовать материалы с контролируемой коррозией, то есть окисленными слоями, защищающими внутреннюю часть элемента. Так обстоит дело с медью, цинком и другими.
Ветер и сильный дождь
В регионах, подверженных ветру и сильному дождю, строительные материалы должны выдерживать большие нагрузки и предотвращать проникновение воды. Чтобы смягчить эти проблемы, важно использовать материалы, обладающие высоким сопротивлением и непроницаемостью. Железобетон и конструкционная сталь имеют ключевое значение из-за их способности противостоять сильным ветрам и ударам обломков. Кроме того, для повышения устойчивости конструкций используются надежные анкерные системы и устойчивые к штормам методы строительства.
Водонепроницаемые материалы, такие как гидроизоляционные мембраны и полимерные покрытия, используются для предотвращения проникновения воды, защиты фундамента и других уязвимых частей здания. Ударопрочные окна и двери, а также штормовые ставни обеспечивают дополнительную защиту от ветра и сильного дождя. Кроме того, эффективные методы дренажа, такие как желоба и надлежащие дренажные системы, необходимы для управления дождевой водой и предотвращения структурных повреждений.
Большие высоты
В этих условиях проблемы включают низкое атмосферное давление, экстремальные колебания температуры, воздействие интенсивной солнечной радиации и необходимость защиты от лавин и других природных явлений. Проектирование зданий в таких условиях требует особого подхода к проектированию и материалам для обеспечения безопасности, комфорта и энергоэффективности. Изоляция и тепловые характеристики имеют решающее значение. Окна с двойным или тройным остеклением обеспечивают дополнительную изоляцию и помогают поддерживать стабильную внутреннюю температуру. Материалы с высокой термической массой, такие как бетон и камень, могут поглощать и выделять тепло, способствуя повышению энергоэффективности.
Структурная целостность является еще одной важной проблемой. Стальные конструкции обладают гибкостью и устойчивостью, что делает их подходящими для районов с сильными снеговыми нагрузками и сильными ветрами. Усовершенствованные композитные материалы обеспечивают легкие и высокопрочные решения, способные противостоять экстремальным погодным условиям и одновременно снижать транспортные расходы. Тщательный учет этих факторов гарантирует, что здания, расположенные на большой высоте, будут не только устойчивыми и долговечными, но также энергоэффективными и устойчивыми.
При проектировании конструкций для экстремальных условий выбор материалов имеет ключевое значение для обеспечения долговечности, функциональности и устойчивости. Каждая среда — будь то полярные регионы, пустыни или космическое пространство — требует особых материалов, способных противостоять уникальным вызовам. Кроме того, в условиях продолжающегося климатического кризиса крайне важно учитывать устойчивость зданий к все более суровым погодным условиям. Внедрение устойчивых и инновационных методов строительства не только увеличивает долговечность сооружений, но также способствует смягчению воздействия на окружающую среду, способствуя более безопасному и устойчивому будущему.
