Рассматриваются основные направления использования металла в современной архитектуре и раскрываются архитектурно-композиционные возможности металлических конструкций и конструктивных систем. Особое внимание уделено пространственным стержневым и вантовым конструкциям, в которых применение металла наиболее эффективно. Дана общая характеристика металла как конструктивно-отделочного и декоративного материала. Кратко описаны общие свойства, способы производства и обработки металлов. Книга предназначена для архитекторов.

От автора
Введение

Глава 1. Металл как конструкционный строительный материал
Общая характеристика основных строительных металлов
Краткий обзор развития металлических конструкций
Металлические конструкции в современном строительстве

Глава 2. Металл и архитектурная форма
Элементы и системы металлических конструкций
Здания и сооружения с жесткими металлическими конструкциями
Подвесные системы конструкций зданий и сооружений
Большепролетные сооружения с растянутыми ограждающими поверхностями
Металл, мобильная архитектура и градостроительные прогнозы

Глава 3. Металл как конструкционно-отделочный и декоративно-художественный материал
Металл в наружных ограждениях зданий
Металл в интерьере
Металл в малых архитектурных формах, декоративном и монументальном искусстве

Заключение
Список литературы

От автора

Цель настоящей книги, которая, как и вся серия «Материал в архитектуре», предназначена в основном для архитекторов, — рассказать о главных направлениях применения металла в современной архитектурно- строительной практике и тем самым показать возможности, открываемые металлом перед архитектурным творчеством.

Ограниченный объем книги вынудил автора дать лишь самую сжатую характеристику конструктивных форм, многие из которых только названы, и свести к минимуму число примеров. Отдельные положения для большей наглядности иллюстрированы характерными сооружениями прошлых лет, известными большинству читателей. В изложении материала автор старался не касаться, по возможности, вопросов, связанных с субъективными факторами проектирования, восприятия и эстетической оценки конкретных произведений архитектуры.

Приведенная в начале книги краткая характеристика современных способов обработки металлов и их ассортимента даст читателю минимум сведений, необходимых для ознакомления со специальной литературой по строительным металлам и металлоконструкциям.

В подготовке иллюстративного материала принимали участие сотрудники КиевНИИТИ инж. Л.А. Воробьева и фотографы Г.М. Мосунов, А.И. Ранчуков, Н.М. Шомин. В книге использованы фотографии канд. архитектуры В.П. Дахно, выполненные им в зарубежных поездках. Содействие в сборе материала оказали автору сотрудники института Укрпроектстальконструкция. Автор считает своим долгом выразить всем товарищам, помогавшим ему в работе над книгой, искреннюю признательность. Автор выражает глубокую благодарность рецензенту книги канд. архитектуры Ю.С. Лебедеву, а также канд. архитектуры Д.П. Айрапетову и канд. техн. наук В.К. Файбишенко за ценные замечания, которые были учтены при подготовке рукописи к печати. 

Введение

Металлы занимают ведущее место среди современных материалов. Нет такой отрасли науки, техники, производства, которые не были бы связаны с металлом. Успехи металловедения и металлургии в значительной мере определяют развитие народного хозяйства.

Металлами называется группа химических элементов, строение атома которых отличается слабой связью внешних электронов с ядром. Образованные этими элементами вещества в обычных условиях обладают специфическими свойствами: хорошей электро- и теплопроводностью, пластичностью (ковкостью), непрозрачностью и характерным блеском. «Металлом называется светлое тело, которое ковать можно», — так в 1763 г. характеризовал эти вещества в «Первых основаниях металлургии, или рудных дел» М.В. Ломоносов.

В технике металлами называют не только простые вещества, но и многочисленные металлические сплавы — соединения нескольких металлов или металлов с неметаллами. Сплавы обладают большинством металлических свойств, и среди них зачастую есть и такие, которые отсутствуют у простых веществ, образованных теми же элементами.

Во времена М.В. Ломоносова было известно всего шесть металлов: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец. В наше время число известных металлов достигает 80, они составляют почти четыре пятых всех элементов таблицы Менделеева. Количество же металлических сплавов трудно было бы назвать.

