Стекло, металлы в современной архитектуре

Стекло представляет собой твердый, аморфный материал, получен­ный при охлаждении минеральных рас­плавов, содержащих стеклообразую-щие компоненты (оксиды кремния, бора, алюминия и др.) и оксиды металлов (лития, калия, магния, свинца и т. д.) и обладающих свойствами твердых тел. Важно, что процесс пе­рехода из жидкого расплава в твердое стеклообразное состояние обратим. Это позволяет оценивать этот мате­риал как сложную жидкую систему в переохлажденном состоянии.

Строительные материалы из стекла оказали огромное влияние на совре­менную архитектуру, на воплощение ее пространственных концепций. В ре­зультате широкого применения этих материалов изменились прежние пред­ставления о соотношении элементов архитектурных конструкций зданий, четко разделены несущие и ограж­дающие функции. Оптические свойства светопрозрачных строительных стекол, внедрение в строительство строитель­ных материалов из стекла с тепло- и солнцезащитными свойствами, с вы­сокими прочностными и оригинальны­ми эстетическими характеристиками предоставляют разнообразные возмож­ности для выражения творческих за­мыслов архитектора.

Строительные материалы из стекла можно разделить на две основные группы: светопрозрачные и непрозрачные (облицовочные, тепло­изоляционные или акустические).

Светопрозрачные материалы. Наи­более распространено в строительстве оконное стекло — бесцветное с глад­кими поверхностями. Витринное стекло представляет со­бой крупногабаритные бесцветные лис­ты, как правило, полированные. Узорчатое, матовое и матово-узор­чатое стекла отличаются оригиналь­ными эстетическими характеристика­ми. Узорчатое стекло имеет на одной или обеих поверхностях четкий рельеф­ный рисунок глубиной 0,5—1,5 мм. Узорчатое стекло может быть бесцветным и цветным, неармированным и армированным, просвечиваю­щим и покрытым с гладкой стороны непрозрачной керамической краской. Непрозрачное, но хорошо просвечи­вающее узорчатое стекло благодаря сплошному рельефному рисунку является светорассеивающим. Приме­няют такое узорчатое стекло для остек­ления дверей, перегородок и других ограждений для создания мягкого осве­щения и защиты от прямого солнеч­ного света. Армированное стекло имеет в сере­дине параллельно поверхностям свар­ную светлую металлическую сетку из термообработанной стальной проволо­ки диаметром 0,35—0,45 мм. Стекло­масса армируется в процессе формо­вания способом проката. Прочность стекла при этом не увеличивается и даже снижается, но такое стекло безопасно — при разрушении от меха­нических и тепловых воздействий ос­колки удерживаются металлической сеткой

Закаленное стекло имеет высокую механическую прочность и термостой­кость. Солнцезащитные стекла обладают более низким по сравнению с оконным стеклом пропусканием инфракрасных и других тепловых солнечных лучей.

К металлам относится группа химических элементов, материалы из которых отличаются твердостью, плас­тичностью (ковкостью), хорошей электро- и теплопроводностью, не­прозрачностью и характерным блеском. Строительные материалы и изде­лия из металлов, одни из важнейших в современной архитектуре, приме­няются как конструкционные, конст­рукционно-отделочные и отделочные, обеспечивая высокие прочность и на­дежность конструкций, в том числе большепролетных. Металлы, применяемые в строи­тельстве, разделяют на две основные группы: черные и цветные. Черные — сплав железа с углеродом — чугун и сталь. Цветные металлы — алюминий, медь, цинк, свинец, олово, никель, титан, вольфрам, ванадий. Строительные материалы из чугу­на—опорные части колонн (подуш­ки), тюбинги — укрепляющие своды тоннелей, трубы, радиаторы, санитар-но-технические. Перечень материалов ограничен, так как чугун обладает существенными недостатками — высо­кой плотностью и хрупкостью. Весьма редко в современном строительстве используют архитектурно-художест­венные детали, полученные способом литья из чугуна: детали оград, реше­ток, кронштейнов, фонарей и др.Наиболее распространены в строи­тельстве материалы из стали. Фактура лицевой поверхности ме­таллов может быть рельефной, шеро­ховатой, гладкой, матовой или зеркаль­ной.Основной недостаток широко при­меняемых стальных материалов — способность к коррозии. Наряду с высокой прочностью к положительным свойствам металличес­ких материалов относится пластич­ность — способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении проч­ности. По этой причине металличес­кие материалы незаменимы для многих современных конструкций.

