Пластмассы в архитектуре

                                                   

 

                                               Реферат на тему:

 

 

         «Пластмассы  в архитектуре»

 

 

           

Выполнил

студент   группы А - 31

Гринчик К. Г.

 

 

 

                                                                        Брест 2012 г.

Пластмассы в архитектуре  и дизайне.

 

Пластмасса наиболее молодое  и амбициозное поколение строительных и отделочных материалов, вытесняющее из функционально сложившихся ниш занимающие их природные материалы. Единственное, на что не претендуют пластмассы, это массивность и вес естественного камня и бетона, ибо требования, предъявляемые к ним, ориентированы на легкость, прочность и изгнание балластной материи. Подавляющее большинство полимерных материалов производится в листах, рулонах или штампованных (литых) тонкостенных изделиях объемной формы.

Круг использования пластмасс  в архитектуре и дизайне практически  безграничен, как и перечень их свойств. Они применяются как конструкционный  материал для остова и ограждения с полным набором защитных свойств, при изготовлении элементов оборудования здания, инженерных систем, декоративных изделий и мебели, имеющих заданные технические и эстетические качества.

В силу органического происхождения  пластмассы имеют и ряд недостатков: они горят с выделением токсичных  газов, деформируются при высоких  температурах, разрушаются со временем под действием солнечного ультрафиолета  и мороза, могут длительное время  выделять вредные для человека запахи.

Для решения многообразных  задач архитектурной организации  среды обитания предназначаются  светопрозрачные листовые полимерные материалы, непрозрачные и окрашенные полимеры в виде литых, прессованных, формованных экструзионным методом изделий, изоляционные материалы — вспененные, волокнистые массы, пленки, жидкие твердеющие смолы и мастики (к ним, кстати, относится и природный полимер — битум), а также композитные материалы, объединяющие свойства полимеров, дерева, металла, тканей, картона.

К светопрозрачным полимерам относятся, в частности, полистирол, полиакрил (оргстекло) в виде листов различной толщины, а также поликарбонат рельефного или коробчатого тонкостенного сечения, которые применяются для заполнения светопроемов временных сооружений и прозрачных ограждений в защищенных от прямого солнечного света интерьерах, а поликарбонат — для светопропускающих покрытий, безопасных в случае их разрушения (рис. 11.6.21).

Из непрозрачных полимеров  производят строительные и отделочные материалы в виде листов или линейных профилей. Для повышения прочности  листы могут армироваться стекловолокном (стеклопластик), оформляться рельефом или декорироваться бумагой с  рисунком, впрессованной в пластик. Эти материалы используются для  облицовки стен и в качестве покрытий. Для отделки потолков применяют  плиты Полиформ из вспененного полистирола размером 500 х 500 мм. Из поливинилхлорида производят плиты Превинил для покрытия полов средней сопротивляемости истиранию, но устойчивых к воздействию агрессивных реагентов.

 Линейные изделия —  накладки для соединительных  швов, уголки, плинтусы, трубы, коробчатые  профили для рам стеклопакетов  и др. — производятся по экструзионной технологии. Их использование во многом решает проблемы качества исполнительских работ.

Вспененные и волокнистые  полимеры представляют наиболее эффективные  тепло- и звукоизолирующие материалы. Они имеют различную степень  жесткости и большой диапазон размерных параметров по толщине  и площади.

Комбинация из тонкого (2—5 мм) слоя поролона с металлизированной  пленкой, отражающей лучистое тепло, эффективно сочетает свойства материалов и имеет  высокие теплозащитные свойства.

Поливинилхлоридные и  полиэтиленовые пленки служат для изготовления мягких рулонных или плиточных покрытий с использованием тканевой или войлочной  подосновы. Причем в одних случаях  лицевой, рабочей поверхностью может  быть ворсовый, ковровый слой (ворсолин, ворсонит, тафтинг), в других — пластик (различные виды полимерных линолеумов). Виниловые пленки используют в натяжных потолках (см. рис. 11.2.18).

Для производства напольных  покрытий применяют латексы, полиуретан, резину(релин).

Тонкая полиэтиленовая пленка (иногда армированная сеткой) используется как гидроизоляционный подкровельный материал, для сезонных укрытий теплиц и оранжерей. Пропиткой природным битумом бумаги, бумажного и асбестового картона, стекловолокна получают различные виды гидроизолирующих кровельных материалов: рубероид, толь, стеклорубероид, гидроизол. Более долговечны гидроизоляционные материалы из резинобитумных смесей. Список этот можно продолжить.

