КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ МЕТАЛЛЫ В АРХИТЕКТУРЕ

История применения металла в архитектуре, как и вообще в материальной культуре, начиналась с использования его эстетических свойств. Металл - один из наиболее старых искусственных материалов. Самородные металлы - золото и серебро человек стал использовать уже за 6-7 тыс. Лет до н. Э. В IV тысячелетии до н. Э. Была известна металлургия меди, олова и свинца, а примерно с III тысячелетия до н. Э. Появилась бронза. Этот период вошел в историю материальной культуры под названием бронзового века. Добыча и обработка железной руды относится ко II тысячелетию до н. Э. Возникнув самостоятельно в ряде мест земного шара, металлургия железа быстро распространилась в Египте, Месопотамии, индии и к концу названного тысячелетия проникла в древнюю Грецию, малую Азию и Закавказье, а в середине I тысячелетия до н. Э. - в Китай. Железо добывалось из бурых железняков, озерных и болотных руд. Руда обжигалась на открытом огне, а позднее в ямах или глиняных печах, куда закладывался древесный уголь и с помощью мехов нагнетался воздух. В результате обжига на дне печи оседала «крица» - комок мягкого пористого железа, которое подвергалось закалке.

Кричное железо, как и получаемое из него путем ковки сварочное железо, из-за своей мягкости и трудоемкости производства не могли получить своего применения в строительных конструкциях. Однако известны очень древние сооружения из железа (колонна в дели, V в. До н. Э.; 13-этажная пагода в Китае, Х в. Н. Э.), На протяжении многих столетий железо в строительстве применялось в виде отдельных деталей типа штырей, скоб и заклепок. Всредние века железо начали использовать в качестве затяжек для восприятия распора колонных сводов. В России такие затяжки впервые были применены в гг. В успенском соборе во Владимире. В храме Василия блаженного в Москве ( гг.) К системе затяжек. Эту систему подвесных потолков считают одной из первых несущих конструкций в России были подвешены потолки. В XVI в. уже не является редкостью применение железа для наклонных стропил (Архангельский собор, гг.) и для каркасов куполов (колокольня Ивана Великого в Москве, 1600 г.).

В конце XII - начале XIII вв. Привлек к себе внимание более твердый, чем железо металл - чугун, получаемый при производстве железа и ранее выбрасывающийся как отходы. Из чугуна стали отливать различные изделия, а спустя еще почти 5 веков - строительные конструкции. Но началом его внедрения в архитектурно-строительную практику считается строительство чугунного моста через р. Северн в Англии ( гг.), Состоявшего из пяти параллельно расположенных чугунных полуциркульных арок пролетом 100 футов (около 31 м). Впервые в металле было выполнено все сооружение. Эстетическая выразительность моста достигалась самой формой решетчатых арок и элементов жесткости конструкций без каких-либо декоративных деталей.

Строительство арочных чугунных мостов быстро развивалось и в России. Арки пролетом м обычно состояли из коробчатых элементов длиной до 3 м, скрепленных болтами. В гг. по проекту русского инженера С. В. Кербедза был построен большой арочный мост через Неву, который имел 7 пролетов длиной от 33 до 47 м. В каждом пролете устанавливалось 13 чугунных арок из соединенных болтами двутавровых элементов. Один пролет (21 м) был разводным. Конструкции из чугуна начинают осваиваться в промышленном строительстве, получившем бурное развитие во второй половине XVIII в. В 1783 г. в здании мануфактуры близ Манчестера были использованы несущие чугунные стойки, а в 1801 г. в Сэлфорде (Англия) сооружено семиэтажное здание хлопчато-бумажной фабрики шириной 14 и длиной около 42 м с внутренним каркасом из чугунных стоек и балок. Разработанный инженерами М. Бултоном и Д. Уаттом (изобретателем паровой машины), этот каркас впервые объединил в одну систему металлические стойки с металлическими балками. На протяжении всего XIX в. в промышленных зданиях широко применялся «Сэлдфорский» каркас с наружными кирпичными стенами.

Следующий шаг в развитии металлического каркаса был сделан Д. Бочардусом, который ввел чугунные стойки и балки в наружное ограждение, частично заменив ими кирпичные несущие стены. В 1848 г. Бочардус построил в Нью-Йорке первое трехэтажное здание фабрики с применением полного чугунного каркаса. За период с 1850 по 1880 гг. Бочардус, применяя стандартные чугунные элементы, построил в США большое количество торговых, складских и административных каркасных зданий. Ссередины XIX в. Чугун наравне с железом и в сочетании с ним применяется и в гражданском строительстве. Массовое применение металлических строительных материалов относится к этому периоду и в связи с развитием металлургии стали. В Петербурге в г.г. по проекту архитектора А. Н. Воронихина был сооружен купол Казанского собора диаметром 17,7 м, образованный двумя рядами железных ребер из полосового железа.

120 ребер наружного ряда и 32 внутреннего опираются внизу на общее опорное кольцо. Кверху ряды ребер расходятся и соединяются подкосами. Между ребрами размещены горизонтальные элементы из таких же полос, образующие в плане кольца. Соединения осуществлены на болтах или клиньях. Русские строители использовали железо, выпускаемое в виде полос, прутков и брусков и использовали для создания жестких и прочных конструкций по типу наслонных стропил и деревянных ферм.