Для производства строительных материалов широко используют угле­родистую сталь обыкновенного качест­ва группы А (в зависимости от ме­ханических свойств) марок СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб, Ст7. По мере увеличения указанных цифр увеличива­ется содержание углерода, а также прочность и твердость, но снижается пластичность материала. Применяют также качественные конструкционные углеродистые стали и инструменталь­ные стали с уменьшенным количест­вом вредных примесей.

Весьма перспективны легированные стали. О характеристике легированной стали можно судить по сочетанию букв и цифр, которые обозначают входящие в состав материала легирующие эле­менты, их процентное содержание, а также количество углерода.

Номенклатура стальных строитель­ных материалов включает различные профили, листы, трубы, арматуру для бетона, закладные детали для переме­щения и соединения путем сварки отдельных элементов конструкций (монтажные петли, пластины и др.).

Профили применяют различного се­чения, их вид связывают со способом получения. В массовом количестве ис­пользуют профили, полученные спосо­бом проката.

Перечень прокатных материалов с указанием размеров называется сор­таментом проката, который делят на три группы: сортовой прокат — конеч­ную продукцию горячей прокатки ме­талла сплошного поперечного сечения (иногда переменного по длине), лис­товой прокат и трубы. Сортамент про­ката строительного назначения по­стоянно расширяется и совершенству­ется благодаря внедрению облегчен­ных, тонкостенных, фасонных и других экономичных профилей.

Большое значение для повышения эффективности производства стальных материалов имеет увеличение доли эффективных (трубчатых, широкопо­лосных двутавровых и др.) профилей из термически упрочненной углеродис­той и низколегированной стали по­вышенной прочности, обеспечивающих значительную экономию металла. Так, для многих конструкций (каркасы про­мышленных зданий, опоры) замена уголкового профиля тонкостенным трубчатым приводит к снижению рас­хода металла на 20% и более. Замет­но снижается масса ряда металли­ческих конструкций, повышаются их прочность и надежность при внедрении гнутых профилей, сортамент которых достаточно разнообразен. Сложные стальные профили получают способами непрерывного литья и прес­сования.

Листовую сталь выпускают толщи­ной до 60 мм; тонколистовую кровель­ную и оцинкованную сталь — толщи­ной 0,4—0,8 мм. Листовая сталь может изготовляться плоской, волнистой и с рифленой поверхностью.

Арматура из стали для железо­бетонных изделий подразделяется на стержневую и проволочную, из кото­рой производят пряди, канаты, сетки и каркасы. Учитывая, что арматуру располагают в тех местах бетона, которые подвергаются изгибающим и растягивающим усилиям, ее изготов­ляют из достаточно прочной стали, предварительно подвергнутой механи­ческой или термической обработке.

Номенклатура материалов из алюминиевых сплавов включает разно­образные профили и листы.

В строительстве применяют в боль­шом количестве профили из алюми­ниевых сплавов, получаемые формова­нием под давлением (непрерывным выдавливанием). Их сортамент состав­ляет около 15 тыс. наименований.

В зависимости от качества сплава, формы и размеров поперечного сече­ния профили из алюминиевых сплавов используют для несущих и ограждаю­щих конструкций, окон, витрин, для подвесных потолков, плинтусов, рас­кладок и

т. д.

При производстве листов совме­щают процессы непрерывного литья расплава с прокаткой ленты шириной до 1,6 м. Для обшивок панелей, используемых в ограждающих конструкциях различных зданий, панелей по­крытий, ограждений балконов и лод­жий, наружной облицовки, подвесных потолков и других конструкций, широ­ко применяют профилированные и плоские листы из алюминиевых спла­вов.

Номенклатура строительных мате­риалов из других цветных металлов ограничена в связи с их высокой стоимостью. Однако цинк часто исполь­зуют для защитных покрытий, сви­нец — для герметизации стыков между элементами конструкций.

7.3. Свойства

Эксплуатационно-технические свойства металлических материалов определяются их оригинальным стро­ением. Подчеркнем, прежде всего, его простоту. В твердом состоянии атомы всех металлов и сплавов располагают­ся в строгом порядке, образуя в пространстве правильную кристалли­ческую решетку (рис. 60). Техни­ческие металлы и сплавы представ­ляют собой поликристаллические тела, т. е. тела, состоящие из большого числа различно ориентированных крис­таллических зерен; поперечные разме­ры этих зерен 0,001—0,1 мм. Для разрушения структуры металлического материала требуются значительные усилия. В результате прочностные характеристики металлических мате­риалов, как правило, превышают ана­логичные характеристики других мате­риалов, например прочность стали в 10 раз и более выше, чем у бетона, структура которого отличается гораздо большей сложностью (см. главу 8). Средняя плотность стали около 7860 кг/м³, что также превышает соответствующие показатели большин­ства других строительных материалов, предел прочности на сжатие, растяже­ние и изгиб может достигать 2000 МПа, предел текучести 1500 МПа. Строи­тельные материалы из алюминиевых сплавов обладают меньшей средней плотностью — около 2800 кг/м³, но весьма высокими прочностными по­казателями — предел прочности до 670 МПа, предел текучести до 630 МПа. В результате металлические строительные материалы отличаются меньшими габаритами и массой.

