История появления и применение металлов в строительстве

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по истории строительных материалов на тему:

«История появления и применение металлов в строительстве»

 

 

 

 

 

Выполнил:

Кашеваров Кирилл Александрович

Студент ПГТУ

Группа: ПСК – 10 – 1

 

 

 

 

 

 

г. Пермь 2010

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………..3

 

История металлостроения………………………………………..4

 

Главный металл современности…………………………………6

 

Стальной декор…………………………………………………...9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Изделия из металлов всегда играли огромную роль в жизни человечества: в череде эпох сменялись век медный, бронзовый и железный. Значение металлов для современной цивилизации сложно переоценить. Поэтому неудивительно, что и в строительстве они оказываются одним из главных материалов, а современные архитекторы любят использовать металлы для придания зданиям уникального облика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСТОРИЯ   МЕТАЛЛОСТРОЕНИЯ

 

 

Давным-давно, когда здания возводились преимущественно из камня, кирпича или дерева, металлы не имели большого значения в строительстве. Точнее, их ассортимент и количество были невелики. Дверные петли и замки, гвозди и скобы, крепившие деревянные детали, решетки, кровля и трубы много веков изготавливались из металлов. Впрочем, и без них прекрасно обходились: до сих пор деревянные церкви и жилые дома Русского Севера, построенные без единого гвоздя, привлекают туристов и восхищают продуманностью конструкции.

 

Свинец, олово, цинк, медь, никель и железо применялись как в относительно чистом виде, так и в составе сплавов. История металлов в строительстве — это преимущественно история кровли и гвоздя. Это закономерно, ведь при относительно малом весе и удобстве укладки металл обеспечивал не только надежную защиту от осадков, но и долговечную — достаточно посмотреть на петербургские крыши.

 

На зданиях, построенных до середины XX века, почти нет неметаллических покрытий: раньше использовали медь, теперь — оцинкованную сталь. Позолота куполов и шпилей архитектурных доминант нашего города делает их яркими и солнечными, внося нотку оптимизма в обычно пасмурные питерские дни. Другая область применения металла — крепления, которые прочные и удобные в использовании.

 

Свинец широко применялся до конца XIX века, пока не была установлена его токсичность. Для кровель с некрутым скатом, для громоотводов, желобов, и даже для изготовления водопроводных труб. Из него делали небольшие скульптуры и садовый орнамент. Для оконных переплетов и витражей, помимо свинца, использовали олово (сейчас оно используется в виде сплавов или как тонкое покрытие стали). Архитектурные бронзы, как правило, состоят примерно на 90% из меди и на 10% из олова, хотя содержание может варьировать в широких пределах. Луженое (то есть покрытое тонким слоем олова) листовое железо было популярным кровельным материалом, но сегодня оно почти не встречается из-за дороговизны.

 

Цинковые листы применялись для кровельных работ в Бельгии, Франции, Германии и США, где заменяли более дорогие медь и свинец. На смену чистому цинку пришло изобретенное в 1837 году оцинкованное железо, которое широко используется и поныне. Листы оцинковки с штампованным рисунком были очень популярны в викторианскую эпоху. В Германии цинк использовался для отливки скульптур и архитектурных элементов, что обходилось дешевле, чем резьба по камню. Сейчас цинк преимущественно применяется в виде сплавов с медью, никелем и серебром, при покрытии стали и для изготовления красок.

 

Впрочем, разнообразные антикоррозионные покрытия для металлов — отнюдь не изобретение последних лет. Японцы на протяжении веков покрывали оружие и доспехи самураев лаком уруси, который получали из сока лакового дерева. Нанесенный при 200 градусах лак проникал в микротрещины и полимеризовался, надежно защищая металл от негативного воздействия сырого островного климата.

 

Медь — и по сей день один из самых распространенных металлов для изготовления кровли и труб. Применяются и медные сплавы: бронза (с оловом) и латунь (с цинком). Устойчивость к коррозии обусловлена образованием зеленой патины — тонкой пленки, возникающей на поверхности изделий из меди, бронзы и латуни в результате коррозии металла под воздействием естественной среды. Собственно, именно благодаря этой благородной ржавчине медь так популярна. Кровельная листовая медь легче, чем деревянная дранка, а тем более сланец, черепица или свинец. Листы гибкие, поэтому можно легко формировать водонепроницаемые швы, обходить трубы, слуховые окна и делать криволинейные элементы крыш. Стоимость меди была высока всегда, но ее «вечность» компенсирует начальные затраты. Все гвозди, шурупы, болты и зажимы, используемые с листовой медью, должны быть изготовлены из меди или медных сплавов, в противном случае из-за гальванических эффектов в местах соприкосновения металл будет быстрее изнашиваться. Медь также широко применяется для декоративных целей, в том числе для создания архитектурных украшений и скульптуры.