В 1830 г. было выполнено арочное покрытие пролетом 26 м здания франко-русского судостроительного завода в Петербурге. Нижний пояс арок был склепан из нескольких полос, верхний состоял из прямолинейных квадратных брусков, а раскосы из круглого железа. Неоднократно применялись железные арки в комбинации со стропильными ногами. При восстановлении после пожара 1837 г. Зимнего дворца в Петербурге архитекторы В. П. Стасов, А. И. Брюллов и инженер М. Е. Кларк для покрытия залов дворца применили принципиально новую схему стропильной фермы, соединив затяжки центральной стойки двух перевернутых шпренгверков. Этими фермами нового типа были перекрыты пролеты 15 и 22 м, что для того времени было большим достижением. Впоследствии эта система получила название ферм Полонсо. Одновременно с поисками средств увеличения выплавки железа велись поиски способов его обработки. В 1769 г. в Англии появились первые станы для проката тонкого листового, а затем круглого, квадратного и полосового железа.

Позднее были созданы станы для проката уголкового, таврового и зетового железа. Позднее в той же Англии наладили производство рельсов, а во Франции - двутавров и швеллеров. Распространение в строительстве металлов стимулировало появление новых средств эстетической выразительности в архитектуре. Французский архитектор А. Лабруст смело ввел в интерьеры крупных общественных зданий открытые металлоконструкции. В библиотеке Св. Женевьевы в Париже ( гг.) он как бы противопоставил наружным тяжелым кирпичным стенам легкий внутренний каркас в виде чугунных колонн и решетчатых арок из кованного железа.

Металлические конструкции становятся формообразующим фактором архитектуры, особенно в таких новых типах зданий, как вокзалы и большие универмаги. Характерным примером последних может служить универсальный магазин «Бон -Марии» в Париже, построенный в 1876 г. по проекту архитектора Л. Ш. Буало и инженера Г. Эйфеля. Здесь конструкции из железа, чугуна и частично стали позволили создать сложный функциональный комплекс, состоящий из отдельных ячеек-залов, соединенных системой легких мостиков-переходов. Таким образом, уже в сооружениях из чугуна и железа определились характерные конструктивные, композиционные и эстетические достоинства металла как нового строительного материала. Однако подлинное утверждение металла в архитектуре связано с развитием стальных конструкций. Открытие промышленных способов получения стали, сохранивших свое значение до настоящих дней: бессемеровского (1855 г.), мартеновского (1865 г.), томасовского (1878 г.) и позднее электрометаллургического (1900 г.) способствовало быстрому распространению в строительстве металлоконструкций. Промышленная сталь, обладая большей прочностью, полностью вытесняет из строительства низкокачественное железо и чугун, который к концу XIX в. применяется, главным образом, лишь в декоративных формах, а кузнечный способ соединения элементов конструкций заменяется клепкой..

Ярким примером сложного инженерного сооружения является стальной шпиль Петропавловского собора в Петербурге (1859 г.), высотой 56,5 м при общей высоте собора со шпилем 121,9 м. Шпиль был запроектирован Д. И. Журавским как ребристая стержневая восьмигранная усеченная пирамида с крестовыми связями в плоскостях граней и рассчитанный не только на вертикальную, но и ветровую нагрузку как консольная балка. Петропавловский собор (Санкт-Петербург), гг. Архитектор Д. Трезини.

Крупным шагом в развитии стержневых решетчатых высотных сооружений было строительство в 1889 г. Г. Эйфелем 300-метровой башни для всемирной выставки в Париже. Г. Эйфель использовал для конструкции башни схему шатровой мостовой опоры. Четыре наклонных пилона, соединенных между собой решетками, вздымались ввысь, асимметрично сближаясь к вершине. Рациональность формы башни определила эстетическую выразительность ее силуэта.

Во второй половине XIX в. появляются и новые архитектурные формы, отвечающие новым общественным потребностям и связанные, в первую очередь, с перекрытием больших пространств. Для покрытия прямоугольных в плане зданий начинают использоваться решетчатые стальные рамы и арки. Крупные выставочные павильоны были не просто достижением строительной техники. Они определили коренной переворот в архитектурном освоении металла и общем понимании архитектурной формы. Огромное остекление поверхности, единство внутреннего и внешнего пространства, впечатляющая выразительность открытых металлических конструкций знаменовали собой рождение новой архитектуры, для становления и признания которой понадобилось еще полвека. В 1896 г. выдающийся русский инженер и ученый, впоследствии почетный академик АН СССР В. Г. Шухов получил привилегию на сетчатую конструкцию башни в виде однополосного гиперболоида вращения..

Такая башня, жесткий пространственный каркас которой образован скрепленными между собой прямыми стержнями, связанными по высоте башни кольцами, была построена в том же году на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде. Башни Шухова быстро распространились в строительстве как водонапорные (Николаев, 1907 г.), морские маяки (Херсон, 1911 г. ), опоры линий электропередач, наблюдательные вышки на военных кораблях.

На Нижнегородской выставке В. Г. Шуховым впервые в строительной практике были сооружены сетчатый цилиндрический свод из гнутых полос и сетчатое большепролетное покрытие - прообраз и первенец современных висячих конструкций. Круглое здание диаметром 68 м и два смежных с ним прямоугольных здания строительных и инженерных отделов выставки были покрыты натянутой пространственной сеткой в форме шатра, по которой укладывалась кровля из листового железа. Здесь же Шухов осуществил и стальное мембранное покрытие сферической формы диаметром 25 метров. Для покрытия галерей торговых рядов в Москве (ныне здание ГУМа) В. Г. Шухов предложил оригинальную систему арочной фермы с лучевыми затяжками.

