Akademia w Kalifornii
Centrum nauki (zwane także Akademią nauki) położone jest w Parku Golden Gate w San Francisco, w sąsiedztwie „Young muzeum” – budynku projektu szwajcarskiej pracowni Herzog & de Meuron. W obiekcie Akademii mieści się muzeum historii naturalnej (Kimball Natural History Museum), akwarium (Steinhart Aquarium) i planetarium (Morrison Planetarium). Jest to jedno z pierwszych powstałych na świecie muzeów historii naturalnej, będące jednocześnie światowym liderem w badaniach naukowych dotyczących świata natury. Powstało w roku 1853 jako pierwsza instytucja naukowa na zachodzie Stanów Zjednoczonych. Nowy obiekt postawiono na miejscu uprzednio tam istniejących dwunastu budynków Akademii (z których pozostawiono jedynie zewnętrzne ściany holu afrykańskiego), powstających przez kolejne osiemdziesiąt lat (od 1916 do 1991), który połączył różne funkcje w jeden kompleks. Ponad 80 % materiałów z wyburzeń przetworzono.
Idea projektu
Sformułowanym przy projekcie pomysłem było podniesienie fragmentu parku i wstawienie budynku pod spodem – stworzenie miejsca, które wizualnie i funkcjonalnie łączy się ze środowiskiem naturalnym. Celem projektu stało się utworzenie nowoczesnego, jednorodnego obiektu, spełniającego funkcje wystawiennicze, edukacyjne oraz badawcze, zaprojektowanego zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju. Naturalna wentylacja zamiast klimatyzacji, przetworzone materiały budowlane, ekonomiczne zużycie wody i jej odzyskiwanie, wydajne zużycie energii – to integralne części projektu.
Projektowanie zrównoważone
Nowy budynek Akademii jest jednym z dziesięciu pilotażowych projektów „zielonych budynków” departamentu środowiska w San Francisco. Jest to część inicjatywy tworzenia modeli wykonalnych, zbudowanych według zasad zrównoważonego rozwoju obiektów architektury publicznej. Nowa Akademia ma zapotrzebowanie energetyczne o 30-35 % mniejsze niż wymagane przepisami.
Ogrzewanie i wilgotność powietrza
Zastosowanie radiacyjnego ogrzewania podłogowego redukuje zapotrzebowanie na energię o 5-10 %. System rekuperacji wykorzystuje ciepło produkowane przez instalacje HVAC (ogrzewanie, wentylację, klimatyzację). Zielony dach zapewnia lepszą izolację termiczną budynku, zmniejszając zużycie energii na klimatyzację pomieszczeń.
W budynku użyto szyb przeciwsłonecznych o wysokiej przepuszczalności światła, niskiej przepuszczalności energii słonecznej i dobrej izolacyjności cieplnej (high performance glass). Produkowane w Niemczech szkło charakteryzuje się szczególną przeźroczystością.
Akwarium
System hydrauliczny akwarium zlokalizowano pod kondygnacją podziemną. Do jego budowy użyto ponad 3,5 kilometra rur. W pięciu zbiornikach zmagazynowano łącznie prawie 2 miliony litrów wody. W celu zminimalizowania zużycia wody pitnej do akwarium została przepompowana słona woda morska.
Solarny baldachim
Wzdłuż dachu zainstalowano baldachim wykonany z 60 000 ogniw fotowoltanicznych. System zabezpiecza około 213 000 kWh energii (5-10 % rocznego zapotrzebowania). Komórki fotowoltaniczne osiągają sprawność konwersji około 20 %.
Konstrukcja
Główna konstrukcja składa się z żelbetowych słupów i układów usztywniających (shear wall), wykonanych ze wzmocnionych elementów w celu redukcji efektu działania sił poprzecznych, takich jak silne wiatry i trzęsienia ziemi. Na słupach oparto żelbetowe płyty stropowe na siatce 7,3 x 7,3 m. Ze stropu wyrastają dwie kopuły o średnicy 27,4 m. W centralnej części budynku zastosowano słupy stalowe. Odpowiednio dobrana konfiguracja kabli napinających zapobiega ich gięciu i skręcaniu. Do konstrukcji użyto 5000 ton stali i ponad 62 000 ton lokalnie wytwarzanego betonu.
Wtórne wykorzystanie materiałów budowlanych
Ponad 90 % odpadów z rozbiórki starych budynków zostało wtórnie wykorzystanych. 9000 ton betonu użyto do konstrukcji dróg, 12 000 ton stalowych odpadów przetworzono, 120 ton odpadów biodegradowalnych wykorzystano na placu budowy. Połowa drewna użytego do budowy ma certyfikat Forest Stewardship Council i pochodzi z wycinki prowadzonej według zasad zrównoważonego rozwoju. 100 % stali konstrukcyjnej pochodzi z odzysku. Izolacja została wyprodukowana z przetworzonych niebieskich jeansów – odpadów fabrycznych i materiałów używanych. Beton wykorzystany do budowy zawiera 30 % pyłów lotnych – ubocznego produktu elektrowni węglowych.
