5. Примеры применения

Строительные пластмассы в качестве конструкционных и конструкционно­отделочных материалов применяются для основных типов конструкций: линей­но-плоскостных, стеновых панелей, жестких пространственных покрытий, пнев­матических сооружений.

Два слоя стеклопластика и пенополиуретан использованы для коробчатых панелей перекрытия жилого дома «ФГ-2000», построенного в 1968 г. в Герма­нии. Длина таких панелей — 9,2 м, ширина — 1,25 м.

Ограждающие конструкции малоэтажных зданий — основная область приме­нения пластмассовых панелей. Последние могут использоваться и для бескар­касных зданий. В этом случае прочность конструкции обеспечивается каркасом внутри самих панелей, например, в трехслойных панелях жилого дома «Пети Шато» в Италии. Рельефная пластика панелей использована в эксперименталь­ном жилом доме в Германии (архит. Д. Шмидт), где их волнистый рельеф обес­печил жесткость стеклопластиковых обшивок. Панели пространственного типа (складчатые, многогранные, оболочковые, мембранные) могут быть значитель­ных размеров: например, у стеклопластиковых панелей здания склада в Вели­кобритании пролет равен 15 м. Объемную многогранную форму имели полу­прозрачные панели с профилированными ребрами японского павильона химии на «ЭКСПО-70». На этой Всемирной выставке для павильона промышленности Италии использованы стеклопластиковые панели-мембраны, предварительно на­пряженные системой тросов (рис. 145).

Стремление применить строительные пластмассы для жестких пространст­венных покрытий связано с возможностью свести к минимуму массу конструк­ции. Пластмассовые складчатые покрытия плавательных бассейнов в Великоб­ритании имели пролеты от 7 до 30,2 м. Покрытия с волнистым профилем ис­пользованы фирмой «Бакелит» при строительстве двухэтажного административ­ного здания размером, в плане, 11,5 х 17,2 м и высотой 5,8 м (рис. 146). Ромбо­видные элементы для сборно-разборных сводов предложены Р. Пиано (Италия), а седловидные (1,2 х 1,2 м и толщиной 3 мм) М. Вильямом и Д. Орром (США). Крупнейший пластиковый купол диаметром 45 м павильона на Ганноверской выставке смонтирован из 40 сегментных элементов. Известны примеры изготов­ления покрытий из пенопластов, причем сравнительно больших размеров — на­пример, диаметром 12 м в Японии (рис. 147).

Лотковые элементы шириной от 0,3 до 2,1 м из стеклопластиковых обшивок и пенополивинилхлорида толщиной 70 мм применялись для жилых домов в США. Полиэфирный стеклопластик с пенополистирольным утеплителем толщи­ной 25 мм применялся для воронкообразных элементов размером 4,8 х 4,8 м для покрытия школы в Лос-Анджелесе, а размером 19,4 х 19,4 м для покрытия аэро­вокзала в Дубай (рис. 148). Аналогичные элементы других профилей и размеров использованы для покрытий рынка во Фресне (пригороде Парижа), павильона Национальной выставки в Лозанне и др. Пространственность, малая толщина ограждающих поверхностей, замкнутость контура — характерные черты для со­оружений из пластмассовых блок-оболочек с разнообразными геометрическими характеристиками (рис. 149). Горизонтально-цилиндрическая форма стеклопла­стиковых оболочек использована для жилого дома «Диоген», демонстрировав­

шие. 145. Фрагмент фасада павильона промышленности Италии на Всемирной выставке ЭКСГ10-70 в Осаке (Япония, архит. Р. Пиано)

Рис. 147. Общий вид и план жилого пенопластового купола диаметром 12 м (Япония, архит. М. Курокава)

Рис. 148. Фрагмент фасада аэропорта в Дубай с покрытием из пластмассовых воронко­образных элементов (Оман)

Рис. 149. Жилой дом из гиперболических пластмассовых элементов (Мексика, архит. X. Инфанте)

шегося на выставке в Ганновере (рис. 150), сочетания прямоугольных и треуголь­ных панелей — в пластмассовых домах системы «Корнет», многогранники в си­стеме «До» (Германия) и др. (рис. 151, 152, 153).