Постройки и принципиальные идеи В. Г. Шухова намного опередили свое время и в течение десятилетий, вплоть до наших дней, остаются источником новых интересных решений.

Первая мировая война замедлила строительство в большинстве стран мира. Определенный спад в развитии металлоконструкций наблюдался в начале ХХ века также в связи с освоением нового искусственного материала - железобетона. Однако уже в 1920-е годы начался новый период развития металлоконструкций, характеризующийся становлением современных архитектурных форм. В европейских странах и США активизируется строительство многоэтажных жилых и конторских зданий со стальным каркасом. В Нью- Йорке и Чикаго появляются районы небоскребов. Металлический каркас обеспечивал не только необходимую прочность высотных зданий, но и максимальную типизацию элементов конструкций, индустриализацию и скоростные темпы строительства. Так, монтаж стального каркаса известного Эмпайр Стейт Билдинг высотой в 102 этажа, занял всего 6 месяцев, а все строительство здания завершено за 19 месяцев.

Создание в СССР мощной металлургической промышленности способствовало развитию строительных металлоконструкций. Основным их потребителем было промышленное строительство. Советскими инженерами и архитекторами уже к 1930-м годам были достигнуты значительные успехи в проектировании и монтаже металлоконструкций машиностроительных предприятий, мартеновских и прокатных цехов, доменных печей и резервуаров. В течение очень короткого времени в СССР сложилась практически новая строительная конструкторская школа, отличная от германской и американской. Характерной особенностью этой школы стала комплектность разработки теории расчета, формообразования, изготовления и монтажа конструкций..

Среди наиболее интересных гражданских сооружений 20- х-30-х годов прошлого века - башня радиостанции в Москве, построенная по проекту и под руководством В. Г. Шухова (1921 г.). Башня в форме пространственного решетчатого гиперболоида вращения имела высоту 160 м при диаметре основания 42 м и состояла из шести ярусов. О значительных достижениях советской конструкторской школы свидетельствуют сооружения Всесоюзной сельскохозяйственной выставки в Москве (1939 г.), в особенности павильон механизации, перекрытый сорока металлическими решетчатыми двухшарнирными параболическими арками. В середине ХХ в. заклепочные соединения металлоконструкций в строительстве начинают вытесняться электросваркой. Подлинной родиной электросварки стало молодое Советское государство. Созданный советским академиком Е. О. Патоном метод автоматической сварки под слоем флюса, впервые в широких масштабах внедренный в СССР, распространился во всем мире и стал основным способом соединения металлов в металлоконструкциях.

Всесоюзная сельскохозяйственная выставка в Москве. Павильон механизации, 1939 г. Архитекторы В. С. Андреев, И. Г. Таранов.

Наряду со сталью прочно вошел в число строительных материалов алюминий. Алюминиевые сплавы, начавшиеся применяться еще в конце XIX в., в 30-е годы ХХ в. используются как конструкционный материал в мостах, покрытиях и несущих конструкциях зданий. После второй мировой войны промышленные сооружения, большепролетные гражданские здания, многоэтажные жилые и административные здания все чаще возводятся с применением металлоконструкций. Многогранное и интенсивное развитие в этот период получают стержневые пространственные конструкции. Особая заслуга в их развитии принадлежит советскому ученому В. З. Власову, разработавшему теорию расчета упругих тонкостенных стержней, французскому инженеру Ле Риколе, исследовавшему закономерности образования конструктивных форм, американским инженерам Б. Фуллеру и К. Ваксманну, создавшим оригинальные конструкции типа решетчатых оболочек и плит, советскому ученому, архитектору и инженеру М. С. Туполеву, работавшему над структурой сетчатых куполов.

В 1958 г. символически выражая огромную роль металла в современной архитектуре, поднялся над Всемирной выставкой в Брюсселе «Атомимум» - гигантская модель молекулы железа (рис. 6). Сталь и алюминий были основными строительными материалами выставки, а в решении павильонов были использованы почти все известные в настоящее время формы и системы конструкций. Выставка как бы подводила итоги достижениям человечества в области использования металла в архитектуре. В то же время в конструкциях и формах павильона открывались новые горизонты развития архитектуры. Здесь тесно сплелись история металла в архитектуре с его современностью и пролегли реальные мосты из прошлого в будущее. «Атомиум» на Всемирной выставке в Брюсселе, 1958 г. Архитекторы братья Поляк.

ОСНОВНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В АРХИТЕКТУРЕ Металлы находят применение в большепролетных зданиях общественного назначения (спортзалы, выставочные павильоны, театры) и производственных зданиях (заводские корпуса, ангары, авиасборочные цехи и т.п.). Решающую роль в индустриализации строительства сыграло широкое развитие в нашей стране производства сборных железобетонных конструкций. Строительная промышленность превратилась в мощную индустриальную базу, обеспечивающую железобетонными деталями и конструкциями большую часть строящихся объектов. Массовое применение железобетона позволило значительно сократить потребность металла для строительства. Однако, несмотря на значительный рост производства железобетонных конструкций, увеличение объемов применения заменителей металлов (полимеров, синтетических смол, деревянных клееных, асбестоцементных и других неметаллических конструкций), потребность в металле непрерывно растет. Эффективность использования металлов в строительстве во многом зависит от долговечности строительных конструкций и их металлоемкости. Металл был и остается одним из главных материалов не только промышленного, но и строительного производства.