 

Никель используется для покрытия архитектурных деталей, но чаще входит в состав сплавов — с серебром, медью и нержавеющей стали. Сплав, содержащий 75% меди, 20% никеля и 5% серебра, был особенно популярен в эпоху ар деко: в зависимости от соотношения компонентов получаются разные оттенки — серебристо-белый, желтый, бледно-голубой, зеленый и розовый. Архитекторы предпочитали его за это разнообразие цветов, которые не менялись с течением времени, и устойчивость к коррозии. В то же время был популярен медно-никелевый сплав, по цвету напоминавший платину и используемый для кровли — возможность сварки или пропаивания листов позволяла создавать сплошное водонепроницаемое покрытие. После Второй мировой войны этот сплав заменили более дешевые нержавеющая сталь и алюминий.

 

 

 

            ГЛАВНЫЙ  МЕТАЛЛ

              СОВРЕМЕННОСТИ

 

 

Железо — еще один ценный для архитектуры материал: ковка чугуна и стали совершили переворот в строительстве. До середины XIX века железо в постройках использовалось мало, в виде кованых скоб, гвоздей или для декоративных решеток, заборов и ворот. Ковку и сегодня ценят за эксклюзивность, ведь невозможно изготовить два одинаковых предмета.

 

Чугун в XIX веке стал одним из главных строительных материалов. Из него часто изготавливали структурные элементы (колонны, фасады, купола) и декор зданий (от оконных переплетов и решеток до отделки лифтов). И сегодня он используется для сантехники и труб. Этот сплав довольно хрупок, поэтому с началом массового производства стали его применение значительно сократилось. В 1850-е годы с изобретением прокатных станов стало возможным производство длинных изделий из черных металлов — двутавровые балки, профиль которых напоминает букву «Н», стали новым словом в строительстве. Если раньше межэтажные перекрытия были кирпичными (в виде сводов) или деревянными, то с появлением проката дерево стали класть на стальные двутавровые балки, что повысило прочность и долговечность конструкции. В конце XIX века им на смену пришел еще более надежный железобетон — стальную проволоку поместили в качестве арматуры в бетон.

 

Сталь и чугун служили основой масштабных металлических построек — небоскребов, мостов и башен. Наверное, самое известное стальное сооружение в мире — это Эйфелева башня в Париже, возведенная для всемирной выставки в 1889 году, а в России — Шуховская радиобашня на Шаболовке. Из чугуна строились первые высотные здания, причем из него отливался не только «скелет», а даже фасады. Знаменитый чугунный шедевр — лондонский Хрустальный дворец — до наших дней не дожил, разрушился при пожаре. Железо и сталь хотя и негорючие материалы, но утрачивают прочность под воздействием высоких температур. Поэтому стальные конструкции защищают от огня покрытием из плитки, штукатурки или бетона. Считается, что обрушение башен-близнецов в Нью-Йорке произошло из-за того, что не была создана приемлемая теплоизоляция несущих конструкций: пока здания строились, асбест, который должен был служить изоляцией для опор, запретили к использованию.

 

Впрочем, средоточием архитектурных новаций остается Чикаго. Думается, неслучайно знаменитый Людвиг Мис ван дер Роэ, эмигрировав из Германии, осел в этом городе. Именно здесь в середине XX века были воплощены в металле и стекле первые и самые знаменитые его проекты, положившие начало интернациональному стилю. Это параллелепипеды, в которых фасадные проемы металлического каркаса были заполнены стеклом. Причем подобного принципа архитектор придерживался и при создании небоскребов и малоэтажных построек. В одноэтажных зданиях (архитектурном факультете Иллинойского технологического института или частном загородном доме Эдит Фарнсворт) из металла был сделан внешний каркас, что обеспечило небывалую свободу в организации внутреннего пространства. В высотках, разумеется, без внутреннего несущего каркаса было не обойтись, но выверенные пропорции и тщательный подбор материалов и цветовой гаммы сделали их непревзойденными шедеврами стиля. Эти постройки из стекла и металла стали основоположниками последующей «коробочной» офисной архитектуры.

 

В Петербурге здание, возведенное на основе металлического каркаса, появилось немногим позже, чем в США. Это знаменитый дом компании «Зингер» на Невском проспекте, сегодня больше известный как Дом книги, построенный по проекту графа Павла Юльевича Сюзора в 1904 году. Попытка переноса на отечественную почву конструктивных особенностей и архитектуры американских небоскребов была успешной. И в самом деле, если приглядеться к Дому книги, то, несмотря на обильную приправу модерновым декором, в пропорциях и ширине оконных проемов можно угадать черты американских башен рубежа веков.

 

Для декора сегодня используются главным образом два вида стали. Прежде всего, нержавеющая хромово-никелевая сталь (хрома — около 18%, никеля — 8–12%), разработанная в период с 1903 по 1912 год. Главное ее достоинство — неподверженность коррозии. Из-за высокой цены она используется там, где требуются антикоррозийные свойства, а также в отделке буквально всего — от зданий до холодильников. Впервые хромо-никелевая сталь нашла масштабное применение в архитектуре при создании декора Крайслер-билдинга в Нью-Йорке.

 

Сорта стали, содержащие 15–25% меди, отличаются повышенной устойчивостью к атмосферной коррозии за счет образования стойких оксидных покрытий. Благодаря темно-коричневому цвету и равномерной текстуре поверхности эти медесодержащие стали, известные под названием Cor-ten, широко используются в архитектуре. Впервые их задействовал Ээро Сааринен при постройке в 1964 году офиса фирмы Дир энд компани, производящей рельсы и другие конструктивные элементы. Здание получилось очень символичным: всем своим видом оно говорит о том, что в нем обосновалась компания, имеющая отношение к металлургии.

 

Алюминий до начала XX века из-за высокой стоимости почти не находил применения в архитектуре. Ситуация изменилась к 1920-м годам, когда с наступлением эпохи стиля ар деко из этого металла стали массово изготавливать декоративные элементы построек. В конструкции здания алюминий впервые появился при строительстве Эмпайр-стейт-билдинг в Нью-Йорке в 1931 году, вся башня которого и большая часть окон и декора сделаны из алюминия. Сегодня этот металл часто применяется в строительстве, правда не в качестве основных несущих элементов. Для отделки зданий широко используются износостойкие композитные панели алюкобонд, в которых между алюминиевыми пластинами запрессован полимерный лист.

 

 

 

            СТАЛЬНОЙ ДЕКОР

 

 

Металл в отделке зданий любят многие современные архитекторы. Кроме традиционных скульптур и элементов декора стала популярной металлическая облицовка. Некоторые из таких проектов знамениты на весь мир, другие больше известны историкам архитектуры. Одна из первых построек, обшитых металлом, — кинотеатр «Ля Жеод» в Париже, открытый в 1985 году. Это зеркальная сфера диаметром 36 м, покрытая полированной нержавейкой. Авторы проекта — архитектор Адриан Фансильбер и инженер Жерар Шамаю.

 

Знаменитый музей Гуггенхайма в Бильбао по задумке Фрэнка Гери обшит листами титана. Другая его постройка — концертный зал Уолта Диснея в Лос-Анджелесе — покрыта нержавеющей сталью. С этим зданием произошел казус. Размещенные на криволинейных поверхностях полированные панели превратились в своего рода параболические зеркала, и отраженные солнечные лучи вызвали перегрев окрестных домов и тротуаров — температура их снаружи достигала 60 градусов. Впоследствии самые блестящие части сделали матовыми, и проблема была решена. В сложных проектах невозможно пре-

 

дусмотреть все, и нередко с последствиями приходится бороться уже после постройки.

 

Жак Херцог и Поль де Мерон тоже склонны украшать свои проекты металлом. Правда, в отличие от Гери, ржавеющим. На здании музея де Янга в Сан-Франциско смонтирован навесной фасад из медных панелей с рисунком, созданным из круглых насечек и перфораций. Верхние этажи недавно открывшегося Кайкса-форума в Мадриде и вовсе сделаны из цельных и перфорированных стальных плит — судя по всему, это Cor-ten. Выглядят эти конструкции на редкость эффектно.

 

Прекрасный пример использования металлического декора — это Киасма, музей современного искусства в центре Хельсинки постройки Стивена Холла. Бетонное здание отделано прозрачными и белыми панелями из стекла и тремя разными металлами. Прихотливо изогнутая кровля изготовлена из сплава цинка с небольшим добавлением меди и титана и состарена так, что с самого начала казалось, будто она служит уже несколько лет. В дальнейшем металл лишь немного потемнел, то есть вид его почти не изменился. Неостекленная часть фасада обшита блестящими алюминиевыми панелями, обработанными пескоструйной машиной. Торцевые участки покрыты словно бархатистыми плитами красновато-коричневого цвета — это специально обработанная и текстурированная латунь, прошедшая обработку высокотемпературную и кислотную обработку.