Алюминиевые светопрозрачные конструкции в современном строительстве

Строительство – одна из основных алюмопотребляющих отраслей. Экологичный и безопасный алюминий востребован в самых разных строительных сферах. А светопрозрачные конструкции, пожалуй, еще и самый высокотехнологичный вид алюминиевой продукции, которую используют архитекторы, проектировщики и строители.
Среди заметных архитектурных объектов, при возведении которых использованы светопрозрачные решения, – находящийся возле самого Кремля парк Зарядье, аэропорт в Симферополе, главный Храм Вооруженных сил в Кубинке, столичный стадион Спартак. Светопрозрачность играет важную роль в обеспечении необходимого уровня естественного освещения, создания микроклимата, инсоляции, тепло- и шумоизоляции в помещении. В целом можно говорить о том, что применение алюминия в светопрозрачных конструкциях переживает сегодня расцвет. Ведь современный архитектурный облик городов формируют высотные башни, а небоскребы – это, в первую очередь, алюминий и стекло. Но так было не всегда.

«Стеклянная кора» в парке Зарядье — крупнейшая в мире светопрозрачная конструкция без ограждающих стен
Взгляд сквозь время
В нашей стране алюминий для светопрозрачных (ограждающих) конструкций начали применять в 1960-е годы. В это время были построены пять крупнейших заводов по переработке алюминия – в Хабаровске, Воронеже, Каменске-Уральском, Белой Калитве и Видном – и закуплено оборудование для экструзии алюминиевого профиля. Именно в тот период у нас появились светопрозрачные конструкции для остекления аэропортов, вокзалов, домов культуры и кинотеатров, научно-исследовательских институтов и других общественных зданий. Один из ярчайших примеров зданий нового типа – Кремлевский дворец съездов. Алюминий, можно сказать, позволил пустить свет в помещение: вместо оконных проемов, архитекторы проектировали фасады и окна от пола до потолка. Некоторое время спустя из Европы пришли новые технологии – так называемый «теплый» профиль.

Ольга Огородникова, эксперт сектора «Строительство» Алюминиевой Ассоциации – «Долгое время алюминий считался фондированным материалом, что было связано с особенностями системы хозяйствования в Советском Союзе, – говорит Ольга Огородникова, эксперт сектора «Строительство» Алюминиевой Ассоциации. – По отраслям его распределяло министерство цветной металлургии. В качестве конструкционного материала он рассматривался для применения в таких областях, как самолетостроение, ракетостроение и судостроение, а в свободном доступе его не было. В строительстве алюминий был своего рода экзотикой».
Лишь сравнительно недавно «крылатый» металл стал доступен архитекторам и проектировщикам. Современные светопрозрачные конструкции пришли на российский рынок около 30 лет назад.
Прозрачность, пластика и свет
Пластичность алюминия делает его идеальным материалом для использования в светопрозрачных конструкциях в отличие от стали и пластика.
«При нагревании до 500°C алюминий становится мягким и пластичным, а после прохождения через матрицу на выходе получается профиль заданной инструментом конфигурации. Благодаря пластичности и деформируемости алюминий легко формообразуется, – поясняет Ольга Огородникова. – Это свойство отличает его от стали, которая не обладает такой пластичностью и, соответственно, получить профиль сложной конфигурации из нее трудно. И само собой сталь никогда не будет легче алюминия».
Пластик, в свою очередь, не имеет необходимых физико-механических свойств строительного материала – для получения конструкции, например, окна большой площади, его нужно усиливать и армировать для повышения статических характеристик. Кроме того, он хрупок при температурах ниже -20 С° и деформируется при температурах выше +50 С°. Архитекторы видят в алюминии идеальный материал для использования в светопрозрачных конструкциях: он легкий, долговечный, и кроме того правильно спроектированное сечение профиля и подобранный алюминиевый сплав позволяют получить статические характеристики, сравнимые со сталью. При расчете схемы нагрузок слабое сечение можно усилить, стенки алюминиевого профиля утолщать, добиваясь компенсации характеристик. Стоимость изготовления нового инструмента и нормы прессования от 1000 кг дают возможность изготавливать профиль под конкретное конструктивное решение. Доступность по стоимости и срокам производства нового сечения профиля для получения в итоге требуемой конструкции и фасада здания и есть основное преимущество алюминия, открывающее новые возможности для архитекторов и проектировщиков. И это особенно актуально при ремонте и реконструкции старинных сооружений и исторических зданий. Неслучайно при создании купола из стекла и металла над Северным и Южным дворами реконструируемого Политехнического музея в Москве из-за «ветхости» кирпичной кладки стен применена легкая алюминиевая конструкция.
Основной вес в светопрозрачных конструкциях приходится не на алюминиевый каркас, а на стекло или стеклопакеты, различных габаритов и структуры
Сплав металла и цифры
Пять лет назад в начале реконструкции Политехнического музея в Москве велись переговоры о создании крыши с немецкими специалистами, но выбор сделали в пользу новосибирской компании «Несущие системы». Новосибирцы предложили при создании светопрозрачной кровли вместо традиционной стали использовать особый алюминиево-магний-кремниевый сплав АД35Т1: он примерно в 3 раза легче стали при сопоставимых прочностных характеристиках. Этот сплав хорошо зарекомендовал себя в машиностроении, он также используется в авиастроении.