Металлы широко применяются при изготовлении различных строительных конструкций, зданий и сооружений. Конструктивная форма зданий и сооружений определяется сочетанием их основных элементов - фундаментов, колонн, балок, ферм, перекрытий и покрытий, связанных в единое целое. Сталь наряду с бетонами - главнейший конструкционный материал. Широкому использованию в строительстве сталь обязана высоким физико-механическим показателям, технологичности (возможности получения из нее конструкций различными методами) и большими объемами производства. Конструкции из стали применяются: - в промышленном строительстве, в особенности для каркасов зданий тяжелого типа (основных цехов металлургических предприятий), для покрытий многопролетных одноэтажных зданий и большепролетных производственных помещений; - в гражданском строительстве, в качестве каркасов зданий повышенной этажности и большепролетных покрытий выставочных залов, залов заседаний, крытых стадионов и т п.;

- в строительстве железнодорожных и автомобильных мостов и путепроводов;

- в открытых спортивных и других сооружениях (трамплины, башни и мачты телевидения и радиосвязи, водонапорные башни, радиотелескопы и др.); - в различных сооружениях специального назначения (нефтяные и буровые вышки, крекинг-установки, емкости-хранилища жидкостей и газов, доменные конструкции, напорные и транспортные трубопроводы);

- в подвижных сооружениях (крановые мосты, башенные краны, краны- перегружатели, дорожные мосты и т.д.). Алюминиевые конструкции могут быть применены практически во всех областях строительства наряду со стальными, за исключением тяжело нагруженных каркасов промышленных зданий. Однако более высокая стоимость алюминиевых сплавов и некоторые их особенности (меньшая жесткость, высокий коэффициент линейного расширения, низкая огнестойкость) делают применение алюминиевых конструкций эффективным там, где проявляются их положительные отличительные свойства: сравнительная легкость, простота монтажа, высокая прочность при низких температурах, отсутствие искрообразования при ударе и ферромагнитных свойств.

Сюда входят большепролетные покрытия, где собственная масса конструкций составляет значительную часть нагрузки; стеновые ограждения гражданских зданий, которым предъявляются повышенные эстетические требования; конструкции зданий и сооружений, находящиеся в особых условиях эксплуатации (низкие температуры, агрессивная среда, взрывоопасность, недопустимость магнитных свойств, солнечный перегрев ограждений); складные, сборно-разборные и мобильные сооружения. В строительстве применяются преимущественно конструкции из обычной углеродистой стали, из низколегированных сталей повышенной прочности и из алюминиевых сплавов..

Металлы в наружных ограждениях зданий Для кровельных и стеновых ограждений промышленных зданий листовые металлы (сталь и алюминий) применяются в виде сборных конструкций панельного типа (каркасные и бескаркасные). Панели каркасного типа представляют собой жесткую решетчатую стальную или алюминиевую раму с обшивкой из профилированной листовой стали или алюминия. Все нагрузки, приходящиеся на такую панель, воспринимаются элементами самого каркаса, жесткость которых обеспечивает и жесткость панели. Бескаркасные (слоистые) панели состоят из двух листовых металлических обшивок и расположенного между ними слоя утеплителя. В статической работе таких панелей участвуют как металлическая обшивка, так и утеплитель. Жесткость их обеспечивается всем поперечным сечением. Профильный и листовой металл все шире используется в ненесущих стеновых ограждениях многоэтажных жилых и административных зданий, выставочных павильонов и других гражданских сооружениях с металлическим или железобетонным несущим каркасом

В зависимости от сочетания таких ограждений с несущими конструкциями их можно условно разделить на 3 группы: стена-заполнение (фахверковая стена), стена-экран (навесная стена) и комбинированные ограждения. Первые две представляют собой комплексные ограждения, совмещающие функции гидро-, тепло- и звукоизоляции. Они могут выполняться из отдельных панелей, навешиваемых непосредственно на несущую конструкцию здания или целиком заполняющих образованными этими конструкциями ячейки, а могут иметь и собственный каркас, к которому крепятся оконные блоки, обшивка и теплоизоляция. При сплошном остеклении такого каркаса стена-экран превращается в стену-витраж. Стена-экран скрывает несущие конструкции и создает собственную относительную самостоятельную поверхность ограждения.

Комбинированные несущие ограждения образуются сочетанием фахверковой стены и навесной стены-экрана. В таких ограждениях навесная стена выполняет только функции облицовки здания, а теплозащита обеспечивается обычными легкими стеновыми материалами (ячеистый бетон, пеностекло и др.), которые укладываются непосредственно на элементы каркаса. Металлические конструкции светопрозрачных ограждений обеспечивают герметичность остекления, жесткость, легкость и удобство открывания переплетов. Благодаря малым размерам сечений элементов металлические переплеты по сравнению с деревянными и железобетонными обладают наибольшим коэффициентом светопропускания. Улучшая внешний облик зданий, они характеризуются значительным сроком службы и низкими эксплуатационными расходами.

