8.Перегородки промышленных зданий.

Перегородки являются самонесущей ограждающей конструкцией. Они должны иметь минимальную толщину и вместе с тем обладать прочностью, жесткостью и устойчивостью. В зависимости от условий эксплуатации к ним предъявляют требования звукоизоляции, гвоздимости, водостойкости, паро- и газонепроницаемости. Индустриальные перегородки бывают панельной, каркасной и каркасно- панельной конструкции. Панельные наименее трудоемки. По звукоизоляционным свойствам различают акустические однородные и акустические неоднородные перегородки.

Обычно перегородки устраивают на всю высоту помещения для полной изоляции внутренних пространств. Но иногда устанавливают перегородки – ширмы, которые выгораживают часть площади помещения. В промышленном строительстве первые получили название разделительных перегородок, а вторые – выгораживающих.

По условиям эксплуатации перегородки классифицируют на стационарные, сборно-разборные и трансформируемые.

Стационарные перегородки устанавливают на весь срок эксплуатации здания. Стационарные перегородки возводят панельной, каркасной и каркасно-панельной конструкции и из мелких элементов, масса которых не превышает 40 кг.(кирпич, блоки, плиты).

(Стр. 287-292)

Для промышленных зданий применяют асбестоцементные панели толщиной 60, 120 и 140 мм, шириной 0,3 и 0,6 м, а длиной от 3,3 м до 6 м. Они имеют высокую степень заводской готовности и монтируются без кранов. Каркасные перегородки собирают на месте их установки из отдельных элементов. Каркас из деревянных брусков, асбестоцементных или стальных профилей обшивают сухой штукатуркой, асбестоцементными или стальными листами. Каркасно-панельные перегородки проектируют при разделении крупных помещений с большой высотой. Наиболее часто встречаются в производственных зданиях. Нижняя часть перегородок – самонесущая, верхняя – навесная.

(Казбек – Казиев «Архитектурные конструкции» стр.286, глава XXI «Перегородки»)

АРХИТЕКТУРНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

9 Взаимосвязь строительного материала,конструкций и архитектурной формы

Главной характеристикой нового этапа формообразования является генерация многообразия архитектурных форм, которая оказывается результатом взаимодействия строительно-конструктивного и архитектурного формообразования, ставшего на этапе полноценным. Новизна и многообразие форм зарождается из развития их внутренних взаимосвязей. Нам важно предметнее заглянуть в них, чтобы обнаружить механизмы множественности современных архитектурных форм.

Для этого сначала необходимо поточнее определить понятие «конструктивная форма», «архитектурная форма», переход одной в другую; после чего и посмотреть на диалектику их развития.К факторам в формообразовании отнесены:

1) возникновение мощной материальной и технической базы;

2) множественность строительных конструкций, расширение ее основ и содержательное наполнение;

3) сближение конструктивных и архитектурных форм;

4) изживание разорванности, дискретности в технологии формотворчества.

На данный момент нам уже известно, что архитектурная форма является конечным продуктом строительного формообразования, комплексно-целостным продуктом. Мы знаем также, что АФ вытекает из КФ, а та в свою очередь обусловлена формой архитектурного пространства (АП) под утилитарную функцию. Уложим эту

Конструктивная форма.

Попытаемся посущностнее определить ее смысл. Представляется, что это заданная объемная геометричность работающего конструкционного материала в целях разделения пространств и в первую очередь в целях отделения искусственного пространства от естественного, природного. Конструктивная форма призвана максимально эффективно и экономно исчерпать вещественность конструкционного материала, т.е. его физические, прочностные, структурные и др. свойства для этой полезной работы.

В конструктивной форме просматриваются два ее изначальных аспекта – геометрия и материал, находящиеся в неразрывном единении. Мнимая заданная геометричность некоего пространства обособляется материалом, предназначенным для работы.

В самом деле, любая конструкция прежде всего обладает пространственно-геометрической формальностью, нацеленной на ее функцию, что уже обеспечивает ей независимую совокупность качеств. Другую совокупность придает ей материально-предметная реализация геометрической формальности. Хотя обе эти совокупности находятся в неразрывном единстве, которое мы и наблюдаем в каждой конкретной конструкции, однако следует различать конструктивную форму и конструкцию. Конструктивная форма- это геометрия пространства для работы конкретного материала; конструкция- это материаленная геометрия пространства.