Наряду с высокой прочностью к положительным свойствам металличес­ких материалов относится пластич­ность — способность выдерживать большие остаточные деформации без разрушения и при сохранении проч­ности. По этой причине металличес­кие материалы незаменимы для многих современных конструкций. Напряже­ния в них вследствие сложных кон­фигураций распределяются неравно­мерно и концентрируются в местах переходов сечений, возможных дефек­тов металла и т. д. Вместе с тем металлические профили или листы всегда имеют на поверхности макро- или микродефекты (неровности, шеро­ховатости), которые являются концен­траторами напряжений.

Концентраторы напряжений приво­дят к снижению конструктивной проч­ности металла. В металле, не способ­ном к пластической деформации, со­стояние неравномерного напряжения сохраняется, и в местах концентра­ции напряжений может возникнуть трещина, которая еще более усилит неравномерность распределения напря­жений и ускорит разрушение. Поэтому для надежной и безопасной эксплуа­тации нагруженных конструкций не­обходимо, чтобы металл наряду с высо­кой прочностью всегда имел известный запас пластичности.

Наиболее универсальны металли­ческие строительные материалы из стали, однако материалы из алюми­ниевых сплавов имеют ряд преиму­ществ: значительно более высокая кор­розионная стойкость в кислой среде — в этом случае коррозионный процесс развивается в 500 раз медленнее; более высокая технологичность; анти-магнитность, отсутствие искрообразо-вания при обработке; более высокая стойкость при низких отрицательных температурах.

Основной недостаток широко при­меняемых стальных материалов — способность к коррозии.

По механизму реакции взаимодей­ствия агрессивных веществ с материа­лом выделяют два типа коррозии ме­таллов: химическую и электрохими­ческую. Особо выделяют биологичес­кую коррозию, идущую под влиянием продуктов жизнедеятельности бакте­рий и других микроорганизмов, и ра­диационную коррозию под воздей­ствием радиоактивного излучения. Большинство металлов и сплавов не­устойчивы в средах, где они исполь­зуются.

Для защиты изделий от коррозии применяют защитные покрытия, элект­рохимическую защиту и замедлители коррозии (ингибиторы), изменяющие состав коррозионной среды.

В строительной практике для защи­ты конструкций чаще используют лако­красочные и другие покрытия поверх­ности.

Отдельные металлы, например алю­миний, сами предохраняют себя от коррозии в некоторых средах в ре­зультате образовавшихся на их поверх­ности защитных пленок при взаимо­действии со средой.

Наиболее универсальны металли­ческие строительные материалы из стали, однако материалы из алюми­ниевых сплавов имеют ряд преиму­ществ: значительно более высокая кор­розионная стойкость в кислой среде — в этом случае коррозионный процесс развивается в 500 раз медленнее; более высокая технологичность; антимагнитность, отсутствие искрообразования при обработке; более высокая стойкость при низких отрицательных температурах.

Основной недостаток широко при­меняемых стальных материалов — способность к коррозии.

По механизму реакции взаимодей­ствия агрессивных веществ с материа­лом выделяют два типа коррозии ме­таллов: химическую и электрохими­ческую. Особо выделяют биологичес­кую коррозию, идущую под влиянием продуктов жизнедеятельности бакте­рий и других микроорганизмов, и ра­диационную коррозию под воздей­ствием радиоактивного излучения. Большинство металлов и сплавов не­устойчивы в средах, где они исполь­зуются.

Для защиты изделий от коррозии применяют защитные покрытия, элект­рохимическую защиту и замедлители коррозии (ингибиторы), изменяющие состав коррозионной среды.

В строительной практике для защи­ты конструкций чаще используют лако­красочные и другие покрытия поверх­ности.

Отдельные металлы, например алю­миний, сами предохраняют себя от коррозии в некоторых средах в ре­зультате образовавшихся на их поверх­ности защитных пленок при взаимо­действии со средой. При помощи затетическим требованиям. Но лакокра­сочные и металлические v анодиро­вание — анодное оксидирование и др.) покрытия защищают поверхность ме­талла. Наиболее распространено в практике строительства применение цветного анодирования поверхности металлических материалов.

Фактура лицевой поверхности ме­таллов может быть рельефной, шеро­ховатой, гладкой, матовой или зеркаль­ной.

Поиск по сайту: