Применение алюминия


АЛЮМИНИЙ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Изменением облика современных городов мы, безусловно, обязаны алюминию – именно он придал сегодняшним мегаполисам четкость линий, неудержимое стремление ввысь, красоту, функциональность и экологичность. Стеклянные фасады офисных небоскребов держаться на легких и прочных алюминиевых рамах. Развлекательные, торговые и выставочные центры самых разных форм и размеров в буквальном смысле опираются на каркас из алюминиевого сплава. Стадионы, бассейны и другие спортивные сооружения также строятся из алюминиевых конструкций. Этот металл стал одним из самых востребованных материалов среди строителей, архитекторов и дизайнеров. И вот почему.
25%

всего производимого в мире алюминия
используется в строительстве
Представьте, что у вас есть очень легкий, но при этом прочный металл, который не подвержен коррозии, нетоксичен и долговечен. Его можно пилить, сверлить, стягивать шурупами, связывать, сваривать и спаивать. Ему можно придать практически любую желаемую форму, используя технологию экструзии. Словно конструктор LEGO для детей, алюминий в руках архитектора становится инструментом безграничного творчества, позволяющий создавать конструкции, которые нельзя изготовить ни из дерева, ни из пластика, не говоря уже о стали.

Именно поэтому он так востребован в современном строительстве.
История
Empire State Building, Нью-Йорк, США
В начале прошлого века алюминий практически не использовался в строительстве, так как был слишком дорогим металлом и не выпускался в достаточных объемах. Все изменилось в 1920-х годах, когда электролизная технология производства снизила стоимость алюминия в 5 раз. Металл стал активно применяться не только для отделки крыш и сводов, в качестве водоотводов и стеновых панелей, но и в декоративных целях.

Первым зданием, в строительстве которого обширно использовался алюминий, стал знаменитый небоскреб Empire State Building, построенный в 1931 году и вплоть до 1970 года являвшийся самым высоким зданием в мире. Алюминий использовался во всех основных конструкциях сооружения, а также очень широко – в интерьере. Одна из визитных карточек здания – фреска на потолке и стенах его лобби выполнена из алюминия и 23-каратного золота.
Минимальный расчетный срок службы алюминиевых конструкций составляет 80 лет. При этом алюминий используется в любых климатических условиях и не теряет своих свойств в диапазоне температур от -80 °C до +300 °C. Сооружения из алюминия мало подвержены разрушению при пожарах, а при низких температурах этот металл становится более прочным.

Например, алюминиевый сайдинг, снабженный теплоизоляцией и отражающим покрытием из фольги, защищает помещение от холода в 4 раза лучше, чем кирпичная облицовка толщиной в 10 см или каменная кладка толщиной более 20 см. Поэтому его активно применяют в строительстве в холодных местах нашей планеты, в России это Северный Урал, Сибирь, Якутия.

Не менее, если не более, важное качество алюминия – легкость. Благодаря малому удельному весу алюминиевая пластина оказывается в 2 раза легче стальной при одинаковой жесткости. Получается, что при одинаковой несущей способности вес алюминиевых конструкций в 2-3 раза меньше веса стальной и до 7 раз меньше железобетонной.

Поэтому сегодня алюминий используют в строительстве высотных зданий и небоскребов – только представьте, сколько бы они весили при использовании, например, стали, какой глубины фундамент пришлось бы закладывать и насколько это привело бы к удорожанию всего здания! Небольшой вес алюминиевых разводных мостов облегчает их механическую часть, минимизирует противовесы и вообще дает больше простора для фантазии архитекторов. Кроме этого, с легкими конструкциями работать проще, удобнее и быстрее.
Производство
Чаще всего в строительстве используются алюминиевые слитки плоской и цилиндрической формы, которые в результате обработки превращаются в подвесные потолки, окна, двери, лестницы, стеновые панели, листы для покрытия крыш и не только.

Магний-кремниевые сплавы серии 6ххх в форме цилиндрических слитков отлично поддаются экструзии, что открывает огромный простор для изготовления самых сложных архитектурных форм.


При экструзии изделия формуются путем выдавливания размягченного алюминия через специальную форму – матрицу – с отверстием определенного сечения. Экструзия помогает добиваться максимальной точности размеров изделий из алюминия.

Алюминиевый прокат осуществляется с использованием горячей и холодной обработки давлением. Результатом такой обработки становятся алюминиевые листы, проволока, плиты и ленты.

Алюминий отлично полируется и анодируется, приобретая любую окраску – качество, за которое его очень ценят дизайнеры. Причем анодирование дает металлу усиленную антикоррозийную защиту.

Анодирование состоит из ряда электрохимических процессов по подготовке поверхности металла и по созданию на ней твердой и устойчивой против коррозии пленки окислов алюминия. Сразу же после анодирования искусственная бесцветная пленка, обладающая большой адсорбционной способностью, может быть окрашена в любые цвета путем погружения деталей в подогретую ванну с красителем.

Например, рельефными пластинами из анодированного алюминия отделан потолок станции метро «Авиамоторная» в Москве, здание Российской Академии Наук, Государственный кремлевский дворец. Издали эти элементы выглядят и сверкают, как золотые. При этом для анодирования «под золото» не требуется тратить этот драгоценный металл, так как цвет создает специальный пигмент, а блеск – окисная пленка.

Небоскребы
Штаб-квартира Bank of China в Гонконге, Китай
Визитной карточкой алюминия в современной архитектуре, безусловно, являются небоскребы. Их полностью стеклянные стены, или иначе светопрозрачные фасады, представляют собой конструкцию из стекла и алюминиевых рам. Повсеместное распространение во всем мире они получили потому, что позволяют сделать здание значительно более энергоэффективным с экономической точки зрения, а также существенно сократить выбросы CO2.

Полностью стеклянная внешняя площадь здания позволяет впускать в него гораздо больше солнечного света и сокращать использование искусственного освещения. Но еще больше энергии экономиться на отоплении и кондиционировании помещений. В отличие от обычного стекла, которое беспрепятственно пропускает тепло в одну и в другую сторону, стекло для светопрозрачных фасадов обладает низкой теплопроводностью (параметр U-Value) – оно отражает солнечное тепло летом, а зимой не выпускает тепло из здания.
Небоскрёб 30 St Mary Axe, Лондон, Великобритания
Небоскреб GT Tower East, Сеул, Южная Корея
Деловой комплекс Москва-Сити, Москва, Россия
Штаб-квартира The Co-operative Group, Манчестер, Великобритания
Возвращаясь к Empire State Building, в 1993 году, в рамках программы реконструкции легендарной высотки, железные рамы всех 6514 окон были заменены на алюминиевые. Новые окна составляют всего 30% поверхности здания, но даже это позволило экономить 16% потребляемой энергии в год.

В 2012 году компания Siemens открыла в Лондоне Центр устойчивого городского развития (Center for sustainable urban development), который был назван Crystal. Здание центра, сконструированное с применением алюминиевых фасадов, а также новейших строительных энергосберегающих технологий, стало единственным в мире, получившим топовые рейтинги LEED и BREEAM – двух самых распространенных систем оценки зданий по степени воздействия на окружающую среду. Crystal потребляет на 46% меньше электроэнергии и вырабатывает на 65% меньше углекислого газа, чем любое другое сравнимое по размерам офисное здание.
Центр устойчивого городского развития Crystal, Лондон, Великобритания
Эти расчеты становятся особенно актуальны, если думать не только о настоящем, но и о будущем. По прогнозам, к 2050 году население планеты достигнет 10 млрд человек, 2/3 которых будут жить в городах, а значит особенно остро станет проблема экологии, в том числе возможная нехватка воды, плодородных почв, других ресурсов. Учитывая 100%-ую перерабатываемость алюминиевых конструкций со значительным сокращением выбросов углекислого газа, именно этот металл становится материалом будущего.
Павильоны
The dome of Rijksdag, Берлин, Германия
Владимир Шухов (1853 - 1939)
Русский инженер, архитектор, изобретатель и учёный. Изобрел и первым в мире применил металлическую сетчатую оболочку в качестве строительной конструкции. Для Всероссийской промышленной и художественной выставки 1896 года в Нижнем Новгороде Владимир Шухов построил восемь павильонов с перекрытиями в виде сетчатых оболочек.

