Стальные элементы конструкций структурного остекления фасадов: производство и технологии

Для изготовления крепёжных, несущих, натяжных и прочих элементов конструкции структурного остекления используется сталь, к ее составу, характеристикам и конфигурации деталей предъявляются специфические требования.

Производство стали

Производство стали для применения в фасадных структурных конструкциях требует соответствия стандартам, разработанным американским институтом AISC (AmericanInstituteofSteelConstruction) для стали, применяемой в структурных архитектурных системах AESS (Architecturally Exposed Structural Steel). Эти стандарты определяют такие важные параметры как финишное покрытие стали и обработка сварочных швов.

Сварочные швы могут иметь финишную обработку под гладь поверхности металла или даже быть отполированными, если это требуется.

Такое внимание к производству самой стали приводит к соответствующим требованиям для финишных покрытий материала. Высококачественные двух или трёх-компонентные алифатические уретановые покрытия могут быть окрашены в широкий спектр стандартных цветов, и цветов металлик, для выполнения не только практических, но и эстетических функций.

Процедура нанесения обычно предполагает подготовку поверхности, её очищение и последующее нанесение первичного покрытия (праймера) с высоким содержанием цинка, после чего наносятся финишные покрытия.

Литьё стали

Отливка стали – процесс очень старый, имеющий свои традиции в строительстве и архитектурном искусстве.

Из литого железа были выполнены структурные основы построек из металла и стекла еще в 19 веке, поэтому литье занимает центральное место в истории использования стекла в архитектуре.

Литые компоненты широко используются современными европейскими архитекторами.

Ренцо Пиано и Ричард Роджерс при поддержке инженера Петера Райса и локального сталелитейного производства, применили литые компоненты для соединительных узлов и других компонентов фасада центра Пампиду (CentrePompidou) в Париже.

Литейный процесс обеспечивает большую гибкость в дизайне компонентов, что подтверждается огромным количеством деталей, произведенных для разных проектов.

Литьё стали относится к недорогим способам изготовления, не требующим больших партий компонентов для снижения издержек.

Проблемы, возникшие с литыми компонентами тросовой системы здания Javits Convention Center в Нью Йорке в 80-х годах, привели в результате к серьёзным задержкам при возведении конструкции.

Это активно муссировалось в публикациях и принесло дурную славу литым элементам в строительной индустрии США, что привело к крайне малому использованию литейного производства в строительстве последующие 20 лет.

Литьё вернулось на рынки США только с активным применением технологии структурного остекления. Спайдерные крепления, крепежи для канатных сеток и другие компоненты фасадного дизайна отливаются из нержавеющей стали или ковкого железа.

Крупные сталелитейные производства США, Европы и Азии обеспечивают потребности мирового строительного рынка.

Литье по выплавляемым моделям – процесс, позволяющий производить точеные компоненты в относительно небольшом количестве.

Конечно, существуют и некоторые ограничения, например дизайн компонетов должен быть разработан с учетом специфики сталелитейного процесса. Для литья подходит ограниченное количество материалов. Так же трещины и пустоты (лакуны) – самые распространённые проблемы сталелитейного производства, поэтому требуются меры предосторожности и постоянный контроль качества, включающий тесты на разрушение, а также радиографические и магнитные методы.

Стальные сплавы для фасадных конструкций

Существует несколько вариантов стальных сплавов для литья, включая сплав ASTMA316, который часто используется для изготовления компонентов и крепежей благодаря своей превосходной коррозийной устойчивости. Существуют и более прочные сплавы, но помимо прочности учитывается так же простота обработки и стойкость к коррозии.

Некоторые сплавы требуют пассивирования после отливки, это процесс, который удаляет загрязнения с поверхности, которые могут приводить к потускнению и коррозии материала.

Поверхность металла после отливки, требует полировки, дробеструйной или похожей обработки для придания компоненту однородного вида.

Ковкое железо (высокопрочный чугун)

История литья ковкого железа насчитывает более 2000 лет. Однако, сплав, применяемый для производства в настоящее время, был изобретен в сороковых годах металлургом Кейтом Миллисом. Высокопрочный чугун содержит графит сферической формы, что придает ему большую эластичность и пластичность, чем у большинства сортов литой стали.

Несмотря на то, что большая часть литых компонентов и крепежей для структурного остекления фасадов выполняется из нержавеющей стали, ковкое железо представляет собой подходящий материал для массивных элементов.

Ковкий чугун – это не один материал, а группа материалов, с функциональным набором свойств.

Американское сообщество DuctileIronSociety представляет собой богатый источник информации для дизайнеров и инженеров по всем аспектам материала и его обработки, а так же по литейным производствам.

Типичный состав железного сплава, который может быть использован для изготовления архитектурных элементов фасадов, приведен в таблице.

Углерод3.7%+/- 0.2%
Силикон2.5%+/- 0.2%
Марганец0.28%+/- 0.03%
МедьСколько требуется+/- 0.05% до 0.8%максимум
НикельСколько требуется+/- 0.10% до 2.0%максимум
МолибденЕсли требуется+/- 0.03% до 0.25%максимум

 

 

Механические свойства

Ковкое железо (высокопрочные чугуны) – это группа материалов, чьи механические свойства могут широко варьироваться с помощью выбора температурной обработки. Высокая температура (аустемперинг) 400С позволяет получить чугун с высокой ковкостью пределом текучести 500 Мпа, хорошими показателями по стойкости к усталости и ударам.

Более низкая температура обработки 260С даёт чугун с очень высоким пределом текучести 1400 Мпа, высокой прочностью и износоустойчивостью. Такой высокопрочный чугун имеет более низкую стойкость к контактной усталости как аустемпированный, но она может быть значительно повышена путем правильной прокатки или шлифования.

Таким образом с помощью регулировки температурных условий можно придать чугуну ряд характеристик, не свойственных ни одному другому материалу.


Пожалуйста, поделитесь статьей: