25 февраля 2019

От Empire State Building до жилых домов: история использования алюминия в строительстве

Научно-популярноеУрбанизм
Что общего у старинных ювелирных украшений, макбуков, бабушкиной советской ложки, Empire State Building и современных жилых кварталов Balance в Москве? Во всех из них используется алюминий. Тонкость заключается в том, что за годы развития алюминиевой промышленности для каждой сферы применения были разработаны десятки уникальных сплавов, решающих самые сложные и необходимые для современной жизни эксплуатационные задачи.

История алюминия началась с создания ювелирных украшений и разнообразных дорогостоящих декоративных предметов. Из-за трудностей, связанных с выделением из соединений, он долго был очень дорогим металлом и до конца XIX века стоил дороже золота. Из первого алюминия изготавливались редкие и дорогие украшения, которые могла позволить себе только элита.
Ситуация изменилась с открытием электролитического способа производства алюминия в 1886 году: буквально за одно десятилетие была создана алюминиевая промышленность и некогда драгоценный металл перестал быть таковым. Алюминий стал применяться в самых разных сферах: уже в 1891 году был создан первый пассажирский катер «Le Migron» с корпусом из алюминия. По мере развития технологий производства алюминий «захватывал» новые отрасли. Впоследствии он дал многое авиастроению, космонавтике и другим сферам, но сегодня речь пойдет о строительстве.
Первое здание, построенное из алюминия
Своеобразным символом начала строительства из алюминия является 103-этажный Empire State Building в Нью-Йорке (США). Считается, что это первое здание, которое было построено с использованием алюминия в отделке. Здание было построено всего за 410 дней и долгое время считалось самым высоким в мире. Стройка началась в 1930 году, а уже в 1931 году Empire State Building был открыт для арендаторов и посетителей. Но на самом деле первопроходцем был не он.
Почти на четверть века раньше (в 1904–1906 годах) при строительстве Austrian Postal Savings Bank в Вене (Австрия) алюминий использовали для защиты металлических болтов, удерживающих мраморный фасад. По сей день алюминиевые элементы определяют внешний вид этого здания.
«Пальму первенства» у Empire State Building мы отобрали, но это не лишает его той важной роли, которую он сыграл в процессе распространения алюминия именно как строительного материала — в том числе для отделки, оформления зданий.
Алюминий использовался как в экстерьере, так и в интерьере небоскреба. Например, известная фреска в холле Empire State Building выполнена из алюминия (115 000 листов) в сочетании с золотом. Также из алюминия отлиты стеновые панели (между окнами разных этажей) и шпиль, который первоначально был установлен на здании для швартовки дирижаблей. Однако сложные воздушные потоки не позволили сделать из небоскреба швартовочную площадку, так что от этой идеи пришлось отказаться. Позже шпиль был заменен на передающую антенну. В целом при строительстве здания было использовано 730 тонн металла (алюминия и стали).
Empire State Building строился частными инвесторами, и выбор металла был не случаен. Алюминий прочный, легкий (при аналогичной прочности в 2–3 раза легче, чем сталь), устойчив к коррозии, не изменяет своих свойств в диапазоне температур, при котором эксплуатируется здание. На тот момент он был модным материалом, который символизировал новую промышленную и экономическую эпоху развития.
Впоследствии здание сделали еще более «алюминиевым». В ходе реконструкции в начале 90-х годов XX века стальные рамы чуть более чем 6,5 тыс. окон (а это примерно 30% площади здания) были заменены на алюминиевые. По приблизительным оценкам, это дало порядка 16% экономии электроэнергии.
Анодированная архитектура
Анодирование алюминия (анодное оксидирование) — это процесс, в результате которого на поверхности металла образуется оксидное покрытие, защищающее поверхность алюминия от окисления.
А еще анодирование алюминия придает изделиям дополнительные эстетические свойства и респектабельный внешний вид. Анодированный алюминий используют для отделки дорогих автомобилей и производства яхт, из него изготавливают корпуса современных смартфонов и ноутбуков, а также фасады зданий бизнес- и премиум-класса. Удовольствие не из дешевых, но оно того стоит.
«Главстрой» — один из трендсеттеров анодированной архитектуры на рынке недвижимости Москвы. Его проекты — прогрессивные жилые кварталы Balance на Рязанском проспекте и жилой квартал на Москве-реке «Береговой» — спроектированы с применением анодированного алюминия.
Для Москвы, в отличие, например, от Санкт-Петербурга, характерна разновысокая застройка. В ЖК Balance поддерживается этот архитектурный образ, среднеэтажная застройка сочетается с высотными башнями из анодированного алюминия. Концепцию дополняют парковые аллеи, фонтанные группы. Своего рода Москва в миниатюре.
Хорошее отражение солнечных лучей — еще одно полезное свойство алюминиевых фасадов, благодаря этому летом в квартирах не так жарко.
Концепция ЖК «Береговой» подчеркивает Москву-реку. По задумке архитекторов, выполненные из металла фасады домов, выходящих на набережную, будут блестеть в солнечную погоду, а вечером отражать на себе жизнь ночного города и транслировать это изображение реке.
Баланс алюминия и природных материалов
С чем сочетается алюминий в архитектуре и дизайне? Ответ, можно сказать, лежит на поверхности. Являясь частью природы, в дизайнерских решениях он прекрасно сочетается с деревом, камнем, горным хрусталем, другими металлами. В проектах Balance и «Береговой» анодированный алюминий используется в сочетании с клинкерным кирпичом. Матовый цвет металла, природные оттенки фасадного клинкера создают благородный и элегантный образ зданий.
Архитектурная концепция квартала Balance подразумевает использование двух совершенно разных материалов для создания ощущения двух городов, которые, как два слоя, наложены один на другой. Первый слой — это 8-10-11 этажные дома из клинкерного кирпича — основная застройка, которая формирует квартал, сомасштабный уже сложившемуся типу территории Рязанского проспекта. Среди них выстреливают стройные 30-этажные башни из анодированного алюминия, формирующие второй слой города — легкий, изящный, играющий роль якоря, доминанты района, совсем как Empire State Building в Нью-Йорке.
Сплавы и их применение
Как и с железом, легирование алюминия различными элементами позволяет добиться лучших характеристик. «Строительный» алюминий легируют магнием, марганцем, медью, хромом, кремнием. В общей сложности насчитываются сотни различных сплавов, часть которых отличается друг от друга лишь процентным содержанием вспомогательных компонентов, что позволяет адаптировать сплав для того или иного узкого применения. В частности, благодаря присутствию добавок многие строительные сплавы алюминия по прочности сравнимы с малоуглеродистой сталью.
Коррозионную устойчивость алюминия и его сплавов обеспечивает оксидная пленка, которая образуется естественным путем при контакте с кислородом. При повреждении она самостоятельно восстанавливается.
Сегодня в строительстве в нашей стране активнее всего используются сплавы серий 6000 (Al-Mg-Si) (АД31 — европейские аналоги 6060, 6063–6106, 6082) и 5000 (Al-Mg) (5083 и 5754), однако этим перечнем доступный ассортимент, естественно, не ограничивается.
Сплавы 6060, 6063 предназначены для производства профилей, в том числе сложных, с мелкими деталями. Они имеют средний класс коррозионной устойчивости и хорошо выглядят при анодировании.
Сплав 6082 по характеристикам похож на углеродистую сталь, из него производятся как профили, так и листы.
Сплавы 5083 и 5754 в большей степени предназначены для производства листов или бесшовных труб. При этом сплавы 5000 серии имеют самый высокий класс коррозионной устойчивости.
Определенно, алюминий — это не универсальное решение любой задачи. Улучшая одни характеристики, компоненты сплава зачастую ухудшают другие, так что выбор материала — это всегда задача поиска оптимального соотношения важных качеств.
К примеру, при высокой прочности, алюминий и его сплавы имеет сравнительно низкий модуль упругости, что определяет меньшую устойчивость к сжатию. Эти характеристики можно компенсировать за счет конструкции (тем более процесс экструзии алюминия позволяет формировать практически любой удобный профиль), но таким образом частично сокращается преимущество алюминиевой конструкции в весе (по сравнению со стальной) и повышается ее стоимость.
Тем не менее, при решении определенных задач использование алюминиевых сплавов зачастую оказывается экономически более оправданным, нежели применение стали.
В целом сплавы алюминия прочно обосновались в строительной отрасли. Каждый год объем алюминия, используемого именно в строительной отрасли, растет на 3%.
Надо отметить, что алюминий не теряет своих эстетических показателей более 100 лет. Подтверждение этому — небоскребы на Манхэттене, элементы которых сделаны из алюминия. Здания построены в начале XX века, но до сих пор привлекают своей красотой, при этом алюминий ничуть не изменил ни своей формы, ни цвета. При этом алюминий отлично поддается вторичной переработке. 95% алюминия, используемого в строительстве, уходит на переработку. И перерабатывать его можно до бесконечности — 75% когда-либо произведенного алюминия используется до сих пор, доля переработанного алюминия в строительстве — приблизительно от 50 до 85%.
Алюминий в основе конструкции
1930-е, когда строился Empire State Building, — период активного освоения алюминия строительной отраслью. Его использовали и при строительстве других высотных зданий — как в отделке, так и в каркасе. Алюминий позволяет сделать здания легче. А это очень важно для небоскребов, сокращает требования к фундаменту и технике, используемой при монтаже, и затраты на транспортировку отдельных элементов конструкции к строительной площадке. При большой высоте здания это существенно.
Использование алюминия в строительстве дополнительно дает свободу в выборе форм. Обладая современными технологиями расчета конструкций, можно проектировать такие профили и конструктивные элементы, которые обеспечивают минимальный вес всей конструкции при наибольшей прочности и конструкционной эффективности.
Отличный пример — олимпийские объекты, которые строились к Сочи-2014, в частности, стадион Фишт. Его купол выполнен из алюминия и стекла.
Еще один пример — офис The Co-operative Group (Великобритания).
Алюминий для рам и фасадов
Сегодня не редкость и полностью алюминиевые дома. Различные сплавы применяются для покрытия крыш, рам для окон и дверей, стеновых панелей, пластин для отделки потолка (как на станции метро Авиамоторная в Москве). Для энтузиастов это способ реализовать разные интересные дизайнерские зарисовки. Хороший пример — кубическое здание семиметровой высоты, возведенное архитекторами префектуры Сага в Японии.
Алюминиевая архитектура доступна и в массовом частном и коммерческом строительстве. Промышленно выпускаются алюминиевые композитные панели для отделки фасадов и внутренних интерьеров (не подходят такие панели только для «особых» объектов — автозаправок, нефтехранилищ и т.п.). Их стоимость — на уровне облицовочного кирпича или натурального камня.
Архитекторы очень любят совмещать алюминий со стеклом, воплощая идеи об эффективном использовании дневного света (алюминиевые рамы оказываются экономически оправданнее при большой площади остекления). В России эти возможности используется в основном при проектировании офисных зданий, но встречаются и жилые постройки, где используется, например, алюминиевый профиль с термо- и звукоизолирующей вставкой из полиамидного стекловолокна, для рам. В частности, в проекте Balance благодаря использованию стеклопакетов в таком профиле получилось применить витражное остекление, увеличивающее естественное освещение квартиры. Это вполне в духе общей тенденции в направлении энергоэффективности жилья.
Как было отмечено выше, в этом ЖК алюминий активно используется и на навесных фасадах. Анодированные с лицевой стороны плиты воплотят задумку архитектора — изящные башни-доминанты на фоне застройки средней этажности.
Кстати, алюминий планируется использовать и при прокладке инженерных сетей. В соответствии с новым ГОСТом в жилых зданиях будет использоваться более выгодная с экономической точки зрения проводка из алюминиевого сплава.
Хотя активному использованию алюминия в строительстве уже более 100 лет, он не потерял своей актуальности. Создание новых материалов лишь выводит использование этого материала на новый уровень, как в примере с теплыми и легкими окнами из сочетания алюминия и углепластика.
ЖК Balance — отличный пример того, как эволюционирует строительная отрасль. От классических решений, проверенных веками, мы движемся к более современным и эффективным — комфортным решениям, продуманной городской среде и энергоэффективности.
Теги:строительствоматериалыурбанизмгород
Хабы: Научно-популярное Урбанизм
+30
13,7k 29
Комментарии 14