Бамбук: лучший архитектурный материал современности? / Лиля Полукарова

Традиционный азиатский стройматериал, постепенно выходящий на лидерские позиции на мировом рынке. Экологичный, незамысловатый, адаптивный. Отличные показатели в работе. Характер гибкий. (Не женат.)

Бамбук — перспективный древесный строительный материал, широко использующийся в азиатских странах и стремительно набирающий популярность в западной архитектурной среде.

Свойства бамбука — залог его привлекательности. Этот материал гибок, упруг, прочен и быстро растет, даже после сруба. Бамбуковые стволы мало весят благодаря наличию полости и могут достаточно сильно изгибаться, формируя арки и другие криволинейные поверхности. Как результат, они подходят для возведения сейсмоустойчивых конструкций. Все перечисленное выгодно выделяет бамбук на фоне не только таких популярных стройматериалов, как сталь и бетон, но и других видов древесины. Как пример, стройматериалы из сосны или дуба не могут похвастаться способностью сильно изгибаться, быстро расти после сруба, и легким весом.

Все перечисленные качества проистекают из устройства бамбуковых волокон. В отличие от деревьев, типичных для европейской среды, где волокна распределены достаточно равномерно по всему стволу, у бамбука самые длинные волокна располагаются во внешней стороне ствола; и чем ближе к полости, тем более рыхлой становится волокнистая структура. Поэтому прочность на растяжение вдоль волокон у бамбука очень высокая (100-300 МПа; для сравнения, у стали — 300-900 МПа при максимуме 2000 МПа), а поперёк — низкая (2-10 МПа). Это и есть основная причина гибкости, упругости и лёгкости. Кстати говоря, в плане структуры бамбук не очень правильно называть древесным материалом. Он состоит из сосудисто-волокнистых пучков, "вшитых" в более мягкую "матрицу". Так что это скорее композитный материал, близкий по устройству к армированным структурам, таким как железобетон. Тем не менее, в целом бамбук принято относить к типам древесины.

Основные физические показатели бамбука (варьируются в зависимости от сорта бамбука и области ствола):

Плотность: 600-900 кг/м³
Прочность на сжатие вдоль волокон: 40-80 МПа
Прочность на сжатие поперек волокон: 5-20 МПа
Прочность на растяжение вдоль волокон: 100-300 МПа
Прочность на растяжение поперек волокон: 2-10 МПа
Прочность на изгиб: 10-20 ГПа
Скорость роста: до 1 м/сутки

Особо следует отметить экологичность бамбука, что насущно для современного мира. Учитывая изменение климата и глобальное потепление, сегодня все прогрессивные страны заинтересованы в сокращении углеродного следа и переработке строительных материалов. Бамбук отвечает этим нуждам: он прекрасно перерабатывается и, более того, поглощает углекислый газ и выделяет кислород в больших количествах, чем любые другие виды деревьев.

Бамбук оказывает положительное влияние на экономику и социальные процессы. Будучи самым бюджетным вариантом строительного материала для развивающихся стран, он может стать не менее выгодным для развитых стран, заинтересованных в снижении цен на строительные материалы. Есть также мнение, что строительство из бамбука может привлечь женщин на рынок труда, поскольку обычно именно они занимаются обработкой бамбука. Это важно в социальном плане в особенности для развивающихся стран и может способствовать феминизации общества.

Как результат, объем продаж строительных материалов из бамбука в 2024 году оценивается в 96,14 млрд долларов США и, как ожидается, достигнет 142,87 млрд долларов США к 2033 году, увеличиваясь на 4,5% в год в период с 2025 по 2033 год. Основными причинами такого роста популярности, по всей видимости, являются экологичность бамбука и его дешевизна.