Листы из поликарбоната с сотовой структурой (панели) применялись в на­чале 90-х гг. XX в. для светопрозрачных покрытий средних и крупных торговых

Рис. 150. Жилой дом «Диоген» (Германия, архит. Ф. Дютлер)

ЙАОЬд

■111 I шипи

Рис. 151. Фасад и план дома из пластмассовых объемных блоков системы «Корнет» (Гер­мания, архит. Г. Грисхабер)

Рис. 152. Жилые дома из пластмассовых многогранников системы «ДО» (Германия, ар­хитекторы Ж. Венталон, А. Скленер)

Рис. 153. Общий вид и план мобильного жилого дома «Рондо» из пластмассы (Швейца­рия, архит. К. Казани)

центров в США. Архитекторы Франции, Австралии, стран Юго-Восточной Азии и многих других предусматривали применение упомянутых листов для свето­прозрачных конструкций жилых, общественных и промышленных зданий, в т.ч. спортивных и выставочных залов, пешеходных переходов, торговых сооружений, заводских цехов, теплиц и парников.

Рулонные материалы для пневматических сооружений могут состоять из синтетических тканей с полимерными покрытиями. Волокна для тканей получа­ют из различных полимеров: полипропилена, полиэфиров (дакрон, терилен, лав­сан и др.), поливинилспиртовых (куралон, винол и др.), полиакрилнитрильных (орлон, нитрон и др.), полиамидных (нейлон, капрон, дедерон и др.). Полимер­ные покрытия в виде пасты или пленок получают, как правило, из синтетиче­ских каучуков или пластифицированного ПВХ. Полимерные оболочки приме­няются для воздухоопорных (подача воздуха под оболочку) и воздухонесомых (подача воздуха в несущие конструкции стержневого типа) сооружений (рис. 154). Сферическая оболочка спортзала в Форосе (Финляндия) диаметром 73 м или цилиндрическая ледового катка в Анегасаки (Япония) пролетом 53 м — примеры сравнительно крупных сооружений. Для увеличения их размеров ис­пользовались стальные тросы: павильон США на «ЭКСПО-70» имеет эллипти­ческий план с осями 84 х 142 м; стальные тросы использовались и при перекры­тии площади в 1 га под Парижем и др. Представляет интерес проект интернаци­ональной бригады архитекторов и инженеров (автор идеи и руководитель проф. Ф. Отто из Германии) двухслойного сферического купола из прозрачной пленки и подкрепляющих канатов из высокопрочного полиэфирного волокна. Под воз­духоопорным куполом диаметром 2 км и высотой 240 м для жителей Арктики можно создать искусственный климат.

Интересной областью применения армированных пленок явились шатровые покрытия, представляющие собой несущие конструкции из свободно висящих мембран. Один из таких шатров перекрывает старую улицу в центре г. Вуппер­таль (Германия). Возведение этого «городского шатра» вызвано стремлением оживить торговлю в центральном квартале города, которая все больше переме­щается на окраины, в районы крупных жилых массивов. Светопрозрачный ша­тер, перекрывающий всю улицу, изготовлен из плотной сетевидной ткани, по­крытой с двух сторон поливинилхлоридной пленкой. Ткань выполнена из проч­ных синтетических волокон (диолен). Жесткость этого восьмипролетного шат­рового покрытия осуществляется натяжением параболически выгнутых тросов, обеспечивающих устойчивость полотен к ветровым нагрузкам. Высокая свето- прозрачность материала, достигающая 75 %, сочетается с достаточной огнестой­костью, прочностью на растяжение и разрыв, эластичностью при разных колеба­ниях температуры.

Весьма многочисленны примеры применения, в современной архитектурно- строительной практике отделочных материалов на основе полимеров: рулонных, листовых и плиточных, монолитных, погонажных.

Рис. 154. Павильоны передвижной выставки из двухслойной воздухоопорной оболочки (США, архит. Ф. Ланди)

Например, пленки для внутренней отделки применяли во многих странах, в т.ч. в Чехословакии, Польше, Болгарии, США, Франции. В Германии различные фирмы выпускают поливинилхлоридные, в том числе из жесткого непластифи- цированного поливинилхлорида, полиэтиленовые, полиэфирные и меламиновые пленки. Декоративные пленки из мягкого поливинилхлорида устойчивы к исти­ранию, не царапаются, не подвержены действию влаги, трудно загораются и тех­нологичны при использовании. Достоинства материала — повышенная стойкость к старению, отсутствие отслаивания или пузырения. Оригинальны пленки для обогрева больших поверхностей, состоящие из среднего электропроводящего слоя и двух наружных слоев из термореактивной пластмассы. Нагревательные пленки выпускают различных цветов, они отличаются хорошей износостойко­стью, электрически полностью изолированы, химически стойки. Пленки на ос­нове ПВХ изготавливают разной толщины, причем пленки толщиной более 1 мм используются преимущественно для помещений с высокой влажностью. Пленки меньшей толщины выпускают, как правило, на бумажной основе, причем проч­ность сцепления полимерного состава и бумаги очень высока.

В массовом количестве для покрытий полов в зданиях различного функцио­нального назначения применяют линолеумы и ковровые покрытия. При выборе соответствующих материалов многие архитекторы и дизайнеры считают, что полы, особенно в коридоре и холлах, должны быть спокойных цветов и рисун­ков, нескользкие, эластичные, не требующие трудоемкого ухода. Светлые тона полов повышают их отражательную способность и непосредственно влияют на освещенность помещения. Увеличение коэффициента отражения цвета полов на 20 % повышает освещенность всего помещения на 15 %, например, при замене коричневого или синего цвета пола с коэффициентом отражения 10 % на свет­ло-бежевый или голубой цвет с коэффициентом отражения 30 %.

Следы и пятна меньше видны на полах с рисунком, чем на однотонных, по­этому рекомендуется для полов из линолеума подбирать не слишком темные или цветные мраморовидные или крапчатые фактуры. Установлено, что загрязнение меньше всего заметно на полах средней светлоты с коэффициентом отражения

20. .40 %. Практика также показала, что на полах теплого тона (красновато-жел- тых и др.) пятна не так заметны, как на покрытиях холодных тонов (например, голубых той же светлоты).

В спортивных зданиях и сооружениях часто применяют специальные покры­тия на основе полимеров, в т.ч. с использованием отходов резинотехнической промышленности и др.

Индустриализация работ по устройству полов в ряде общественных и про­мышленных зданий достигается при широком внедрении монолитных покрытий на основе эпоксидных, полиуретановых и полиэфирных полимеров заводского изготовления, пропитанных полимерными составами, и эластичных мастик на основе полиуретанов. Снижение трудозатрат по сравнению с традиционными покрытиями полов (цементными, бетонными и асфальтовыми материалами) до­стигается также при использовании сборных плит из полимерцементных бето­нов, армированных полимеррастворов и полимербетонов.

Эффективность многих современных несущих конструкций связана с приме­нением полимерных материалов специального назначения — тепло- и гидроизо­ляционных, герметизирующих, звукопоглощающих.

В заключение следует подчеркнуть, что на лицевой поверхности современ­ных конструкционно-отделочных и отделочных строительных пластмасс часто имитируют эстетические характеристики природных материалов (из натураль­ной древесины, природного камня). Но строительные пластмассы — сравнитель­но новые материалы, и соответствующее восприятие отделки при этом нередко связано с ощущением искусственного, «не настоящего» материала. Кроме того, многие специалисты отрицательно оценивают большинство рассматриваемых материалов с экологической точки зрения — в процессе эксплуатации они могут выделять токсичные и отравляющие вещества в количестве, опасном для здо­ровья человека.

Заключение

При выборе современных строительных материалов для осуществления ар­хитектурных проектов зданий, сооружений учитывается комплекс факторов. Вместе с тем, в любом случае, целесообразно ориентироваться на основные кри­терии эффективности материалов.

Технико-экономическая эффективность выбора материалов основывается на наличии заводского лицензированного производства; сравнительно меньшей средней плотности при сохранении требуемых прочности и других эксплуатаци­онно-технических характеристик; возможности снизить расход энергетических ресурсов при эксплуатации здания, сооружения; многофункциональности при эксплуатации.

К преимуществам заводского выпуска материалов относятся:

• мобильность технологии производства, возможность в кратчайшие сроки изменять технологические параметры, в т.ч. за счет оснащения заводов совре­менным, работающим в автоматическом режиме оборудованием;

~ возможность заказа архитектором материалов с требуемыми характеристи­ками;

~ сравнительно комфортные условия труда.

Среди достижений современной заводской технологии материалов, класси­фицированных по общности основного сырья, можно выделить:

~ производство элементов деревянных клееных конструкций, современные способы защиты древесины от загнивания и возгорания, получение резьбы на станках с компьютерным управлением;

~ получение тонкопиленых плит из природного камня, снятие ограничений с размеров обрабатываемых поверхностей;

• создание заводов-автоматов по производству керамических материалов, в т.ч. плиток (120 шт. в минуту с 5-ти цветной сериографической печатью);

~ исключение полосности оконного стекла («флоат-процесс»), производство листовых строительных стекол, изменяющих тепловые потоки;

~ создание универсальных легированных сталей, коррозиеустойчивых и лег­ких материалов из металлических сплавов;

~ производство новых оригинальных видов цементов, высокопрочных легких бетонов;

• получение эффективных материалов на основе полимеров для тепло- и гидроизоляции.

К одной из четко выраженных тенденций развития производства материаль­ной базы зодчего относится заметное увеличение выпуска материалов, отличаю­щихся сравнительно невысокой массой, легкостью при применении, требуемой прочностью и другими эксплуатационно-техническими характеристиками. В ре­зультате снижаются затраты на перевозку материалов (в нашей стране большое количество железнодорожных и речных грузов составляют именно строительные материалы и сырье для них); снижается мощность транспортных и монтажных средств; укрупняются конструкции; снижаются стоимость и трудоемкость стро­ительства.

Не случайно во многих странах мира одним из важных критериев эффектив­ности строительства является масса одного м³ строительного объема здания, со­оружения. Соответствующая величина при использовании современных матери­алов со сравнительно низкой средней плотностью может составлять 160 кг и менее. Если учесть, что соответствующая величина в нашей стране часто дости­гает 430 кг и более, то ясно, сколь велики резервы снижения материалоемкости в отечественном строительстве. Доля материалов для легких ограждающих кон­струкций увеличилась в развитых зарубежных странах за последние 20 лет с

30. .40 % до 70...75 %.

К сравнительно эффективным материалам с точки зрения рассматриваемого показателя следует отнести упомянутые элементы деревянных клееных конст­рукций, тонкопиленые плиты из природного камня, пустотелые и поризованные керамические стеновые материалы, легкие и особо легкие бетоны, тонкостенные металлические профили и листы из поризованных строительных пластмасс.

С каждым годом все большую значимость приобретает производство и при­менение энергосберегающих материалов.

Экономия энергетических затрат при эксплуатации зданий, сооружений свя­зана, прежде всего, с использованием эффективных теплоизоляционных материа­лов. Современный отечественный и зарубежный опыт позволяет к эффективным теплоизоляционным материалам отнести пенопласты (прежде всего пенополисти- рол, пенополиуретан), минераловатные и стекловатные плиты, изделия на основе перлита (в т.ч. перлитофосфатные, перлитопластбетонные). Например, использо­вание легкой конструкции покрытия зданий в сочетании с утеплителем из полу- жестких минераловатных плит взамен железобетонного покрытия с пенобетонным утеплителем позволяет снизить массу конструкций в 5 раз, уменьшить на 40 % затраты труда на возведение конструкций, сократить в 8 раз потребность в транс­портных средствах для их перевозки, а также получить значительную экономию цемента и других материалов. Заметно снижается стоимость покрытий зданий.

Применение упомянутого утеплителя в ограждающих конструкциях, напри­мер, в облегченных кирпичных стенах, дает возможность, по сравнению со сплошной кладкой, сократить расход кирпича в 2—2,5 раза, цемента и извести — в 3 раза. При этом значительно снижаются масса конструкций и потребность в транспортных средствах. В результате стоимость стен снижается до 30 %, улуч­шаются теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций, ускоряются темпы строительства. В крупнопанельном домостроении замена однослойных керамзитобетонных стеновых панелей слоистыми панелями с минераловатным или пенопластовым утеплителем позволяет в расчете на 1 м² стены сократить расход цемента в 2 раза, затраты труда — на 20 % и значительно снизить сто­имость зданий.

Понятие «энергосберегающий материал» предполагает его сравнительно вы­сокую долговечность. Вместе с тем способность разрушаться под действием раз­личных агрессивных веществ характерна для всех без исключения современных материалов. Например, городская пыль может сорбировать окислы серы и азота, имеющиеся в атмосфере современного города с развитой промышленностью, и способствовать интенсивной коррозии бетона и ряда других материалов. Весьма агрессивна среда на многих промышленных предприятиях. Специфика эксплуа­тации городских дорог связана как с действием климатических факторов, так и с интенсивным движением транспорта. Существует возможность биологической коррозии ряда строительных материалов. Понятно, что преждевременное разру­шение материалов приводит к значительным энергетическим затратам на трудо­емкие ремонтно-восстановительные работы.

К основным направлениям повышения долговечности материалов относятся повышение коррозионной стойкости вещества, из которого они состоят, плотно­сти вещества и плотности структуры, защита поверхности материалов.

В современной архитектурно-строительной практике популярны материалы, выполняющие при эксплуатации не одну, но несколько функций: отделка + теп­лоизоляция, отделка + гидроизоляция, отделка + звукоизоляция и т.п. Много­функциональные материалы состоят, как правило, из двух или более слоев, каж­дый из которых выполняет свою задачу при эксплуатации. Таковы, например, материалы для вертикальной облицовки с лицевым слоем, имеющим сравнитель­но плотную структуру (тонкопиленая плита из гранита, мрамора, керамическая плитка и др.), и вторым с пустотелой (сотовая структура из тонких элементов — отожженная алюминиевая фольга и др.) или поризованной структурой (пено- пласты и др.).