К достоинствам металлов как конструкционных и отделочных материалов, определяющим их роль в архитектурно-строительной практике, относятся:

хорошие показатели механических свойств — прочности, твердости, вязкости, пластичности, упругости — с широким диапазоном их в зависимости от состава сплава, методов его производства и обработки;
универсальность прочностных характеристик для всех видов напряженного состояния (сжатие, растяжение, изгиб), в то время как большинство других строительных материалов обладает прочностью преимущественно по отношению к какому-либо одному виду напряженного состояния;
технологичность, или способность поддаваться химической, физической, механической обработке;
газо- и водонепроницаемость, обусловленные большой плотностью;
природные эстетические свойства — блеск и цвет — и возможность получения декоративно-художественного эффекта изменением этих свойств; 
способность сохранять прочностные характеристики и эстетические свойства в течение длительного времени (долговечность), а также при высоких и низких температурах.

Совокупность физических, химических и механических свойств, распространенность в природе, доступность и рентабельность добычи и промышленного производства обусловили распространение в строительстве черных металлов (сплавов на основе железа — чугуна и особенно стали), алюминиевых сплавов и сплавов меди. Их можно назвать основными строительными металлами.

Сталь и алюминий являются важнейшими конструкционными материалами современной архитектуры и применяются для несущих и ограждающих конструкций промышленных и гражданских зданий и сооружений, а также как отделочный и декоративный материал. Медь и ее сплавы в качестве конструкционного материала, как правило, не применяются, но, опираясь на давние традиции, современная архитектура широко использует эстетические богатства цветовой и фактурной гаммы медных сплавов в архитектурных деталях, осветительной арматуре, в произведениях монументального и декоративного искусства.

Кроме сплавов железа, алюминия и меди в архитектурно-строительной практике используются и другие металлы. Так, ванадий, вольфрам, марганец, молибден, ниобий, цирконий, цинк, олово, свинец и многие другие входят в состав конструкционных сплавов железа, алюминия и меди, придавая им специфические свойства. Хром, никель и цинк служат для защитного и декоративного покрытия поверхности изделий из металлов и других материалов. Окиси большинства металлов являются сырьем для производства пигментов, красок и т. д. Освоение промышленных методов добычи и производства новых металлов и сплавов непрерывно расширяет круг строительных металлов [В дальнейшем строительными металлами будут называться все металлы и сплавы, используемые в архитектурно-строительной практике как конструкционные, отделочные или декоративные материалы.], обогащая арсенал материально-технических средств современной архитектуры.

Открытие во второй половине XIX в. промышленных способов производства и обработки чугуна и стали сделало металл одним из основных строительных материалов и оказало огромное влияние на развитие архитектуры. С изобретением и быстрым распространением в строительстве железобетона металл как составная часть этого нового искусственного материала на некоторое время уступил ему ведущую роль в архитектуре. Однако в последние десятилетия вновь все более усиливается интерес архитекторов и инженеров к металлу как материалу с большими архитектурными возможностями, во многом превосходящему железобетон и по прочностным характеристикам, и по эстетическим свойствам, и с точки зрения индустриализации строительства.

Прочность и надежность металлических конструкций при относительно малой их массе, возможность изготовления элементов конструкций на заводах и сокращение благодаря этому сроков строительства, жесткие допуски в размерах и форме элементов, обеспечивающие точность монтажа, гибкость планировки зданий с металлическими конструкциями применительно к условиям эксплуатации, возможность демонтажа и повторного использования конструкций определяют рентабельность металла в несущих конструкциях зданий и в инженерных сооружениях. Благодаря металлу все активнее входят в промышленное и гражданское строительство большепролетные сооружения, успешно развивается высотное строительство, сборно-разборные сооружения способствуют освоению труднодоступных районов земли.

Расширение потребления металла в строительстве обеспечивается непрерывным ростом его производства. За период с 1913 по 1976 г. мировое производство чугуна возросло в 6,3 раза, а стали в 9 раз. В СССР с 1917 г. производство чугуна возросло в 35, а стали в 47 раз. Только за послевоенные годы производство стали в нашей стране увеличилось более чем в 6 раз и достигло в 1979 г. 149 млн. т.