Разумеется, у бамбука есть и слабые стороны. Пожалуй, основная — неспособность выдерживать высокие нагрузки поперек волокон. Также, по причине лёгкости, которая выше была рассмотрена как положительное качество, бамбуковые конструкции плохо сопротивляются ветру. Это возможно преодолевать, используя крепления, подпорки и т.д., но в целом строительство из бамбука в районах с сильными ветрами — не самый лучший вариант. Также бамбук не совсем подходит для регионов с резким климатом и экстремально низкими температурами. Его возможности очень широки, однако он может не выдержать сильных холодов и действия льда — во всяком случае, без применения особых технологий, которые пока либо не разработаны, либо слабо известны и почти не применяются. Некоторые исследования указывают на его недостаточную устойчивость к влаге. И, наконец, у бамбука, как и у других древесных материалов, ниже огнестойкость, чем у того же бетона или стали. Впрочем, сегодня это можно регулировать разными способами: например, используя композитные материалы, такие как алюминий, или специальные краски, способные противостоять высоким температурам.

Эстетические качества бамбука не менее привлекательны, чем физические свойства. Этот материал (что довольно очевидно) имеет приятный древесный оттенок: это само по себе является залогом привлекательности в архитектуре и при этом сильно отличает его от остальных видов древесины, более привычных для европейцев. Стройные, гладкие, незамысловатые бамбуковые стволы могут вызывать несколько романтические ассоциации с тропическим теплом, таинственными джунглями, шалашами. Они привносят теплую нотку в достаточно прохладную европейскую повседневность, при этом не резко контрастируя на фоне зданий из бетона, кирпича и стекла. Кроме того, бамбук многогранен в плане структуры. Его стволы варьируются по толщине, что позволяет создавать вариативные ритмичные композиции. Круглые сечения стволов также формируют интересный орнамент. Из полосок бамбуковой коры можно создавать оригинальные покрытия.

Применение бамбука многопрофильно. Он используется для формирования несущих конструкций — как стен, так и стоечно-балочной системы. Бамбук применяется в качестве навесных фасадов, фундамента и даже арматуры для бетона. Из него делают строительные леса. Благодаря гибкости из стволов бамбука, как уже было сказано, можно создавать арки, а также — сложные консольные конструкции с изгибами, выгибающиеся кверху колонны. Большепролетные своды конструируются путем переплетения волокон; также возможно создавать конструкции с опорами, уходящими под воду, в дно.

Из бамбука можно возводить здания разных масштабов (но не слишком крупных), жилой и общественной функции. Благодаря своим эстетическим качествам бамбук создаёт уютную, успокаивающую и несколько необычную атмосферу, уместную как для приватных, так и для публичных пространств. Индустриальные бамбуковые здания теоретически возможны, однако вероятно большое количество препятствий. Например, некоторые химические вещества, производящиеся на заводах, могут быть несовместимы с бамбуковыми конструкциями или отделкой. В целом, на данный момент в мировой практике нет или почти нет примеров промышленной архитектуры с использованием бамбука. Тем не менее, есть примеры аграрной бамбуковой архитектуры.

Бамбуковые конструктивные узлы в основе своей весьма просты, поскольку в целом рассчитаны на ручное изготовление без использования заводских инструментов. Основные способы соединения стволов бамбука — их скрепление с помощью стеблей или верёвок и врезка стволов друг в друга. Сегодня вспомогательными элементами в узлах могут служить деревянные вентили, металлические крепления. Это позволяет создавать более сложные, прочные и интересные конструкции.

В книге Designing and Building With Bamboo Жюль Й. А. Янссен выделяет следующие типы узлов:

1. Узлы, целиком задействующие поперечное сечение (Joints involving full cross-section)
2. Узлы "изнутри к параллельному элементу" (Joints from inside to an element parallel)
3. Узлы "изнутри к перпендикулярному элементу" (From inside to an element perpendicular)
4. Узлы "от поперечного сечения к параллельному элементу" (Joints from cross-section to element parallel)
5. Узлы "от поперечного сечения к перпендикулярному элементу" (Joints from cross-section to element perpendicular)
6. Узлы "от наружной поверхности к параллельному элементу" (Joints from outside to element parallel)
7. Узлы "от наружной поверхности к перпендикулярному элементу" (From outside to element perpendicular)
8. Узлы для рассеченного бамбука (Joints for split bamboo)

Согласно автору, группы узлов 3 и 7 имеют некоторую теоретическую значимость, но не находят практического применения, поэтому не могут быть детально рассмотрены далее.