В современной архитектуре для строительства развлекательных, выставочных, торговых и других павильонов используется технология сетчатой оболочки. Этот тип строительной конструкции был разработан русским инженером и архитектором Владимиром Шуховым в 1896 году. Тем не менее, из-за сложности расчетов она применялась крайне редко. С появлением компьютерного моделирования, а также новых строительных материалов и технологий, этот вид конструкций постепенно стал доминировать в строительстве павильонов. Знаменитые архитекторы Бакминстер Фуллер и Норман Фостер окончательно внедрили сетчатые оболочки в современную архитектуру.

Легкая и одновременно прочная сетчатая оболочка позволяет строить не только большие по площади сооружения, но и придавать им самые необычные формы. В качестве материала для сетчатой оболочки применяется как сталь, так и алюминий, позволяющий в 3 раза облегчить конструкцию. Кроме того, из алюминиевых листов зачастую делается кровля и стены таких сооружений, что позволяет существенно снизить нагрузку на несущую конструкцию.

Гигантский развлекательный парк Ferrari World в Абу-Даби, открытый в 2010 году, имеет самую большую в мире алюминиевую крышу площадью 200 000 м2. Количества алюминия, которое было использовано для нее, хватило бы на изготовление 16 750 автомобилей Ferrari.
Центр развлечений Ferrari World, Абу-Даби, ОАЭ
Концертный зал The Sage Gateshead в Великобритании, спроектированный архитектурной студией Нормана Фостера, своей формой напоминает звуковые волны. Его конструкция состоит из алюминия, стекла и стали.
Концертный зал The Sage Gateshead, Гейтсхед, Великобритания
Из остекленного алюминиевого каркаса выполнена крыша огромного атриума Riverwalk в гостиничном комплексе Gaylord Texan Resort & Convention Center вблизи Далласа в США. Площадь атриума превышает 16 000 м2, при этом в нем поддерживается собственный климат.
Гостиничный комплекс Gaylord Texan Resort & Convention Center, Грейпвайн, США
Знаменитый концертный зал «Дзинтари» в Юрмале в Латвии имеет не просто алюминиевую, но раздвижную алюминиевую крышу – создать такую конструкцию из стали просто невозможно технологически.
Спортивные сооружения
Олимпийский парк, Сочи, Россия
По аналогии с павильонами, при строительстве стадионов, крытых бассейнов и других спортивных объектов алюминий широко используется для сооружения масштабных конструкций нестандартных форм.

Им покрыта крыша Центра водных видов спорта, построенного к Олимпийским играм в Лондоне 2012 года, которая имеет форму огромной морской волны. Длина крыши составляет 160 метров, а вес – 3 тысячи тонн. Под ней расположены два 50-метровых бассейна, один 25-метровый бассейн для прыжков в воду, а также места для 17 500 зрителей.
Центр водных видов спорта, Лондон, Великобритания
Алюминий был одним из ключевых материалов при строительстве олимпийских объектов в Сочи к зимней Олимпиаде 2014 года. Общая площадь светопрозрачных фасадов ледового дворца «Большой», биатлонного стадиона «Лаура» и центра санного спорта «Санки» превысила 16 000 м2.
Ледовый дворец спорта Айсберг, Сочи, Россия
Не останавливаясь на достигнутом, ученые исследуют новые возможности использования алюминия в качестве основного строительного материала. Так ученые из Гонконгского университета науки и технологий разработали инновационные панели на основе алюминия, которые могут применяться при строительстве высотных домов, обеспечивая более высокую энергетическую и экономическую эффективность по сравнению с бетоном и сталью.
В статье использованы фотоматериалы © Shutterstock и © Rusal.

Читайте также
Применение алюминия в других сферах