Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Полимерные, изоляционные и лакокрасочные материалы для архитекторов. Учебное пособие
.pdf
101
Рис. 31. Схема воздухоопорной
конструкции:
1 – установка для подачи воздуха;
2 – оболочка; 3 – опорный контур;
4 – тамбур-шлюз
но новой основе, как например, при применении пневмокаркасных или
трехслойных конструкций.
6.1. Пневматические конструкции
Пневматическими конструкциями называют мягкие оболочки,
форма и несущая способность которых обеспечиваются избыточным
давлением нагнетаемого в них воздуха. Эти конструкции изготовляются из следующих материалов: армированных и неармированных полимерных пленок, покрытых или пропитанных полимерами тканей, сеток, стальных канатов и алюминиевого проката. Различают пневмоконструкции воздухоопорные и пневмокаркасные.
Воздухоопорные конструкции представляют собой мягкие оболочки, которые выполняют ограждающие функции и сохраняют заданную форму благодаря нагнетаемому в них воздуху под большим
давлением (0,1–1,0 кПа), безопасным для персонала (рис. 31).
Воздухоопорные конструкции
выполняют в виде цилиндрических
сводов с различной стрелой подъема. Торцовые части сводов могут
быть плоскими, сферическими и
цилиндрическими. Для большепролетных сооружений используют
оболочки, усиленные облегающими канатами и сетками.
Пневмокаркасные конструкции имеют замкнутые полости,
внутри которых поддерживается сравнительно высокое избыточное
давление. Наиболее типичной конструкцией такого рода является свод
с несущим каркасом из пневмоарок и пневмопрогонов, покрытых тканевой ограждающей оболочкой.
Из рассмотренных конструкций в основном применяются воздухоопорные оболочки. Они имеют определенные преимущества: быстрота
монтажа, малая масса (2–3,5 кг/м перекрываемой площади), малый
транспортный объем, низкая удельная стоимость монтажа, функциональная приспособляемость формы, сейсмостойкость, легкость транспортирования. В то же время всем пневматическим конструкциям присущ ряд недостатков: малый (до 10 лет) срок службы, обусловленный
старением полимеров, неблагоприятные акустические характеристики,
потребность в вентиляторных или компрессорных установках [12].
102
Рис. 32. Типы оболочек из пластмасс:
а – структурные (типа пространственной плиты); б – одинарной кривизны и призма-
тические оболочки; в – двоякой положительной гауссовой кривизны и сходные с
ними выпуклые многогранные оболочки; г – двоякой отрицательной гауссовой кри-
визны; 1, 2 – с одно- и двухосным расположением элементов; 3, 5 – цилиндрические;
4, 6 – призматические; 7 – замкнутая; 8 – висячая; 9, 10 – эллиптическая и пирами-
дальная; 11, 12 – сферическая и многогранная; 13 – замкнутая эллиптическая; 14 –
висячая эллиптическая; 15, 16 – гиперболическая; 17, 18 – шатровые гиперболиче-
ские; 19, 20 – воронкообразная и зонтичная гиперболические; 21, 22 – висячие ги-
перболические (седловидная и с центральной опорой)
Пленки для оболочек получают из полиамидов, полиэфиров, полиэтилена, полипропилена, ПВХ. Для армирования пленок используют
капроновые, лавсановые, металлические и стеклянные сетки и волокна. Общим достоинством пленок являются воздухонепроницаемость,
тепло- и морозостойкость, биологическая и химическая стойкость,
светопрозрачность, достаточная прочность и легкость. Основные недостатки – ползучесть, потери эластичности при старении.
Покрывающие пленки могут быть светопроницаемы и окрашены в
любой цвет. Они должны быть морозостойки до температуры –40ºС.
6.2. Оболочки из пластмасс
Оболочки покрытий входят в число наиболее эффективных конструкций из пластмасс. Благодаря высокой технологичности пластмасс
103
получают оболочки рациональной геометрической формы, чем компенсируется повышенная деформативность пластмасс, и совмещается
несущая и ограждающая функции.
Геометрические размеры оболочек и форма увязываются с объемно-планировочным решением и варьируются в широких пределах.
Пластмассовые оболочки удачно сочетают такие свойства, как: радиопроницаемость, легкость, устойчивость, индустриальность возведения.
Перекрываемые оболочками пролеты могут достигать 90–110 м, но
чаще составляют 3–30 м. Типы оболочек приведены на рис. 32.
Структурные оболочки состоят из расположенных в одной плоско-
сти тонкостенных пространственных элементов. Такие оболочки работают как плита, опираясь по контуру или в отдельных точках.
Оболочки одинарной кривизны – цилиндрические, призматические
и своды.
Оболочки двоякой кривизны изготовляют двух типов – положитель-
ной кривизны и отрицательной кривизны.
Материалом для оболочек всех типов служат стеклопластики на
полиэфирной основе, эпоксидный и полистирольный пенопласт, алюминиевые и стальные профили, клееные деревянные брусья.
6.3. Полимербетонные конструкции
Наиболее рациональными областями применения полимербетонов
являются несущие химически стойкие конструкции промышленных
зданий различных отраслей промышленности. Для производственных
зданий изготовляют следующие конструкции из полимербетона (рис.
33): колонны сечением 40×60 см и высотой 14,4 м (а); колонны сече-
нием 40×40 см и высотой 3,3 м для эстакад под электролитные ванны и
этажерок (б); фундаменты под колонны и технологическое оборудование размером 100×100 см (в); балки покрытий, подкрановые фундаментные опоры длиной 4–6 м и сечением от 20×20 до 40×80 см для
конструкций, несущих технологические коммуникации (г); плиты для
полов и футеровок размером 50×50 см и для стен 1,2×4,8 м (д); трубы
диаметром 20–80 см.
6.4. Трехслойные панели
Трехслойные панели – это плоские или пространственные конструкции, состоящие из легкого тепло-, звуко-, виброизоляционного материала, обклеенного с обеих сторон прочными и жесткими обшивками, стойкими к различным воздействиям. Монолитность соединения
104
Рис. 33. Схемы сталеполимербетонных конструкций
промышленных зданий
обшивок со средним слоем и частичная передача на этот слой действующих нагрузок с одновременным выполнением им изоляционных
функций ставит трехслойные панели в число наиболее эффективных
несущих и ограждающих конструкций. Масса трехслойных панелей
лежит в пределах 40–70 кг/м3, что позволяет значительно снизить
массу зданий и повысить индустриальность строительства.
Панели классифицируют по назначению (для стен, перегородок,
покрытий), по светопропускающей способности (светопропускающие
и глухие), по технологическим свойствам (неутепленные и утепленные). Основное назначение трехслойных панелей – покрытия по несущим конструкциям, подвесные перекрытия и вертикальные ограждения зданий.
В качестве облицовок применяют тонколистовой алюминий, защищенную от коррозии сталь, стеклопластики, фанеру, древесные
плиты, асбестоцемент.
Распространение в качестве материала среднего слоя получил полистирольный пенопласт, вследствие сравнительно низкой стоимости
и высоких физико-механических свойств. Однако ему присущи определенные недостатки: низкая теплостойкость (70–80ºС) и низкая огнестойкость, которую повышают введением специальных добавок. Более
высокую прочность и теплостойкость имеет ПВХ, но он может вызвать коррозию металлов. Кроме того, вследствие высокой стоимости
его применение ограничено. Для трехслойных панелей широко используется пенополиуретан. Его заливают в полости в жидком виде,
после чего он самопроизвольно вспенивается и склеивается с листами
105
а б
Рис. 34. Схема конструкции панели с сотовым заполнителем (а)
и соединение стенки ячейки с обшивкой (б):
1 – обшивка; 2 – стенка ячейки сот; 3 – клеевой слой, наносимый на обшивку;
4 – клей, защемляющий стенку
обшивки. Структура пенопласта и степень вспенивания регулируются
путем изменения состава исходной композиции. Отвержденный пенопласт обладает достаточно высокой прочностью и теплостойкостью
(до 130°С).
Наибольшую жесткость и устойчивость при минимальной массе
имеют панели со средним слоем из сотового заполнителя, который
изготовляют из металлической фольги, бумаги, пластмасс (рис. 34, а).
Для предохранения стенок ячеек от смятия при механической обработке соты во время обработки заполняют водой и замораживают. Для
повышения теплоизоляционных и огнезащитных свойств панелей
ячейки сот заполняют пенопластом, перлитом, вермикулитом.
Огнестойкость сотовых конструкций повышают пропиткой их антипиренами. Благодаря малой собственной массе панели с сотовым
заполнителем могут иметь большие размеры, например, на два этажа.
При склеивании сот с обшивками применяют различные клеи. Более жесткие наносят на соты, а эластичные на листы обшивки (рис.
34, б). Жесткий клей обеспечивает устойчивость стенки в месте креп-
ления, а эластичный – деформативность при температурных воздействиях.
106
7. ПЛАСТМАССЫ В АРХИТЕКТУРЕ
7.1. Краткий исторический очерк
развития производства полимерных материалов
Началом развития производства и применения пластмасс является
вторая половина XIX в. Первый период, до начала ХХ в. характеризуется использованием лишь природных смол или химически модифицированных высокомолекулярных соединений: целлюлозы, каучука и
белка. Важнейшим открытием этого периода является получение резины (1839) и эбонита (1843) путем вулканизации сырого природного
каучука. В 1872 г. пластификацией нитроцеллюлозы камфорой был
получен целлулоид, а в 1887 г. модификацией казеина галалит – разновидность пластмассы в виде рога, применявшаяся для различных поделок.
Второй период, относящийся к началу ХХ в., характеризуется получением высокомолекулярных соединений путем их синтеза из простых по химическому составу веществ (мономеров). Фенолоформальдегидные синтетические полимеры нашли практическое применение в
1902–1908 гг.
В 30-х гг. ХХ в. промышленное значение нашли мочевиноформальдегидные, полиэфирные и другие синтетические полимеры. Расширилось производство пластмасс на основе полистирола, поливинилацетата, ПВХ, полиметилметакрилата и др. В сороковых годах прошлого века началось производство полиэтилена путем полимеризации
этилена под высоким давлением. Последующие годы характеризовались развитием производства полимеризационных и поликонденсационных полимеров новых видов.
Производство полимерных материалов, в том числе пластмасс было теоретически подготовлено исследованиями ряда отечественных и
зарубежных ученых, среди которых следует назвать А. М. Бутлерова –
создателя теории химического строения органических соединений;
Г. Г. Густавсона, получившего первые жидкие полимеры этилена;
С. В. Лебедева, разработавшего способ получения синтетического каучука. Благодаря работам Л. Бэкеленда и Г. С. Петрова (1902–1910) было положено начало производства фенолпластов – пластмасс, полученных на основе фенолоформальдегидных высокомолекулярных соединений. Огромное значение в развитии производства пластмасс
имели работы академика К. А. Андрианова, впервые синтезировавшего
высокомолекулярные кремнийорганические соединения.
107
В 1933 г. в Лондоне состоялась первая международная выставка
пластмасс, которая активизировала поисковые работы в области новых
полимерных материалов.
С 1935 по 1940 гг. отмечается быстрый рост мирового производства полимерных материалов. В 1935 г. зарегистрировано изобретение
стеклопластика, в 1940 г. появились полиамидные, полиуретановые и
кремнийорганические смолы.
Послевоенный период (1945–1955) характеризуется острым жилищным кризисом, повышенным интересом к новым строительным
материалам и новым методам строительства. Наступило время целенаправленного внедрения в строительство пластических масс и изделий
из них.
В то время пластмассы широко применяют для внутренней отделки
зданий, для производства различных строительных изделий, оборудования, а также для ограждающих конструкций. Начинается применение в строительстве различных типов трехслойных панелей. В 1950 г.
впервые появился термин «конструкционные пластмассы». В подавляющем случае пластмассы в первое послевоенное десятилетие рассматривались как простые заменители традиционных материалов. Поэтому отсутствовало стремление осмыслить эстетическую самостоятельность новых материалов.
Развитие химической промышленности в ХХ в. происходило по нарастающей. Начиная с 1955 г. производство полимерных материалов в
мире удваивалось каждое пятилетие. Согласно прогнозам ученых годовое потребление полимерных материалов в XXI в. должно опередить потребление черных металлов.
Современный период освоения строительных пластмасс характерен
быстрым развитием различных конструктивных и архитектурных
форм. Развитие архитектуры пластмасс в нашей стране и за рубежом
имеет материальную базу, обеспеченную неизменно высокими темпами роста промышленности полимерных материалов.
7.2. Пластмассы и архитектурное творчество
Проблема влияния строительных материалов на архитектурное
творчество волнует зодчих давно, со времен Витрувия, однако как
проблема теоретическая она возникла в новом аспекте сравнительно
недавно – с тех времен, когда в строительство стали внедряться разнообразные новые искусственные материалы. Действительно, за последние полвека новых материалов появилось больше, чем за всю предыдущую историю строительного искусства; наиболее многочисленную
108
группу из них составляют полимерные строительные материалы и изделия.
В связи с этим возникает задача выявления той специфики, которую вносят новые искусственные материалы, в данном случае пластмассы, в творческую деятельность архитектора. Проблема эта чрезвычайно широка, ибо сама является частью более общей темы «материал
и архитектура», но в ней могут быть выделены несколько главных аспектов, таких, как пути совершенствования новых материалов, особенности архитектурного конструирования, особенности создания и
развития новых архитектурных форм из пластмасс.
Пластмассы – искусственный материал и свойства его определяются заранее заданными факторами – видом полимера, его физическим
состоянием, процентным соотношением всех компонентов пластмассы, особенностями технологии производства и т.п. Вот эта особая
«программируемость» свойств – важнейшее качество пластмасс, порождающее принципиально новую взимосвязь между архитектурным
творчеством и материалом. Архитектор, работающий с пластмассами,
имеет возможность задаваться определенными, нужными ему свойствами материала и получать такую продукцию, т.е. из пассивного потребителя готовых природных и искусственных материалов архитектор может стать заказчиком своей материальной палитры.
Таковы возможности, предоставляемые пластмассами.
Но парадокс состоит в том, что эта «вольная», казалось бы, возможность (хочешь – пользуйся ею, не хочешь – не пользуйся) становится в современную эпоху настоятельным требованием, необходимым условием прогрессивного развития зодчества. Архитектор не
только может, но теперь уже должен заказывать материалы с заранее
заданными оптимальными свойствами. Необходимость эта вытекает
как из характера развития современного зодчества, все более определенно становящегося на путь комплексного высокоразвитого индустриального производства, так и из направленности развития промышленного производства строительных материалов, которое не только
постоянно наращивает мощности, но и полностью механизируется и
автоматизируется, становится программируемым.
Ракетостроение, авиация и другие высокоразвитые отрасли материального производства уже практически перестали пользоваться готовыми материалами. Эти отрасли заказывают технологам и получают от
них именно такие материалы и изделия, которые им необходимы и
которые полностью, по всем параметрам качества отвечают функциональным, экономическим, эстетическим и другим требованиям, предъявляемым потребителями этой продукции.
109
На такой же путь должна встать архитектура и стройиндустрия.
Для этого архитекторы должны разработать строгую систему программируемых свойств по всей номенклатуре необходимых им материалов. Задача эта чрезвычайно сложная, требующая привлечения
специалистов из многих областей наук, но направить эту работу, ставить задачи и разрабатывать конкретные программы – промышленные
заказы – должны сами архитекторы, ибо только они знают и видят перед собой всю проблему целиком.
Современная технология производства большинства строительных
и особенно химических материалов и изделий делает уже сейчас
принципиально реальным участие архитектора в сфере материального
производства. Таким образом, архитектор может и должен активно
участвовать в создании и совершенствовании материальной базы отечественного зодчества. Но не менее важна роль архитектора и в сфере
применения уже созданных материалов. При активном участии архитекторов разрабатываются справочники и каталоги, государственные
стандарты и технические условия, производится аттестация качества
выпускаемых материалов и изделий.
Как уже отмечалось, в современной архитектурно-строительной
практике наиболее широко применяются отделочные и конструкционно-отделочные пластмассы – материалы для покрытия полов, материалы для внутренней отделки стен, подвесных светопрозрачных и акустических потолков и т.п. Номенклатура отделочных пластмасс включает десятки разновидностей материалов и изделий с широким диапазоном эксплуатационно-технических и эстетических характеристик.
Архитектурное проектирование именно этой группы полимерных материалов, разработка программ заданных технологу эксплуатационных
параметров, создание эталонов внешнего вида материалов (их рисунка,
цветовой гаммы, фактуры лицевой поверхности) уже сейчас позволяет
получать продукцию, отвечающую комплексу архитектурно-строительных требований, значительно улучшить ее эстетические свойства.
Актуальность творческого участия архитекторов и художников в создании перспективных эталонов отделочных материалов, регламентирующих их качество, возрастает в связи с широким внедрением в промышленное производство новых высокопроизводительных методов
отделки – многоцветной печати, декалькомании, тиснения и металлизации поверхности, рельефного вакуумного формования и др.
Архитектура пластмасс находится еще в самом начале своего пути
и несет в себе черты, характерные для первого этапа освоения нового
строительного материала. Поэтому архитектурные формы из пластмасс не получили еще той необходимой степени самостоятельности,
110
которая характерна для периодов высшего расцвета какого-либо стиля
и направления.
Накопленный опыт и технико-экономические подсчеты показывают, что уже сегодня значительный эффект может быть получен при
сочетании полимерных материалов с железобетоном, металлом, стеклом, асбестоцементом и даже с природными материалами – камнем и
древесиной. Это относится главным образом к неконструкционным
пластмассам, которые сейчас широко используются для покрытия полов и других отделочных работ, для герметизации, гидроизоляции и
теплоизоляции, а также встроенной мебели и санитарно-технического
оборудования. Их применение несомненно оказывает влияние на архитектуру (преимущественно интерьера) зданий [21].
Экономическая эффективность применения полимерных покрытий
полов вместо традиционных обусловлена уменьшением трудоемкости
работ (более, чем на 50 %) и значительным сокращением расхода древесины. Кроме того, уменьшаются капиталовложения на организацию
производства материалов и снижаются единовременные затраты на
устройство полов.
Рулонными материалами (главным образом на основе ПВХ) покрывают полы в помещениях жилых, общественных и некоторых промышленных зданий. В условиях полносборного индустриального
строительства с железобетонными междуэтажными перекрытиями
весьма эффективно применение свариваемых между собой ПВХ рулонных покрытий на тепло-звукоизолирующей основе, а также ворсовых ковровых материалов из синтетических волокон, которые укладывают непосредственно на железобетонную панель перекрытия, обеспечивая таким образом необходимые тепло- и звукоизоляцию.
Для практики массового строительства еще в ряде случаев характерна некоторая монотонность и невыразительность застройки, а также неудовлетворительная отделка интерьеров. Устранение этих недостатков, как показал уже имеющийся отечественный и зарубежный
опыт, может быть осуществлено наряду с другими средствами также
при помощи полимерных отделочных и конструкционно-отделочных
материалов, расширение номенклатуры и ассортимента которых способствует созданию новых художественно-композиционных возможностей в архитектуре.
В условиях массового индустриального строительства особо важное значение приобретают вариантные решения цвета и фактуры поверхностей фасадов и интерьеров. Роль цвета и фактуры определяется
также и тем, что при тонких панельных ограждениях не может быть
получен глубокий рельеф, дающий светотеневые эффекты. В связи с
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]