На конец десятой пятилетки предусмотрено обеспечить в СССР производство стали в количестве 160—170 млн. т и в 1,5—2 раза увеличить выпуск эффективных видов продукции черной металлургии: холоднокатаного листового проката, гнутых профилей, проката с упрочняющей термической обработкой и др. За пятилетие намечается в 1,2—1,3 раза увеличить производство алюминия, меди и никеля, в 1,4 раза титана, освоить производство новых экономичных профилей проката цветных металлов.

Для нужд строительства в нашей стране в больших масштабах изготавливаются индустриальные стальные и алюминиевые конструкции и изделия. Отвечая требованиям ускорения технического прогресса в области производства металлических конструкций, успешно решаются задачи «перехода к более современному типу производства — крупносерийному, специализированному, основанному на применении механизированных и автоматизированных поточных линий для всех операций производства».

Производство стальных и алюминиевых конструкций сосредоточивается на крупных специализированных предприятиях. Специализация заводов в сочетании с унификацией конструкций и изделий позволит перейти от индивидуального изготовления конструкций к крупносерийному, а в дальнейшем и к поточному производству. Это существенно повысит как эффективность производства, так и качество изготавливаемых конструкций. В то же время поточное производство массовых конструкций высвободит производственные мощности для изготовления на многопрофильных заводах с гибкой технологией индивидуальных конструкций отдельных зданий и сооружений и опытных образцов новых прогрессивных форм.

Исключительную роль в развитии строительных металлоконструкций в нашей стране сыграло принятое в мае 1972 г. ЦК КПСС и Советом Министров СССР постановление «Об организации производства и комплектной поставки легких металлических конструкций промышленных зданий». За успехи в создании этой новой отрасли промышленного производства группе советских ученых, инженеров, технологов в 1978 г. была присуждена Государственная премия СССР.

Значительные успехи достигнуты в научных исследованиях и опытно-конструкторских разработках в области использования металла в строительстве, которые ведут Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. В.А. Кучеренко (ЦНИИСК), Центральный научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций (ЦНИИПроектстальконструкция). Всесоюзный институт легких сплавов (ВИЛС), кафедры ведущих строительных институтов страны, научно-исследовательские институты системы Госстроя СССР и Госгражданстроя, Гипромез, Промстройниипроект, Теплоэлектропроект и многие другие научные, проектные и учебные организации.

Целенаправленное использование металла в строительстве активно способствует решению задачи, поставленной перед советскими архитекторами и строителями Л.И. Брежневым в докладе XXV съезду КПСС: «Строить быстро, экономично и на современной технической основе».

Металл с успехом заменяет другие материалы в традиционных конструкциях зданий и сооружений, становится важным формообразующим фактором в пространственных стержневых и висячих конструкциях, все полнее и многограннее выявляются его эстетические качества как отделочного и декоративно-художественного материала.

Речь идет не об очередном этапе «борьбы» металла с железобетоном за гегемонию в архитектуре, а о социальной и экономической эффективности использования этих двух основных строительных материалов. Альтернатива «железобетон или металл» отвергнута самой жизнью. И железобетон, и металл, каждый в той области строительства и в тех формах, которые позволяют наиболее полно раскрыть архитектурно-строительные возможности материала, — только так может ставиться вопрос современным ученым, конструктором, архитектором.

Важнейшую роль в этом выборе материала играли и продолжают играть требования к строгой экономии металла. Дефицит металла в строительстве связан не только с трудоемкостью его производства и обработки, но и со всевозрастающими потребностями в нем в тех отраслях народного хозяйства, где он не может быть заменен другими материалами. Поэтому в тех зданиях, сооружениях, конструкциях, где применение металла не дает сколько-нибудь существенного экономического, технического или социального эффекта, предпочтение должно быть отдано железобетону, кирпичу или другим материалам. Но если эффект этот потенциально возможен, задача архитектора и конструктора заключается в том, чтобы найти такие пространственные формы сооружений, в которых максимально используются конструкционные, формообразующие, эстетические качества металла.