Общие понятия о свойствах строительных материалов

При выборе строительного материала и обосновании целесообразности применения в строительной конструкции учитывают его способность сопротивляться реальным нагрузкам без нарушения сплошности и размеров. Одни материалы хорошо сопротивляются сжимающим, другие — растягивающим усилиям, которые возникают под действием нагрузки или других силовых факторов. Аналогичная реакция материалов на воздействие сил, способных вызвать сдвиг, изгиб, раскалывание и т. п. Всегда материал должен надежно сопротивляться этим воздействующим силам. Одновременно необходим учитывать стойкость материала к воздействию ожидаемых физических (например, температуры и ее колебаний, в особенности при переходе через 0°С, водной среды )и химических (кислоты щелочи, солевые растворы и др.) факторов. Нередко одним из главных показателей качества служит способность материала к восприятию необходимой технологической обработки, например шлифования и полирования, распиливания или раскалывания на части, правильной формы и т. п.

Свойствами строительных материалов называют способность материалов определенным образом реагировать на воздействие отдельных или совокупных внешних или внутренних силовых, усадочных, тепловых и других факторов. Обычно выделяют четыре группы свойств: механические, физические, химические, технологические. Иногда отдельно выделяют еще физико-химические свойства. Фактические показатели этих свойств, выраженные в принятых числовых значениях, позволяют оценивать качество строительных материалов. Их определение производится с помощью лабораторных или полевых методов и приборов.

Если структура формируется в основном под влиянием химических связей, а ее устойчивость, по крайней мере на микроуровне, зависит от величины энергии связей, то свойства материалов являются функцией структуры и, следовательно, энергии. Установление характера зависимости между структурными элементами и показателями свойств материала относится к одной из наиболее важных задач материаловедения.

Механические свойства строительных материалов

Механические свойства отражают способность тел (материалов) сопротивляться силовым (от механических нагрузок), тепловым, усадочным или другим напряжениям без нарушения установившейся структуры. В свою очередь, под напряжением понимается мера интенсивности внутренних сил, возникающих под действием нагрузок, изменений температуры и других факторов или причин. Практически напряжение определяют как внутреннюю силу, отнесенную к единице площади, причем под внутренней силой подразумевают силу действия частиц, находящихся по одну сторону от площадки, на частицы, находящиеся по другую сторону от этой площадки. Механические свойства разделяются на деформационные и прочностные. Деформационные свойства характеризуют способность материала к изменению формы или размеров без отклонений в величине его массы. Деформация — изменение объема или формы твердого или пластичного тела без изменения массы. Главнейшие виды деформаций — растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб. Все они могут быть обратимыми и необратимыми, или остаточными. Обратимые полностью исчезают при прекращении действия на материал факторов, их вызвавших. Необратимые деформации, называемые, кроме того, пластическими, накапливаются в период действия этих факторов; после их снятия деформации сохраняются. Обратимые деформации, исчезающие мгновенно и полностью, называются упругими, а если в течение некоторого времени, то — эластическими. Деформации могут быть также сложными — упругопластическими или упруговязкопластическими, если достаточно четко выражены соответственно упругая и пластическая или упругая, эластическая и пластическая части.

На характер и величину деформации влияет не только величина нагрузки, но и скорость приложения нагрузки, а также температура материала. Как правило, с повышением скорости деформирования и понижением температуры материала деформации по своему характеру приближаются к упругопластическим, уменьшаясь по абсолютной величине. Пластические деформации, медленно нарастающие без увеличения напряжения, характеризуют текучесть материала. Пластическая деформация, медленно нарастающая в течение длительного времени под влиянием силовых факторов, не способных вызвать остаточную деформацию за обычные периоды наблюдений, называется деформацией ползучести, а процесс такого деформирования — ползучестью или крипом.

Деформационные свойства строительных материалов, как и других тел, обусловливаются периодом, или временем релаксации. Релаксацией называется процесс самопроизвольного падения внутренних напряжений в материале, связанных с молекулярным перемещением при условии, что начальная величина деформации остается неизменной, например зафиксированной жесткими связями.

Период релаксации – это важная характеристика строительных материалов: чем она меньше, тем более деформирующимся является материал.

К другому важному механическому свойству относится прочность, т. е. способность материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям, возникающим под влиянием механических, тепловых и других напряжений. Типичными прочностными характеристиками являются предел упругости, предел текучести и предел прочности при воздействии сжимающих, растягивающих или других видов усилий. Пределу упругости соответствует напряжение материала при максимальной величине упругой деформации; пределу текучести - постоянное напряжение при нарастании пластической деформации; пределу прочности - максимальное напряжение в момент разрушения материала. Эти характеристики прочности относятся к кратковременному действию приложенной нагрузки. При длительном воздействии нагрузки возрастает опасность для структуры материала и даже сравнительно малые напряжения могут вызвать ползучесть и заметное ухудшение структуры с потерей прочности. Материал может резко терять свою прочность после приложения к нему вибрационной нагрузки, что обусловлено усталостью — накоплением неотрелаксированных напряжений и необратимых микродефектов в структуре. Соответствующая прочность называется усталостной, определяется испытанием образцов материала.

В целом, три упомянутые характеристики прочности — условные по двум причинам. Во-первых, они не учитывают фактора времени, что с некоторым приближением можно допустить только в отношении хрупких материалов. Во-вторых, приборы, образцы, скорость приложения нагрузки на прессах и другие исходные данные методов испытания материала на прочность условны.

Дополнительными характеристиками механических свойств при оценке качества материалов могут служить твердость, истираемость и ударная вязкость. Твердость выражает способность материала сопротивляться проникновению в него более твердых тел. Например при сдавливании стального шарика или конуса, царапании резцом, сверлении, ударах молотка, пулевом выстреле и др. Эти условные испытания дают значения твердости либо только качественные, например, по следу царапания, либо также и количественные — по глубине или площади отпечатка с учетом приложенной нагрузки. Нередко от полученного значения твердости стремятся перейти к величине прочности, хотя устанавливаемые соотношения между твердостью и прочностью тем менее точные, чем пластичнее материал. Только у хрупких тел царапание можно более или менее надежно сравнивать с прочностью, так как-то и другое свойство обусловлено сцеплением между микрочастицами материала.

Ударная вязкость характеризует способность материала сопротивляться сосредоточенным ударным нагрузкам и определяется количеством работы, затрачиваемой на излом образца в фиксированном с помощью насечки месте. Работа, отнесенная к площади поперечника образца, характеризует единичную ударную работу на излом, называемую удельной ударной вязкостью. Она имеет практическое значение при оценке качества металлов, асбестоцементных изделий, например кровельных листов и плит.

Физические свойства строительных материалов

Строительные материалы обладают комплексом физических свойств.

К физическим относятся свойства, выражающие способность материалов реагировать на воздействия физических факторов— гравитационных, т. е. основанных на законе земного притяжения, тепловых, водной среды, акустических, электрических, излучения.

Средняя плотность характеризует массу единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами). Эта важная физическая характеристика определяется путем деления массы образца на его объем. Для точного измерения объема удобнее принимать образцы правильной геометрической формы, хотя имеются несложные приемы измерения объема образцов и неправильной формы.

Среднюю плотность рыхлых материалов, например, песка, щебня, гравия, называют насыпной плотностью. В ее величине отражается влияние не только пор в каждом зерне или куске, но и межзерновых пустот в рыхлонасыпанном объеме материала.

Истинная плотность — масса единицы объема однородного материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без учета пор, трещин или других полостей, присущих материалу в его обычном состоянии.

Пористость — степень заполнения объема материала порами. Если требуется выяснить, являются ли поры замкнутыми или сквозными, как распределены они в объеме материала по своим размерам, какое имеется реальное соотношение пор разных диаметров, тогда производят дополнительные исследования с применением специальных методов: ртутной пирометрии, сорбционного, капиллярного всасывания и др.

Величина пористости и размер пор в значительной мере влияют на прочность материала. При одном и том же веществе строительный материал тем слабее сопротивляется механическим силам, усилиям другого происхождения (тепловым, усадочным и т. п.), чем больше и крупнее поры в его объеме. Для некоторых разновидностей материалов существуют ярко выраженные пропорциональные зависимости: чем меньше средняя плотность (больше пористость), тем меньше прочность материала. От пористости зависят и другие качественные характеристики материала, например, способность, проводить теплоту и звук, поглощать воду.

От пор отличаются пустоты. Они значительно крупнее пор и всегда отчетливо видны, располагаясь между зернами насыпного материала. Поры обычно заполнены воздухом или водой, тогда как вода в пустотах не задерживается, особенно в широкополосных пустотах. При воздействии статических или циклических тепловых факторов материал характеризуется теплопроводностью, теплоемкостью, температуроустойчивостью, огнестойкостью и другими свойствами.

Теплопроводность — способность материала проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий под влиянием разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Теплоемкость характеризует способность материала аккумулировать теплоту при нагревании, причем с повышением теплоемкости больше может выделяться теплоты при охлаждении материала. Температура в комнате, например, может сохраняться устойчивой более длительный период при повышенной теплоемкости использованных материалов для пола, стен, перегородок и других частей помещения, поглощающих теплоту в период действия отопительной системы.

Огнестойкость характеризует способность строительных материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур в течение сравнительно короткого промежутка времени (пожара). В зависимости от степени огнестойкости строительные материалы разделяют на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию. При этом некоторые материалы почти не деформируются (кирпич, черепица), другие могут сильно деформироваться (сталь) или разрушаться, растрескиваться (природные камнь гранит), особенно при одновременном воздействии воды, применяемой при тушении пожаров. Трудносгораемые материалы под воздействием высоких температур тлеют и обугливаются, но при удалении огня процессы горения, тления или обугливания полностью прекращаются. Среди такого рода материалов находятся фибролит, гидроизол, асфальтовый бетон. Сгораемые материалы воспламеняются и горят или тлеют под воздействием огня или высокой температуры, причем горение или тление продолжается также после удаления источника огня. Среди них — древесина, войлок, битумы, смолы.

Температуростойкость или термостойкость — способность выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений, нередко с переходом от высоких положительных к низким отрицательным температурам. Это свойство материала зависит от степени его однородности и от способности каждого компонента к тепловым расширениям.

Водопоглощаемость — способность материала впитывать и удерживать воду. Процесс впитывания воды в поры называется водопоглощением и в лабораторных условиях проходит при нормальном атмосферном давлении. Образец постепенно погружают в воду и его полного водопоглощения достигают путем кипячения в воде, если температура 100°С не влияет на состав и структуру материала. Выдерживают образцы в воде в течение определенного срока или до постоянной массы.

Гигроскопичностью называется способность материала поглощать влагу из влажного воздуха или парогазовой смеси. Степень поглощения воды или паров, которые частично конденсируются в порах и капиллярах материала, зависит от относительной влажности и температуры воздуха, парциального давления смеси.

Влагоотдачей называют способность материала отдавать влагу в окружающую среду. Влага, находящаяся в тонких порах и капилляра, удерживается прочно, особенно адсорбционно-пленочная влага, что способствует ускоренному передвижению поглощаемой воды по сообщающимся порам в материале.

Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением.

Водостойкость - способность материала сохранять в той или иной мере свои прочностные свойства при увлажнении. Эти материалы можно применять в сырых местах без специальных мер по защите их от увлажнения. На стабильность структуры и свойств материала заметное влияние оказывает попеременное увлажнение и просыхание.

В жестких условиях находится тот материал, который увлажняется при резких температурных перепадах. Вода, поглощенная материалом, особенно порами в поверхностном слое, замерзает при переходе через нулевую температуру с расширением на 8,5%. Ритмично чередующаяся кристаллизация льда в порах с последующим оттаиванием приводит к дополнительным внутренним напряжениям. Могут возникнуть микро- и макротрещины со снижением прочности, с возможным разрушением структуры.

К физическим свойствам относятся также звукопоглощаемость, поглощаемость ядерных излучений и рентгеновских лучей, электропроводность, светопроницаемость и др.

Химические и технологические свойства строительных материалов

Для более полной оценки качества материалов изучают также химические свойства. Эта группа свойств выражает способность и степень активности материала к химическому взаимодействию с реагентами внешней среды и, кроме того, способность сохранять постоянным состав и структуру материала в условиях инертной окружающей среды. Большинство строительных материалов проявляют активность при взаимодействии с кислотами, щелочами, агрессивными газами и другими средами.