Жидкие и пастообразные  полимеры используются как герметизирующие  мастики, лаки для защиты от коррозии и механических повреждений металла, древесины и других материалов, в  производстве красок: полимерцементных, поливи-нилацетатных, акриловых и эмалевых. Для окраски интерьеров предпочтительны поливинилацетатные краски, которые при высыхании не выделяют токсичных запахов, что свойственно, например, длительному процессу высыхания масляных красок.

Пластичность полимеров, агрегатная сочетаемость с другими  материалами открывают широкие  возможности достижения художественной выразительности изделий с их применением. В частности, очень  достоверна имитация скального пейзажа  в композиции уголка фитодизайна с дополнениями из растений и бегущей воды.

 

Никакой иной материал не находит  такого разнообразного поля деятельности, как полимер. Благодаря таким  важным свойствам, как небольшая  стоимость, высокая стойкость к  повреждениям, звукоизоляционные свойства и многим иным свойствам, пластик  все чаще задействуют в разных типах промышленности. Полимеры используются не только в производстве предметов  массового потребления, они получили широчайшее применение в строительстве. Изделия из пластмассы заслуживают  всяческого уважения. В архитектуре  не осталось такой отрасли, где бы ни использовали пластики. Естественно, ведь отношение прочности пластиков  к весу помогает узнать главную характеристику для полимерных материалов – коэффициент  конструктивного качества. Если для  кирпича, стандартного и распространенного  основания, подобный показатель равен 0,02, для обычного бетона - 0,06, специальной  стали – 0,5, то для слоистых полимеров  этот коэффициент равен 2,5. Аналогичных таким характеристикам нет. А низкая термопроводность и хорошая стойкость к химическому воздействию среды сделали пластмассовые изделия лучшими при проектировании подземных сетей, зданий химической промышленности, для изоляции контейнеров с опасными средами. Пластики применяются для изоляции стыков в различных конструкциях. Разные пластиковые предметы из полиметилметакрилата, из жесткого поливинилхлорида, из фаолита, из эфирных стеклокомпозитов  – долговечные и эстетичные замены металлической черепицы и прочих материалов, применяемых в производствах до последнего момента.Легкость обработки и производства значительно снижают себестоимость строительных материалов из пластика. Простота придания им разнообразных цветов – второй бонус, который трудно недооценить; кому не нужны пластиковые окна любых оттенков – от белого до оттенка естественного гранита, которые не надо через год обновлять? Такие видимые издалека положительные качества пластиков хорошие, но не последние. Пластики применяются в производстве везде, где их совершенно не видно.Взгляните, красивая и эстетичная напольная плитка. Вроде бы, точно нет пластика. Технологическая цепочка такова: тротуарная плитка – пластиковая форма. Слепки делаются из высококачественного ПВХ низкого давления. Он гибкий и прочный, хорошо выдерживает агрессивную среду и многочисленные рабочие циклы.

Многообразие видов тротуарной плитки довольно велико: тут и спил дерева, и натуральный камень, и  наплывы из песка! Опций для разнообразных  изысков – более, чем достаточно!Хороший блок бетона нельзя получить без полимеров. Железобетонные элементы – хороший, качественный строй-материал. Прочность бетона обеспечивает стальной каркас. В случае появления микротрещин, влага проникнет к внутренней сетке, и ржавчину, в этом варианте, уже не остановить! Крепкий монолит становится невероятно уязвимым. Арматура продолжает ржаветь, коррозия в малые сроки уничтожает рабочую структуру. Поэтому разнообразные СНиПы четко указывают допустимое расстояние между сталью и кромкой бетона.Чтобы надежно закрепить арматурные прутья и гарантировать необходимую величину защитного блока, бетонщики постоянно применяли деревянные элементы, разные подручные материалы или просто бытовой мусор, найденный рядом. Понятно, ни о каком качестве строительных работ в этом виде и думать не приходится, в 60 процентах ГОСТы игнорируются. Импровизированные средства, подобранные на строительной площадке, гарантировать качество, разумеется, не способны. Нынешние требования кардинально поменяли способы строительства. Здесь на помощь внедряют специальные детали из поливинилхлорида.Такие детали позволяют строго зафиксировать арматуру или верно выдержать толщину бетонного слоя. Утилитарность, практика применения пластмассовых формовых деталей с разными видами арматуры означает гарантию соответствия всем нормам. Этот подход обеспечивает надежность постройки.Есть еще один аспект рассмотрения вопросов экономической эффективности применения пластмасс в архитектуре. Это взаимосвязь долговечности полимерных материалов и надежности зданий с решением проблем их физического и морального старения.Если (как об этом свидетельствуют некоторые материалы ЦНИИЭП жилища) срок морального износа современного жилого дома равен 25—30 годам, а физическая долговечность крупносбор-ного железобетонного дома более ста лет, то значительно менее долговечные полимерные материалы более чем железобетон соответствуют рациональному решению проблемы современного обновления жилого фонда.

 

          Отдельно хотел бы обратить  внимание на развитие сторотельства различных зданий из полимеров. Купольная форма в отличие от сводчатой уравновешивает внешнюю нагрузку во всех направлениях. Кроме того, нагрузка,  воспринимаемая куполом, создает в нем нормальные мембранные напряжения с влиянием изгиба на относительно небольших участках поверхности. В современной практике чаще всего применяются купола, срединная поверхность которых описывается уравнением шара, эллипсоида вращения или кругового конуса (конические купола проще в изготовлении, но менее экономичны, чем сферические).

В куполах вращения, нагруженных  распределенными нагрузками, по мериодиональным направлениям возникают только сжимающие напряжения.

Сборно-разборный свод из ромбовидных элементов. Италия, Р. Пиано, 1966 г.

По направлению параллелей в верхних  участках возникают кольцевые сжимающие, а в нижних — кольцевые растягивающие  напряжения, которые деформируют  купол и вызывают напряжения изгиба. Гладкая монолитная форма купола, оптимальная для железобетона, не подходит для пластмасс ввиду их малой жесткости.

              Однако при соответствующем конструировании  купола-оболочки с применением  пластмасс могут достичь значительных  размеров. Например, территории Ганноверской  выставки над одним из павильонов  был возведен купол диаметром  45 м. Это крупнейший в мире  трехслойный купол, выполненный  с применением пластмасс. Купол  смонтирован из 40 сегментных элементов  одинарной кривизны. Для удобства  изготовления и транспортирования  каждый сегмент разделен на  три элемента.Трехслойная конструкция купола образована стальными обшивками толщиной 1 мм (у краев 2 мм) и пенополиуретановым утеплителем толщиной 150 мм, вспененным в полости. Обрамление элементов деревянное. Стыкование элементов производится нахлестом выпусков обшивок и заклепыванием впотай. После монтажа стыковые полости заполнялись пенополиуретаном, чем обеспечивалась монолитность купола.

         Сводчатая  конструкция производственного  здания из пластмассовых седловидных  элементов. США, М. Вильям и  Р. Орр, 1960 г.

            Возведением купола подтверждена  практическая возможность многократного  уменьшения массы большепролетных  пространственных покрытий путем  применения трехслойных конструкций  с пенопластовым средним слоем.Из однослойных пластмассовых элементов возводятся купола-оболочки небольших диаметров. Пластичность материала позволяет формовать сборные элементы любой кривизны, чем достигаются оптимальные условия монтажа. Соединяться сборные однослойные элементы могут на клею, как, например, при устройстве акрилатовых зенитных фонарей, на специальных зажимах, либо на болтах или заклепках. В последнее время получают распространение однослойные купола из пенопластов. Конструкции такого рода используются, кроме прочего, и для организации временных жилищ. По проекту, разработанному в ФРГ, в Турции налажено производство пенопластовых куполов диаметром 5 м, высотой 3 м.

 

              Каждое жилище рассчитано на  проживание 8—10 чел. Освещение обеспечивается  через дверной проем и светоаэрационный  фонарь в вершине купола.Дома изготавливают на месте при помощи легко транспортируемой установки, которая осуществляет набрызг смеси полиуре-тановой смолы с другими компонентами на непрерывно вращающуюся пневматическую установку. Вспенивание и отверждение смеси происходит на поверхности оболочки. Для изготовления купола требуется всего 1 ч. Общая масса установки (включая источник питания и пневмонасосы) составляет 2,5 т, что позволяет перевозить ее на одном грузовом автомобиле. Длительная эксплуатация возведенных куполов показала, что они обеспечивают хорошую защиту от атмосферных воздействий и обладают достаточной долговечностью.Несколько иную технологию изготовления пластмассовых куполов применили выпускники Калифорнийского университета при строительстве стальных корпусов в Дэвисе. Каждый из 14 куполов был изготовлен набрызгом полимерной смеси во вращающейся форме и затем извлечен оттуда краном. Смесь состояла из 25% битого стекла, 70% полимерный смолы марки «Нетрон» и 5% огне-защитного порошка. После установки купола покрывали изнутри пятисантиметровым слоем пенопласта, на который после его отверждения наносился трехмиллиметровый слой цементного раствора. При правильном конструировании и изготовлении пенопластовые купольные оболочки могут достигать значительных размеров. Например, в Японии спроектировали пенопластовый купол диаметром 12 м. Купол запроектирован как жилой дом с гибкой планировкой.

       Жилой  пенопластовый купол  диаметром 12 м. Япония, 1972 г. Общий вид, план

 

            Специфичность пенопласта как  однородного, пластичного конструкционного  материала в какой-то мере подчеркнута  свободной вырезкой проемов в  оболочке — для веранды и  дверей. Однако следует отметить, что монолитные пенопластовые  купола не обладают какой-либо  зрительно воспринимаемой качественной  специфичностью по сравнению  с железобетонными: фактура пенопласта  напоминает фактуру оштукатуренного  железобетона, а его толщина может  даже превосходить толщину железобетона  в аналогичных куполах.И тем не менее в проектно-строительной практике за рубежом отмечаются попытки найти какие-то новые формы для пенопластовых куполов.

              Интересен с этой точки зрения «Биодом» — купольное сооружение, построенное по проекту западногерманского архитектора Р. Дёрнаха. Основная идея сооружения—дать образ жилища, по композиции и методам возведения отвечающий естественным, природным закономерностям. Действительно, нарочитая «брутальность» общей формы, отсутствие строгой геометрической закономерности . в ее построении, грубая кладка из необработанных брусков пористого пенопласта — все это контрастно противостоит принципам современной архитектуры из легких индустриальных материалов. Интересно отметить, что кладка из пенополистирольных брусков, примененная при возведении «Биодома», — это не что иное, как упрощенная реплика индустриально отработанной технологии изготовления куполов из тех же пенопластовых брусков, но изгибаемых специальной машиной по необходимому радиусу. Соединяются бруски между собой сваркой.Поиски новых типов пластмассовых куполов идут и по другому пути — по пути трансформации оболочек вращения в иные формы, позволяющие использовать не круглое, а многогранное или овальное основание.Параллельно с куполами, имеющими гладкую поверхность, интенсивно развиваются различные виды пластмассовых куполов с каркасно-ребристой структурой поверхности. Наиболее характерны здесь геодезические купола, позволяющие из тонкостенных листовых панелей собирать оболочки значительных размеров. Много таких куполов появилось в начале 60-х годов в Англии, США и Канаде, где они, в основном, использовались для укрытия радарных установок.

 

 

          Диаметры таких куполов-сфер весьма  значительны—18, 25 и даже 43 м. Некоторые  зарубежные специалисты считают  практически возможным создание  сферических куполов из трехслойных  панелей диаметром до 150 м. Каркас  геодезического купола может  создаваться ребрами или отгибами  панелей, а в некоторых случаях  и самостоятельно, чаще всего  выполненной из алюминия стержневой  опорной структурой. Подобный принцип  использован в здании общественного  центра международного лагеря  «Волга». Здесь структура из  алюминиевых трубок как бы  поддерживает пластмассовую оболочку  на весу. Это интересный тектонический  прием, дающий четкое представление  о статике покрытия и функционально  различной роли двух его составляющих  — несущего каркаса и ограждения. Поддерживающий купольный каркас  может иметь не только геодезическую  структуру. Проекты и постройки,  осуществленные в последние годы, демонстрируют различные виды  такого каркаса. В одном случае  — это  меридионально-кольцевая  структура, эстетическая невыразительность  которой частично преодолевается  пластичностью формы акрилатовых заполняющих панелей. В другом — каркас решен в виде пересекающихся дуг и тем самым подчеркивает сферичность купола. Акрилатовое «остекление» в этом случае играет уже пассивную роль простого заполнителя. В третьем — ребра панелей создают наружный каркас в виде сетки с ромбовидными ячейками. Волнистая поверхность куполов, так же как и сводов, может освободить от необходимости применять структурный каркас и тем самым значительно облегчить и саму оболочку, ее изготовление и монтаж. Поэтому уже давно ведется поиск рациональных, учитывающих специфику пластмасс волнистых куполов. Одним из первых обратился к этой проблеме западногерманский архитектор Д. Зернинг.  С середины 60-х годов он разрабатывает различные типы пластмассовых оболочек, в том числе и волнистых куполов. Форма куполов Зернинга очень пластична, мягка и, словно бы выражая органическое происхождение самого материала, напоминает произведение природы. Пластической структурой своей формы они отражают принципы архитектурной бионики.На основе аналогичных принципов в США был разработан проект волнистого купола диаметром 20 м над аудиторией Национальной академии в Вашингтоне.