Kołyszące się fundamenty
W związku z występującymi w tym rejonie trzęsieniami ziemi, konstrukcja została zaprojektowana tak, by pracowała, poddając się siłom trzęsień – przez kołysanie fundamentów, a nie trzymając się stabilnie podłoża. Cztery skrzydła budynku zachowują się jak nogi stołu, a dach jak jego blat. Płyta dachowa i płyta parteru przytrzymują nogi w celu zapewnienia pracy konstrukcji jako całości. Podczas trzęsienia ziemi siły poprzeczne będą przenoszone przez dach i stropy na żelbetowe układy usztywniające (sheare wall), o grubości 45 cm, rozmieszczone w czterech skrzydłach budynku.
Konstrukcja świetlika
W centralnej części dachu zaprojektowano wygięty świetlik wielkości 22 x 30 m, wsparty na stalowej konstrukcji składającej się z dwóch siatek prętów ze stali nierdzewnej, o wymiarach oczek 183 x 183 cm. Pionowe pręty łączą obie siatki w punktach węzłowych. Połączenia te zostały wykonane z przegubowych złączek ze stali nierdzewnej, umożliwiających obrót elementów. Do wszystkich połączeń o różnej geometrii zastosowano ten sam rodzaj łącznika. Działająca na rozciąganie konstrukcja jest podtrzymywana przez kratownicę biegnącą po obwiedni świetlika, która przenosi poprzeczne obciążenia na konstrukcję dachu. Pojedynczy panel szybowy w świetliku ma kształt trójkąta prostokątnego o przyprostokątnych długości 183 cm, z trzema punktami podparcia w wierzchołkach. Wykorzystanie trójkątnych paneli umożliwiło stworzenie falującej struktury przeszklenia i redukcję kosztów związanych z użyciem podwójnie giętego szkła.
Konstrukcja dachu
Dach składa się z płyt żelbetowych położonych na ruszcie z wygiętych stalowych dźwigarów, rozłożonych na siatce słupów 14,63 x 7,32 m. Belki wspierające betonowe płyty po obwiedni kopuł mają rozpiętość około 30 metrów. Najcięższa waży ponad 8 ton i rozciąga się bez podparcia.
Zielony dach
Kształt dachu ma siedem wzniesień i koresponduje z terenem San Francisco położonym na siedmiu wzgórzach. Ma powierzchnię hektara i został obsadzony wyselekcjonowanymi gatunkami kalifornijskich roślin (około 1,7 miliona sadzonek). Do posadzenia roślin wykorzystano około 50 000 ulegających biodegradacji kokosowych mat stosowanych w ogrodnictwie. Głębokie na ponad 7 cm, mają kształt kwadratu o boku 45 cm. W przeciągu kilku tygodni korzenie roślin zaczęły przebijać maty, łącząc je w ścisłą strukturę. Układ ten stabilizują druciane kosze wypełnione kamieniami, tworzące chodniki do potrzeb konserwacji dachu. Maty przez następne kilka lat będą ulegać biodegradacji, pozostawiając trwale uformowany dywan roślinności. Warstwa ziemi (15 cm) zapewnia bardzo dobrą izolacyjność termiczną i utrzymuje temperaturę wnętrza o około 5,5°C niższą niż w przypadku dachu tradycyjnego. Powierzchnia dachu jest chłodniejsza od standardowego o około 22°C, dzięki czemu nie powoduje powstawania tzw. efektu miejskiej wyspy ciepła (podnoszenie się temperatury w miastach w stosunku do tej na terenach pozamiejskimi). Dach redukuje odpływ wody opadowej do 14 milionów litrów rocznie.
Kopuła nad ekspozycją lasu tropikalnego
Ekspozycja lasów deszczowych została umieszczona pod kopułą o średnicy 30 m. Jej konstrukcja składa się z wewnętrznej przeszklonej struktury i zewnętrznej – żelbetowej. Szklane panele są podtrzymywane na stalowym ruszcie. Poprzeczna stabilność jest zapewniona przez stężające pręty. Żelbetowa belka poprowadzona po obwodzie na pierwszym piętrze podtrzymuje konstrukcją kopuły. Konstrukcja pochylni dla zwiedzających powstała na wzór konstrukcji roller coasters.
Światło i wentylacja
Co najmniej 90 % przestrzeni budynku jest oświetlone światłem dziennym. Oświetlenie i wentylacja zostały podłączone do centralnego systemu zarządzania budynkiem. Świetliki w kopułach dachu otwierają się i zamykają automatycznie, wypuszczając nadmiar ciepłego powietrza i wpuszczając świeże. Fotokomórki reagują na światło dzienne i automatycznie przyciemniają oświetlenie sztuczne. Dzięki pofałdowaniu płaszczyzny dachu chłodne powietrze zostaje wprowadzone do zadaszonego przeszkleniem atrium, które naturalnie wentyluje przestrzenie wystawiennicze.
California Academy of Science
San Francisco, USA
Autor: Renzo Piano Building Workshop; Stantee Architecture (San Francisco)
Generalny wykonawca: Webcor Builders
Konstrukcja (inżynieria): Ove ARUP
Zrównoważone planowanie (konsultacja): Ove ARUP
Architektura krajobrazu: SWA Group
Powierzchnia całkowita:
około 38 000 m2
Projekt: 2000-2005
Realizacja: 2005-2008
Koszt inwestycji: około 484 000 000 USD