Это, возможно, самый традиционный вариант узлов. Стволы бамбука врезаются друг в друга, место врезки чаще всего фиксируется аналогами каната, такими как тростник, кокосовая койра, сизалевое волокно, лозы, кора некоторых типов деревьев, мягкая стальная проволока, веревка. Иногда необходимо добавление клея для укрепления узла. Схема 1.1 скорее теоретическая: для такой связки потребовалось бы много клея и она вряд ли была бы устойчивой. Схема 1.2 и ее последующие улучшенные варианты 1.3-1.5 широко используется в построении ферм. В варианте 1.3 вместо стягивающих стеблей используется вставка, прорезающая место стыка. На схемах 1.6 и 1.8 место врезки укрепляется цементом, добавленным в полость бамбукового ствола. Вариант 1.7 часто используется в Азии при строительстве садовых оград.

Основной принцип — заполнение полости ствола бамбука каким-либо материалом (цемент, древесина) и добавление укрепляющих элементов из древесины и/или металла, как внутри ствола (штыри), так и снаружи (кольца).

В эту группу включены узлы, которые крепятся с помощью стальных или деревянных штырей, параллельных оси бамбукового ствола, в который они вставляются. Схема 4.1 иллюстрирует основной принцип: силы, возникающие в поперечном сечении, сосредотачиваются на оси ствола, т.е. на вставленном туда штыре. Последующие схемы представляют собой более сложные варианты: с использованием диска (4.2) и вспомогательных перпендикулярных штырей (4.3-4.5), а также клея и веревочных креплений.

Узлы этой группы схожи с узлами из предыдущей, с той разницей, что здесь используются бамбуковые пластины, приклеенные к стволу. Как и выше, схема 5.1 дает общее представление о принципе работы узла, остальные варианты более проработаны. Однако, например, узел 5.2, где используется веревка, не устойчив к сдвигу. Он часто используется в садовых оградах и в качестве подпорки для балки или водосточной трубы. Узел 5.3 также используется только в оградах. 5.4 похож на схему 4.5 (см.выше), он восприимчив к сжатию и растяжению. 5.5 примечателен тем, что здесь врезка идет не под прямым углом. В узлах 5.6 и 5.7 используются упомянутые выше бамбуковые пластины, с обеих сторон врезки или по центру. Такие узлы обычно очень прочны и подходят для сборного строительства. Узел 5.8 часто используется в Латинской Америке.

Современный вариант традиционных креплений. В этом случае к наружной поверхности ствола бамбука крепится какой-либо элемент и соединяется со вставленным внутрь штырем.

В варианте 6.3 используются стальные или проволочные элементы. Несмотря на возможную дороговизну, этот тип узла доказал свою прочность. В университете Делфта был изобретен инструмент Delft wire lacing tool, позволяющий крепко обернуть стык стволов проволокой. К сожалению, он практически не используется на практике.

Современный вариант узлов. Рассеченный бамбук обладает большим потенциалом в индустриальном и сборном строительстве. Рассечение ствола дает два преимущества: так появляется плоская поверхность, что удобно для нанесения клея, и так удаляется большая часть мягкого материала внутри ствола. Как следствие, возможно создавать не только фермы, но и панели для сборного строительства, а также, например, дверные проёмы. В узлах могут использоваться вспомогательные тонкие пластины гальванизированной стали, закрепленные гвоздями.

Один из самых известных примеров применения бамбука на территории европейских стран — бамбуковый дом в Ротселааре, Бельгия. Здесь бамбуковые стволы, скрепленные стальными элементами, использованы как отделочный материал, и по фотографиям заметно, что такой дом органично смотрится что в летнее, что в зимнее время. Особенно любопытно видеть бамбуковые стебли на фоне снега, который, казалось бы, бамбуку должен быть совершенно чужд. Так бамбук не только повышает уровень экологичности здания, но и способствует эстетизации его облика.

Возможно, еще более известная постройка из бамбука на территории Европы — многоуровневый паркинг около зоопарка в Лейпциге, Германия. Этот проект получил множество наград. Как чаще всего бывает с проектированием парковок, здесь конструкция держится на стальном стоечно-балочном каркасе, а бамбук использован во внешних стенах. Поскольку парковки не нуждаются в утеплении и учитывая, что в Лейпциге не бывает сильных снегопадов, были сохранены небольшие щели между бамбуковыми стволами, которые создают приятное естественное освещение в интерьере. Рисунок фасада крайне прост, и этим подкупает. Бамбук тематически и атмосферно отсылает к зоопарку, которому паркинг принадлежит.

Складское помещение на ферме в Гошене, США, привлекает лаконичным и одновременно оригинальным дизайном фасадов. Стены сформированы несколькими чередующимися слоями бамбуковых стволов, расположенных либо параллельно земле, либо перпендикулярно. Плотная сетка с редкими отверстиями смотрится просто и привлекательно: ритмически она никак не выбивается из облика американской аграрной архитектуры, но бамбук, непривычный для этого региона, делает здание особенным.

Впрочем, эстетические качества вторичны: архитекторы стремились в первую очередь создать экологически устойчивое здание, что актуально для сельской местности. Благодаря использованию бамбука им это удалось вполне.

Ресторан в Гринвилле, Джакарта, — пример того, как из бамбука можно создавать необычные, визуально массивные колонны. Клиент попросил архитекторов спроектировать уличный сборно-разборный ресторан. Те поступили довольно необычным, но эффективным способом: вместо привычных для многих тентовых конструкций они использовали бамбук — бюджетный и эстетически выразительный вариант. Огромные пирамидальные капители поддерживаются стволами, слегка расширяющимися кверху под разными углами. Все узлы держатся с помощью веревочных креплений. В полых капителях собирается дождевая вода, которая стекает на землю в трубу, расположенную по центру бетонного основания.

Архитектурное пространство кафе во Вьетнаме также в первую очередь сформировано колоннами, но, в отличие от предыдущего примера, круглыми в сечении и создающими арочные силуэты. На схеме разреза колонны указано, что форма стабилизируется при помощи стальных креплений, помещенных в полости колонны. Однако в первую очередь создание такой формы было возможно благодаря свойствам непосредственно бамбука — его гибкости и упругости.

Индийский павильон с выставки World Expo, организованной в Шанхае, представляет собой купол — очень простую форму, которая начинает играть новыми красками и выглядеть оригинально за счет строительного материала. Это еще один пример того, как бамбук способен оживить даже самые лаконичные образы, и доказательство эффективности его физических свойств — в первую очередь гибкости. Кроме того, индийский павильон иллюстрирует, как применение стальных креплений способно расширить конструктивные возможности бамбука. Без стального кольца, к которому крепятся наконечники, удерживающие концы бамбука, купол не мог бы существовать.

Детский центр экологического образования и активности в Таиланде еще более убедительно демонстрирует, какие сложные геометрические объемы могут быть сформированы из бамбука. Крыша здания следует форме гиперболического параболоида; висящее под ней "брюхо" и подпорные стойки удивляют сложностью переплетения бамбуковых стволов. Интерьер тоже очень детализирован и выразителен: тонкие витиеватые перила на замысловатых лестницах, рисунок внутренних стен — в этом проекте конструктивные и эстетические возможности бамбука задействованы максимально. Целью авторов было создать пространство, не только комфортное для пребывания детей, но и побуждающее их к ответственному отношению к природе. Судя по всему, архитекторы преуспели в выполнении этой задачи.

Современная архитектура, в особенности прогрессивных стран, все больше начинает ценить экологичность, бюджетность и доступность: как в проектных решениях в принципе, так и на уровне стройматериалов. В таких условиях бамбук может стать чуть ли не самым популярным строительным и отделочным материалом в мире, на что указывает свежая статистика. В России бамбук пока что не так известен и распространен; но, учитывая его качества и климатические особенности российских регионов, бамбук можно использовать почти по всей территории РФ — кроме северных регионов с резким климатом. Пусть бамбук будет поначалу выглядеть стилистически необычно и даже чуждо в российских городах, хочется верить, что его очарованию не смогут противостоять даже самые недоверчивые критики.

Jansen, J. J. A. (2000). Designing and building with bamboo. International Network for Bamboo and Rattan.