В 1872-1908 гг. был построен московский Политехнический музей – один из крупнейших в мире
Еще одной новацией при изготовлении прозрачной кровли музея стало применение технологии информационного моделирования зданий (BIM-технологий – от англ. Building Information Modeling). Чтобы организовать работу сотен специалистов в разных городах и организациях – проектировщиков, производителей металла и стекла, логистов, строителей, проект реализовывался в единой цифровой среде.
Собственно, проектировать столь сложные светопрозрачные конструкции, в которых буквально каждый сегмент уникален, невозможно в привычных бумажных 2D-чертежах. Чтобы освоить новые технологии, новосибирская команда выезжала на обучение в Швейцарию. Результат того стоил: внедрение цифровых методов позволило в 20-30 раз повысить точность соединения пространственных алюминиевых конструкций по сравнению с обычной сваркой.
В 2 раза быстрее удалось изготовить и смонтировать сетчатые конструкции сводов Политехнического музея благодаря BIM-технологиям
На последнем этапе принцип сборки кровли музея напоминал конструктор, в котором каждый элемент пронумерован. BIM-технологии ускорили реализацию проекта: параллельно выполнялись несколько этапов производства стекла и алюминиевых конструкций. Монтаж светопрозрачной кровли завершили за полгода, а традиционные технологии потребовали бы вдвое больших сроков и большего штата сотрудников.
За несколько лет решения беспрецедентно сложной задачи специалисты нескольких компаний – в Красноярске, Новосибирске, Ростове и Москве – получили передовой опыт работы в цифровых технологиях.

Биотехнопарк в Кольцово (Новосибирская область)
Широкий профиль СПК
Сегодня у алюминия как конструкционного материала большой потенциал для расширения применения в различных областях. Этому будут способствовать цифровые технологии опытно-конструкторской базы, а также НИОКРы по огнестойкости несущих конструкций, и разработка новых алюминиевых сплавов с улучшенными физикомеханическими свойствами. Актуальным вопросом остается изготовление габаритного профиля. Новые сплавы и новое оборудование позволят делать стойки шириной до 550 мм, которые смогут удерживать стеклопакеты большего размера, скажем, со стеклом джамбо-формата 3х6, изготавливать ламели и другие декоративные фасадные элементы, которые придадут новым зданиям индивидуальные черты. По мнению экспертов, отсутствие технологического оборудования для изготовления профиля таких габаритов в большей степени влияет на ограничение использования алюминия в строительстве, чем сами физические свойства металла. Необходимо развивать компетенции компаний – переработчиков конструкций, ведь качественный и правильный монтаж играет важную роль в обеспечении длительной эксплуатации светопрозрачных конструкций. Важным направлением также является обеспечение доступности алюминиевых продуктов для розничного рынка. Алюминий из фондированного материала, применяемого в закрытых областях, становится доступным для домохозяйств, в частности, в виде «теплых» алюминиевых окон. Алюминиевая Ассоциация активно участвует в расширении применения алюминиевых конструкций и строительных материалов на основе алюминиевых сплавов, путем совершенствования нормативной базы и обновления стандартов, которые порой содержат необъективные или завышенные требования к алюминию, либо игнорируют алюминий как альтернативный конструктивный материал.
Предприятия – производители алюминиевого профиля для светопрозрачных конструкций: ТАТПРОФ, Алютех, КраМЗ, Сегал, Реалит, Инициал. Сегодня они формируют рынок наружных фасадных конструкций. Албес, Фристайл Технолоджиз – производят продукцию для организации внутреннего пространства
Эта работа приносит ощутимые плоды. Возвращаясь к Политехническому музею – впервые не только в России, но и в Европе при возведении конструкции прозрачной кровли комплекса общественных зданий использовались не комбинация из несущих стальных ферм и прогонов, а самонесущие алюминиевые светопрозрачные конструкции.
Несущие и ограждающие светопрозрачные конструкции делятся на несущие и ограждающие. Первые предназначены для восприятия всех нагрузок и воздействий на здания и сооружения, обеспечивая прочность, жесткость и устойчивость. Вторые несут только свой собственный вес и защищают от ветра и снега

Дмитрий Рачков, руководитель сектора «Строительство» Алюминиевой Ассоциации
«Алюминиевые светопрозрачные конструкции становятся все более востребованными в современном строительстве. Их преимущества хорошо известны – энергоэффективность, экологичность и безопасность. Важно, что благодаря уникальным характеристикам алюминиевых сплавов мы можем изготавливать конструкции практически любых размеров, обеспечивая максимально возможный доступ естественного света в помещения. Кроме того, благодаря современным технологиям нанесения защитнодекоративных покрытий светопрозрачные конструкции повышают выразительность любого архитектурного объекта и при этом обеспечивают длительное гарантированное качество конструкций даже в условиях агрессивной эксплуатации».
Статья предоставлена Алюминивой Ассоциацией