Нередко изучается биохимическая стойкость материала против воздействия грибов, прорастания растений, порчи насекомыми, жучками-точильщиками. О долговечности материала, выражаемой в единицах времени, судят или по ухудшению его качества, или по интенсивности изменения главных (ключевых) структурных элементов.

Группа технологических свойств выражает способность материала к восприятию определенных технологических операций, выполняемых с целью изменения его формы, размеров, характера поверхности, плотности и пр. Это качество материалов определяют в числовых или визуальных показателях по способности их к формуемости (жесткие, пластичные и литые смеси), раскалываемости, шлифуемости, полируемости, гвоздимости (способности удерживать гвозди и принимать их при силовых воздействиях), дробимости.

Определение качества строительных материалов по свойствам

Качество материала оценивают по совокупности показателей свойств, которые получены при испытаниях с помощью, как правило, стандартных методик. Существуют стандарты, в которых для большинства материалов установлены рекомендуемые или обязательные методы испытаний. Имеются также стандарты на качественные характеристики каждого материала, выпускаемого в массовых количествах. В государственных общесоюзных стандартах (ГОСТах) приводятся все основные сведения для качественной характеристики материала и нередко сообщается классификация его по одному или нескольким признакам.

Кроме государственных существуют стандарты отраслевые, разрабатываемые министерствами на материалы или сырье сравнительно ограниченного применения. Существуют также стандарты или технические условия (ТУ) на строительные материалы, выпускаемые отдельными предприятиями. Они обязательны только для данного предприятия (фирмы) при доставке продукции по договору.

Большинство строительных материалов, применяемых для несущих конструкций и работающих под влиянием статических или динамических нагрузок, маркируют в основном в зависимости от их прочностных показателей. При окончательном назначении материала для строительного объекта большую роль играет экономический показатель. При примерно одинаковом качестве стремятся выбирать материал самый дешевый и доступный по запасам в районе строительства, особенно если он местный. Однако материал принимается всегда с учетом еще и транспортных расходов, а также эксплуатационной стойкости (долговечности) его в конструкциях.

Взаимосвязь материалов, конструкций и формы

Свою вещественную форму архитектура обретает с помощью материалов — основы развития новых конструктивных структур. В условиях научно-технического прогресса роль материальной базы архитектуры неуклонно возрастает. В настоящее время, когда материальная палитра весьма представительна, здания и сооружения можно строить из многих взаимозаменяемых материалов. При этом условия жизни, в т.ч. работы, человека могут быть одинаковыми с эксплуатационно-технической точки зрения. Но, в зависимости от вида материала, восприятие среды, эстетики зданий и сооружений будет заметно иным.

Эстетические характеристики материалов для внутренней отделки зданий и сооружений, особенно отделки интерьеров, где человек находится длительное время, часто могут являться решающими при восприятии внутренней архитектурной среды. Выбор цвета, фактуры, рисунка поверхности отделочного материала должен быть непосредственно связан с функциональным назначением помещения, его размерами и композицией. Например, в малых помещениях размер элементов фактуры должен быть ограничен, иначе элементы фактуры и размеры интерьера будут немасштабны, и помещение может восприниматься еще меньшим, чем на самом деле. Материалы с крупными элементами фактуры,

рисунка рационально применять для отделки больших помещений. Гладкая фактура отделочного материала, отличающаяся сильным блеском, может искажать восприятие интерьера.

Качество осуществленных архитектурных, дизайнерских проектов, результатов работы реставраторов непосредственно связано с качеством используемых материалов. Качество представляет собой совокупность эксплуатационно-технических и эстетических характеристик. Понятие «комплексное, или интегральное, качество к указанной совокупности добавляет экономические характеристики».

Экономические показатели архитектурно-строительной, дизайнерской, реставрационной практики так же в большой мере связаны с применяемыми материалами. До 50 % и более совокупной стоимости современного здания, сооружения приходится на стоимость материалов, которую следует оценивать с учетом их будущей эксплуатации. При этом ценность материалов, лицевые поверхности которых воспринимаются в процессе эксплуатации, не должна связываться с их стоимостью.