В современной весьма агрессивной городской среде жизнедеятельности че­ловека к одному из основных критериев выбора материалов следует отнести его экологическую чистоту. При этом последняя важна не только для самого мате­риала, но главное — это ее сохранение в процессе всего срока службы материала в конструкциях. Профессиональная оценка экологической чистоты материалов предполагает также учет воздействий на среду добычи сырья и технологии его производства, а также утилизации.

Основные критерии выбора материалов с эстетической точки зрения связа­ны с количественным и качественным аспектами.

Первый определяется возможностями технологии производства. Если, напри­мер, она позволяет получить только один вид фактуры и ограниченное количе­ство цветовых решений лицевой поверхности конструкционно-отделочного или отделочного материала, то этот материал менее эффективен, чем аналогичного назначения с любыми требуемыми видами фактуры и цвета.

Второй аспект, при осуществлении архитектурных проектов, предполагает учет индивидуальности заказчика и соответствующих представлений об особен­ностях восприятия эстетических характеристик лицевой поверхности упомяну­тых материалов, их физической сущности.

Сохранение подлинности конструкционно-отделочных и отделочных матери­алов при реставрации памятников архитектуры является обязательным требова­нием. Поэтому применению современных материалов, например, на основе ис­кусственных полимеров, позволяющих, на первый взгляд, решить комплекс экс­плуатационно-технических задач при реставрации, должен предшествовать тща­тельный анализ, в т.ч. с эстетической точки зрения.

Творческая свобода современного архитектора в большой мере связана с до­статочно глубокими знаниями в области существующей материальной палитры.

Литература

Список основной литературы

1. Айрапетов Д.П. Материал и архитектура. — М.: Стройиздат, 1978.

2. Байер В.Е. Материаловедение для архитекторов, реставраторов, дизайне­ров. — М.: Астрель, ACT, 2004.

3. Байер В.Е. Лабораторные работы по курсу архитектурного материаловеде­ния. — М.: Высшая школа, 1987.

4. Микульский В.Г., Горчаков Г.И., Козлов В.В., Куприянов В.Н., Орентлихер Л.П., Рахимов Р.З, Сахаров Г.П., Хрулев В.Н. Строительные материалы (материалове­дение и технология): Под общей ред. В.Г. Микульского. — М.: АСВ, 2002.

5. Пруцын О.И. Реставрационные материалы. — М.: ИИР, 2005.

Список дополнительной литературы

К главе 1.

1. Иконников А.В. Функция, форма, образ в архитектуре. — М.: Стройиздат, 1986.

2. Колли Н.Я. О материале и стиле//Архитектура СССР, 1934. № 4.

3. Некрасов А.И. Теория архитектуры. — М.: Стройиздат, 1994.

К главе 2.

1. Попов КН, Каддо О.В. Оценка качества строительных материалов: Под ред. К.Н. Попова. - М.: АСВ, 1999.

2. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. — М.: Высшая школа, 2002.

3 Инструментальные методы определения цвета декоративных материа­лов. - М.: ВНИИТЭ, 1980.

К главе 3.

1. Лисенко Л.М. Дерево в архитектуре. — М.: Стройиздат, 1984.

2. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение. — М.: Экология, 1991.

К главе 4.

1. Викторов А.М., Викторова Л.А. Природный камень в архитектуре. — М.: Стройиздат, 1983.

2. Природокаменные ресурсы России. Каталог. — М.: Издательский дом «По­лет—КМ», 2004.

К главе 5.

1. Гинзбург В.П. Керамика в архитектуре. — М.: Стройиздат, 1984.

2. Кинджери УД. Введение в керамику: Пер. с англ. — М.: Стройиздат, 1967.

К главе 6.

1. Соловьев С.П., Динеева Ю.М. Стекло в архитектуре. — М.: Стройиздат, 1981.

2. Стекло в архитектуре и строительстве: Каталог второй международной конференции. — М.: СА России, «Главербель — Восток», 2004.

К главе 7.

1. Ледзинский B.C., Теличко А.А., Зверев А.В. Художественная ковка и литье Москвы. — М.: Машиностроение, 1989.

2. Ледзинский B.C., Теличко А.А., Навроцкий А.Г., Зимин Ю.А. Современная художественная ковка. — М.: Металлургия, 1994.

3. Мардер А.П. Металл в архитектуре. — М.: Стройиздат, 1980.

К главе 8.