Поэтому, несмотря на известные недостатки, в частности, возможность коррозии и относительно высокую стоимость, металлические конструкции заполнения светопроемов получили в последние годы все большее распространение. Следует отметить, что в странах западной Европы деревянные оконные и дверные коробки практически полностью вытеснены стальными и алюминиевыми. Особую область применения металлов в наружных ограждениях зданий составляют ограждения балконов, лоджий и веранд. Выполняемые из чугуна и кованого железа, они нередко превращаются в подлинное произведение искусства. В современной массовой архитектуре ограждения балконов и лоджий чаще выполняются из массивных бетонных или легких непрозрачных листовых асбестоцементных листов. Однако в зданиях с металлическим каркасом и несущими стенами несомненное преимущество металлических ограждений балконов и лоджий.

Наружные стеновые ограждения из металла практически не нуждаются в дополнительной отделке поверхностей. В металлических облицовках, архитектурных деталях и изделиях четкость и точность граней и объемов сочетается с разнообразием фактуры поверхности - от рельефной и матовой до зеркально-гладкой и большими колористическими возможностями.

Со строительным металлом часто ассоциируются черный (чугунный), темно-серый (стальной), золотистый и зеленовато- коричневый (бронзовый, медный), серебристо-белый (алюминиевый) цвета. Однако следует сказать, что практически металлы не имеют цветового ограничения. Хорошо поддающиеся окраске и многим другим видам отделки, металлы принимают любой цвет, сохраняя все характеристики собственной фактуры поверхности, особенно при покрытии лаками, анодировании и химическом оксидировании. Таким образом, колористическая композиция в металле может решаться в соответствии с общим архитектурным замыслом. Известно, что медь и ее сплавы, окисляясь кислородом воздуха, с течением времени приобретают множество различных дополнительных цветовых оттенков, поэтому медь все чаще используется как облицовочный материал наружных ограждений. В этом плане она выделяется своей первоначальной ярко-оранжевой окраской. Кроме того, поверхность медных панелей обрабатывают таким образом, чтобы придать ей фактурный вид.

Для обогащения цветовой характеристики стальных несущих и ограждающих конструкций может использоваться окисление железа. Как известно, при определенных условиях окисления, железо приобретает окраски от розового до красно-коричневого и бурого цветов. Цвет стали можно изменять и термической обработкой. В результате нагрева шлифованной или полированной стали до С происходит ее колоризация с образованием на поверхности металла оранжевой или синеватой пленки, одновременно повышающей его коррозионную стойкость. Это свойство стали издавна используется в прикладном искусстве. Известны также способы изготовления золотистой и розовой стали, обладающей хорошей свариваемостью и коррозионной стойкостью, с равномерной окраской по всей толще металла. Американскими и английскими учеными разработаны электролитические процессы окрашивания нержавеющей стали в красный, синий, зеленый, голубой и оранжевый цвета. Все это говорит о больших возможностях существующего обогащения колористических характеристик металлов в несущих и ограждающих конструкциях, а также в произведениях декоративного и монументального искусства..

Металлы в интерьере Листовой и профильный металл, металлическое литье, штучные изделия из черных и цветных металлов все шире используются в интерьерах промышленных и гражданских зданий. Металлы занимают одно из ведущих мест во внутренних ограждающих конструкциях - перегородках и подвесных потолках. В промышленных и гражданских зданиях применяются стационарные раздвижные перегородки с каркасом из прессованных алюминиевых профилей с заполнением стеклом, листовым стеклопластиком, древесно- стружечной плитой.

Листовой алюминий стал одним из основных материалов подвесных потолков. В общественных зданиях и производственных помещениях алюминиевые подвесные потолки изолируют интерьер от несущих конструкций и являются средством создания акустического комфорта. Форма поверхности потолка зависит от очертаний конструкций покрытия и общего решения интерьера. На смену плоским потолкам в общественных зданиях все чаще приходят криволинейные поверхности, создающие определенный эстетический и акустический эффект.

Влестницах общественных и жилых зданий массового строительства наряду с железобетонными косуорами применяются стальные швеллерные и двутавровые профили. В качестве косуоров и балок лестничных площадок используются также прямоугольные коробчатые трубы. Ступени могут быть выполнены из листового металла, бетона или древесины. В промышленных зданиях для лестничных ступеней используется рифленая и просечная сталь.

Прочность стали позволяет формировать лестницы с прямолинейными или криволинейными маршами. В интерьерах общественных зданий все чаще входят в моду винтовые металлические лестницы. Гофрированный и штампованный листовой металл - тонколистовая сталь и алюминиевая жесть - часто используются в интерьерах общественных зданий для отделки стен. Более эффективно эстетические свойства металла выявляются при его использовании в отделке стен в виде раскладок и мелких деталей. Такая отделка создает красивую и гигиеничную поверхность. Однако следует отметить, что при большой площади отделки металлом зачастую эстетический эффект пропадает. Особой выразительностью отличаются декоративно-отделочные элементы из анодированного алюминия или цветных металлов теплых тонов - меди, бронзы, латуни.

Легкие металлические решетки устанавливаются также поверх стекла в дверных и оконных проемах, ограждая стекло от удара и создавая работающий на просвет рисунок. В декоративных решетках применяется полосовой и прутковый металл. В их рисунок нередко вводятся листовые и объемные, иногда литые элементы, что делает всю композицию более насыщенной. Классическим образцом высокого профессионального уровня применения металла в интерьере стала станция «Маяковская» Московского метрополитена. Профилированные полосы нержавеющей стали, которыми облицованы несущие металлические колонны и арки, являются активным элементом композиции подземного зала.

Металл - незаменимый материал оборудования и оформления выставочных композиций, от витрин и торгово-рекламных стендов до экспозиций национальных павильонов на международных выставках Образуя легкий и мобильный сборно-разборный каркас экспозиции, металл одновременно служит декоративно-пластическим материалом интерьеров выставочных помещений, что позволяет быстрее и точнее донести до зрителя нужную информацию и усиливает эмоциональное воздействие на него. Многочисленность форм металлоизделий, применяемых в интерьере, выдвигает на передний план стилевое объединение всех составляющих интерьера. В этой общей композиции цельности металлы хорошо сочетаются с другими отделочными материалами - древесиной, декоративной штукатуркой, стеклом, пластмассами. Только комплексный подход может наиболее полно раскрыть эстетические возможности металла и сделать его эффективным фактором пространственной и эмоциональной организации интерьера.

Металлы в малых архитектурных формах, декоративном и монументальном искусстве В формировании архитектурного облика современных городов существенную роль играют декоративные и монументальные пластические композиции, элементы внешнего благоустройства, осветительные и информационные устройства. В архитектуру общественных зданий издавна органично включались произведения декоративного и монументального искусства. С самого начала архитектурного освоения металла он использовался в убранстве зданий, в благоустройстве улиц и площадей, садов и парков, жилых и промышленных районов. Малые архитектурные формы, организующие интерьер современного города, охватывают большое число самых разнообразных сооружений - от небольших зданий (киоски, павильоны), до предметов уличной мебели (скамьи, урны) и рекламных вывесок; от сооружений утилитарного назначения (фонари освещения) до декоративных пластических композиций. Расположение малых форм на открытом воздухе требует высокой прочности и атмосфероустойчивости. Бетон слишком тяжел для небольших сооружений, древесина быстро амортизируется, поэтому металлу принадлежит одно из ведущих мест в малых архитектурных формах.

В последние годы в небольших сооружениях бытового и рекламного назначения, в парковых сооружениях с успехом используются новейшие системы металлических конструкций - пространственные решетчатые структуры, растянутые тросовые поверхности. Легкие навесы, игровые павильоны, беседки выполненные в таких формах, обладают большой эстетической выразительностью. Испытанные на таких моделях- прототипах новые пространственные формы впоследствии нередко переходят в большую архитектуру. Особую область благоустройства и садово-парковой архитектуры составляют решетки и ограды. Классическая архитектура богата примерами высокохудожественных металлических оград из чугунного литья, кованого профильного и листового железа. В сокровищницу мирового искусства вошли решетка Летнего сада в Санкт- Петербурге, многочисленные решетки и ограды (кованые и литые), которые не только дополняют и завершают построение ансамблей, но в некоторых случаях сами становятся яркими и неповторимыми компонентами городского пейзажа, символом художественного облика города.

Для усиления художественной выразительности зданий, сооружений, их комплексов современная архитектура все чаще обращается к декоративному искусству, в котором издавна используются эстетические качества металла. Всовременном убранстве зданий применяют панно из металла, выполняемое в виде плоских или объемных (рельефных декоративных композиций. В первом случае на тонкие металлические листы травлением, чеканкой, красками или слабым рельефом наносится рисунок. При этом металл служит только фоном рисунка и несущей основой панно. Такие композиции применяются, как правило, в интерьере. Объемные декоративные композиции создаются соединением обрезков листов и профильного металла. В таких композициях цвет металла, фактура его поверхности, форма и характер соединения элементов служат основными средствами эстетической выразительности и носителями художественного образа. Декоративные панно такого типа находят применение как в интерьере, так и на фасадах зданий.

При наружном и внутреннем оформлении зданий все чаще вводятся рельефы из листового металла - алюминия, меди, бронзы и стали, выполняемого методами выколотки и чеканки. Наряду с рельефами, которые вписываются в целый лист металла, используют также и наборные рельефные панно - выкладки из соединенных между собой отдельных элементов, образующих в своем единстве многоплановую композицию. Такие композиции нередко покрывают большие поверхности стен, превращаясь из станковых произведений в разновидность стенового ограждения. Для достижения большого художественного эффекта применяется отжиг нержавеющей стали, придающий ей золотистый или буро-фиолетовый оттенок, гальваническая обработка и травление поверхности металла.

В современной архитектуре используются и объемные композиции из металлов в виде отдельно стоящих скульптурных групп. Здесь металл нашел наиболее широкое применение в области монументальной скульптуры. Многие из этих групп, сами игравшие роль архитектурной доминанты, организующей большие пространства улиц и площадей, стали историческим символом городов. Среди них всемирно известный Медный всадник в Петербурге, памятник Минину и Пожарскому на Красной площади в Москве, памятник тысячелетию России в Новгороде, князю Владимиру в Белгороде. Богатые традиции монументальной металлической скульптуры успешно развиваются в современном отечественном и зарубежном искусстве.

Современная монументальная скульптура в большинстве своем выполняется из бронзы, цвет которой гармонирует как с окружающей архитектурой, так и с зеленью улиц, площадей, парков. Однако не ослабевает интерес к монументальному чугунному литью, которое также хорошо вписывается в архитектурное и природное окружение. Литой металл предоставляет художнику неограниченную свободу в трактовке художественной формы. Металл обогатил традиционную палитру монументального искусства неповторимыми в других материалах высотными решениями, максимальной свободой композиции, придал скульптуре необыкновенную динамичность. Ярким наглядным примером сказанного является монумент в честь запуска в СССР первого искусственного спутника Земли, стальной каркас которого облицован листовым титаном. Благодаря примененному для облицовки металлу, почти стометровое сооружение, динамическая форма которого символизирует стремительный взлет ракеты, зрительно не подавляет своей массой. Вместе с тем, оно действительно монументально величием самой пространственной формы, сверкающей в лучах солнца или прожекторов металлической полированной поверхностью.

Кровельные металлические материалы Сегодня, куда не кинешь взгляд, везде можно увидеть металлические кровли. Кровли из листовой черной или оцинкованной стали в нашей стране не редкость. Кровельная сталь имеет известные преимущества перед другими кровельными материалами. В частности, ее можно использовать при покрытии сложных крыш, имеющих разные уклоны, криволинейные очертания, западающие углы, выступы и другие усложненные формы. Срок службы кровли из оцинкованной стали - 30 лет и более, из черной лет, что зависит от качества выполненных работ, систематического ухода за кровлей, ее уклона.

Алюминий используется для изготовления металлочерепицы и устройства фальцевых кровель. Металлочерепица - это тонколистовая металлическая имитация фактуры черепичной кровли. Алюминиевая металлочерепица имеет малую массу (2 кг/м 2), обладает высокой долговечностью, цветостойкостью, практически не подвержена атмосферным воздействиям. После того, как на алюминий стали наносить цветные полимерные покрытия, архитектурные свойства этого материала значительно возросли. По своей пластичности кровельный алюминий даже превосходит оцинкованную сталь. Выпускаются также алюминиевые кровельные доски «Деревенский кедр» (США). Они имеют цвет и фактуру своего природного собрата, но не подвержены короблению, течи, гниению, образованию поверхностных раковин, растрескиванию и т.д. Эти доски-панели не поглощают большого количества солнечного тепла, кровля охлаждается быстро и чердак дольше хранит прохладу. Такие кровельные доски можно устанавливать поверх других кровельных материалов.

Медный кровельный материал красив и долговечен. Крыша, покрытая медной кровлей, служит сотни лет и изменяет свой внешний вид с возрастом. Вначале она красновато-желтая, блестящая на солнце, но уже в первый год службы медь из красноватой становится коричневой, а затем матово-черной. Состарившись же, она становится голубовато-зеленой, цвета бирюзы. Зеленоватый налет - патина - это естественное защитное покрытие меди, оберегающее данный металл от коррозии и порчи. Под патиной медь практически неуязвима.

Медная кровля хоть и дорога первоначально, но в долгосрочной перспективе становится наиболее экономичной альтернативой. Преимущество покрытия из меди становится очевидным после первой перекраски любого другого металлического покрытия. В последнее время все большее распространение в мире находят кровли из цинк-титанового сплава. Этот материал представляет собой сплав цинка с титаном, медью и алюминием. Содержание чистого цинка в с э т ом %. плаве 99, 5Данный вид покрытия в зависимости от условий эксплуатации обеспечивает сохранность кровли от 50 до 100 лет

Благородный матово-серый цвет такого покрытия стал одним из базовых цветов в палитре архитектурного стиля. Помимо респектабельной патины, цинк-титан обладает пластичностью, близкой к меди. В результате спектр применения цинк-титана стал практически неограничен от кровель и вентилируемых фасадов любой сложности и конфигурации до кованных малых архитектурных форм. Металлические кровли обладают неисчерпаемым ресурсом формообразования.

Новый конструкционный материал - металлобетон Металлобетон (метон) представляет собой искусственный строительный конгломерат, полученный на основе металлического связующего и минеральных заполнителей. Этот материал можно себе представить как бетон, в котором роль цемента выполняют металлы, либо как высоконаполненные металлы. В зависимости от используемого металла получают алюминиевые, стальные, чугунные, титановые, медные, свинцовые, оловянные и цинковые метоны. Содержание связующего % по объему. Заполнителями служат щебень и песок, различные горные породы; иногда - легкие заполнители: керамзит, аглопорит, туф, пемза. Металлобетон и изделия из него характеризуются комплексом свойств, выгодно отличающихся от исходных материалов: высокой прочностью, теплостойкостью, стойкостью к истиранию, химической устойчивостью, огнестойкостью. Прочность при сжатии метона может в 1,5 и более раз превышать прочность чистого металла и в 10 раз обычного цементного бетона.

Из металлобетона могут изготовляться изделия и конструкции любой формы и любого сечения. Но наиболее рационально использовать его для тонкостенных и сильнонагруженных конструкций и строительных элементов, испытывающих температурные, абразивные, ударные и химические воздействия. Применение изделий и конструкций из метона взамен металлических позволяет сократить в 2-6 раз расход металла на их изготовление с одновременным повышением ряда технических и эксплуатационных свойств. Металлобетоны - это материалы будущего и им уготована роль универсального, долговременного, прочного конструктивного материала широкого спектра применения.

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ В СОВРЕМЕННОЙ АРХИТЕКТУРЕ Роль металла в архитектуре не ограничивается его непосредственным участием в создании архитектурных форм. Металл - один из важнейших конструкционных материалов современности, составляющий основу промышленного производства, в том числе и стройиндустрии. Можно с полным правом утверждать, что металл является фундаментом современной архитектуры, которому она обязана и дерзновенной смелостью инженерных решений, и богатством форм, и грандиозными масштабами строительства. В широком плане металл в архитектуре - это предприятия, производящие сам металл и металлические конструкции, а также все другие конструкции. Это транспортные средства, строительно-монтажное оборудование, то есть вся та система развитого промышленного производства, на которую опирается развитие современной архитектуры. Металл сыграл и продолжает играть активную роль в развитии неметаллических строительных материалов и конструкций. Металлические крепления деревянных конструкций, армокаменная и армокирпичная кладка, железобетон, армоцемент, металлопласты и многие другие конструкции и материалы, широко применяемые в современной архитектуре, обязаны своим рождением металлу. Вместе с тем металл непрестанно развивался и совершенствовался как самостоятельный конструкционный, отделочный и декоративно-художественный материал.

Вархитектурно-строительную практику широко входят высокопрочные стали. Разработаны сверхпрочные композиции легких металлов, такие, как алюминиево- литиево-магниевые, титановые, бериллиевые и литиевые сплавы. Наряду с освоением производства новых металлических сплавов большие перспективы открывает изменение их внутренней структуры. В настоящее время все шире применяются металлические композиционные материалы. Металлические композиты представляют собой так называемую матрицу из одного металла, армированную высокопрочными волокнами другого металла. Удельная прочность армированного сталью алюминия в 3 раза превышает удельную прочность современных высокопрочных сталей. Композиционные металлы обладают и многими специальными свойствами, которые отсутствуют у отдельных их компонентов.

К композиционным металлическим материалам относятся и пенометаллы, образуемые при разложении в расплавленном металле веществ, выделяющих большое количество газов. Пеноалюминий может быть в 5 раз легче воды, и при вдвое меньшей, чем у литого металла плотности, обладать такой же прочностью. Не горящий, не боящийся влаги, пеноалюминий с успехом заменяет древесину в строительстве. Получены пенометаллы и на основе магния, никеля, меди, чугуна и стали Представляют интерес для архитектурной практики металлополимеры - новые композиционные материалы, которые, обладая рядом металлических свойств, сохраняют эластичность, легкость и податливость в обработке, свойственные полимерам. Новые материалы создаются и методами порошковой металлургии, позволяющей спекать порошки разных металлов и порошки металла с порошками графита, карбидов, оксидов, добиваясь высокой прочности как на сжатие, так и изгиб. В современных объектах, построенных с применением металлических большепролетных конструкций и пространственных систем, все больше внимания уделяется формообразованию. В результате увеличения габаритов зданий увеличивается площадь поверхности фасадов (вертикальных, наклонных, криволинейных и т.д.).

Современные архитекторы все реже прибегают к традиционным приемам членения и декорирования фасадов, оставляя последнее слово за самой формой, природой материала, пластичностью основных элементов в композиции. Так, металлические конструкции в каркасе и металлическая облицовка фасадов позволяют подчеркнуть деконструктивистскую композиционную экспрессию здания Музея искусств в Денвере (США). Музей искусств в Денвере (США). Общий вид здания (слева) и его металлический каркас (справа). Архитектор Д. Либескинд

Как уже отмечалось, эстетические свойства металлических конструкций дают возможность использовать их не только для строительства в традиционном понимании, но и в качестве элементов ландшафтной архитектуры, а также дизайна городской среды. Примером могут служить, так называемые «Облачные ворота» в Парке Тысячелетия в Чикаго работы А. Капура, которые являются отражением минималистических тенденций в искусстве, одна из центральных тем которого - чистота и символьное содержание формы. Зеркальная 110- тонная «Капля» из нержавеющей стали отражает окружающее пространство и визуально растворяется в нем. Тема металла в архитектуре по истине неисчерпаема. Ведь без металла современного массового строительства нет и, очевидно, быть уже не может. Построенные когда-то «без единого гвоздя» здания - скорее дань истории или специально создаваемые произведения архитектурного искусства, чем строительное явление, отражающее дух нового времени.

Скульптура «Облачные ворота». Скульптор А. Капур

Архитектура XXI века выходит на новый технологический и масштабный уровень. Возрастает необходимость в покрытии больших пространств (от общественных и промышленных сооружений до площадей и минигородов). Все совершеннее становятся структурные системы, предоставляющие все большую свободу в отношении формообразования. Технические и художественные начала архитектурного проектирования сближаются. Самым пластичным материалом, который способен органично вписаться в любой пейзаж, безусловно, является металл. Малые архитектурные формы из металла - это лучшее украшение парка, сада или территории, прилегающей к дому.

Вопросы для самопроверки 1. Проведите краткий исторический обзор применения металлов. 2. Каково основное назначение металлов в архитектуре? 3. Применение материалов в наружных ограждающих конструкциях? 4. Применение металлов в интерьере. 5. Применение металлов в малых архитектурных формах, декоративном и монументальном искусстве. 6. Металлические кровельные материалы. 7. Что такое металлобетон (метон)? 8. Применение металлов в современной архитектуре.