Архитектурные металлы - Architectural metals

Медная звонница церкви Святого Лаврентия, Бад-Нойенар-Арвайлер

Металлы используется для архитектурный цели включают вести, за водопроводные трубы, кровля, и окна; банка, сформированный в жесть; цинк, медь и алюминий в различных областях, включая кровлю и отделку; и утюг, который имеет структурное и другое применение в виде чугун или же кованое железо, или превращен в стали. Металл сплавы используется в строительстве, включает бронза (в основном медь и олово); латунь (медь и цинк); монель металл и нейзильбер, в основном состоящий из никеля и меди; и нержавеющая сталь, с важными компонентами никеля и хром.

Типы металла

Вести

Низкий температура плавления свинца позволили его широко использовать на протяжении всей истории человечества. Свинец одним из первых стал использоваться в качестве листового металла для архитектурных целей.[1] Водопроводные трубы часто строились из свинца, пока в конце 19 века не стала известна опасность его здоровья.

Свинец не подвержен ржавчине и был популярным кровельный материал на протяжении веков использовался для кровли, кровли, водостоков, водосточных труб и кондукторных головок. Свинец лучше всего подходил для крыш с низким скатом, так как крутые крыши могут ползать. Свинцовые крыши в регионах с большими колебаниями температуры, например среднеатлантические государства, испытали ухудшение от постоянного расширения и сжатия, что называется усталостью. Начиная с 19 века, рубероид под названием «Terne »Или« terneplate », состоящий из листового железа или стального листа, покрытого свинцово-оловянным покрытием. сплав. Его часто путают с жесть.[2]

Вести пришел также часто использовался для оконных стекол в мансардных окнах и витражей. Он также использовался для небольших скульптур и садовых украшений. В краску часто добавляли свинец, красный свинец использовался в качестве антикоррозийного пигмента для железа, а белый свинец использовался в качестве краски для деревянных домов. Краска на основе свинца был одним из самых прочных материалов, разработанных в качестве защитного внешнего покрытия. Использование свинцовой краски было ограничено в большинстве зданий из-за опасений отравление свинцом.

Банка

Банка слишком мягкий, чтобы использовать его в архитектурных целях, поэтому его обычно можно разделить на две категории: сплав олова с другими металлами, такими как медь формировать бронза и покрытие оловом более твердых металлов, таких как луженое железо или сталь. Архитектурная бронза обычно содержит около 90% меди и 10% олова, хотя их содержание может сильно варьироваться. Период, термин "жестяной потолок «Это неправильное название, и первые производители не использовали это название. Однако людей, которые работали с листовым металлом, называли жестянщиками, поэтому термин мог возникнуть из этого названия.[3]

Жесть был типом архитектурного материала, состоящего из листового железа или стали, покрытой оловом. «Жестяная крыша», разновидность белой жести, первоначально использовалась для изготовления брони, но в конечном итоге стала кровельным материалом. Жесть использовалась также для украшения, например, декоративных окон, дверных перемычек и штампованных потолков. Декоративный штампованный металл из белой жести был доступной альтернативой штукатурка. Несмотря на то, что жестяная пластина по-прежнему доступна для потолков, кровли и гидроизоляции, она обычно считается дорогостоящей, поскольку начальная стоимость выше, чем у обычных современных типов кровли, таких как асфальт черепица или сборные крыши. Ухоженная жестяная крыша или потолок обычно служат в несколько раз дольше, чем современные материалы, и являются более экономичными, если принять во внимание более длительный срок службы.[4]

Цинк

Чистый цинк использовался для кровли в Бельгии, Франции и Германии, где заменил более дорогую медь и свинец в кровле. Начиная с 1820-х годов, бельгийский листовой цинк импортировался в Америку и использовался строителями в Нью-Йорке и других местах. Чистый цинк подвержен ползучести при обычных температурах.

Оцинкованные металлы были первыми запатентованный в 1837 г. отдельно М. Сорелем во Франции и Х. В. Кроуфордом в Англии. В методах использовался процесс «горячего погружения» для покрытия листового железа цинком. К 1839 году в Нью-Йорке использовалась кровля из оцинкованного листового железа. Торговая биржа на Манхэттене была одним из первых зданий с оцинкованной крышей и оцинкованными желобами. Некоторые оцинкованные кровельные покрытия были прессованы узорами, популярной техникой в ​​викторианскую эпоху.[5]

Еще в 1832 году цинк отливали для скульптур и декоративных элементов в Германии и Австрии. Декоративные архитектурные элементы часто отливали из цинка, так как он легко формовался, стоил недорого по сравнению с камнем и мог быть окрашен для имитации более дорогих металлов. Штампованные сваги, розетки, флер-де-лис а листья аканта стали популярным декоративным украшением как экстерьера, так и интерьера к концу 19 века.[6]

Оксид цинка краски были нетоксичны и устойчивы к загрязнение. Они стали коммерчески успешными и стали доступны в Америке примерно в 1850 году и широко использовались примерно с 1870-х годов. У них было дополнительное преимущество - они были хорошими ингибиторами ржавчины на чугуне и стали.

В первые десятилетия 20-го века в США сократилось использование кровли и украшений из чистого цинка. Сейчас он набирает популярность в чистом виде (99,95%) для строительных материалов. Как правило, цинк архитектурного качества представляет собой цинк с чистотой 99,995% с незначительными количествами титана для снижения коэффициента теплового расширения и повышения прочности на разрыв и твердости, а также меди для улучшения обрабатываемости.[7] Точный состав сплава зависит от производителя и является определяющим фактором цвета конечной продукции цинка. патина. Со временем на цинке образуется характерная патина, переходящая от блестящего серебра к матово-голубовато-серому. Предварительно патинированные покрытия доступны от некоторых производителей, чтобы ускорить процесс естественного патинирования. Цинк по-прежнему используется в сплавах, таких как латунь и нейзильбер, а в гальваника из стали. Сегодня, оцинкованная сталь и материал из чистого цинка, обычно панели со стоячим швом с двойным замком, используются для кровли множества зданий. Ползучесть была уменьшена за счет введения титан в большинстве архитектурных цинка, доступного в Северной Америке. Также распространены оцинкованные гвозди и воздуховоды из листового металла.

Цинк архитектурного качества перерабатывается на 90-95%. Затраты на замену пренебрежимо малы с длительным сроком службы от 80 до 100 лет для цинковой кровли и от 200 до 300 лет для стеновых систем.[8] Эта долговечность - ключевой компонент долговечности. По окончании срока службы строительные изделия из цинка можно перерабатывать на неопределенный срок без потери химических или физических свойств. Использование цинка архитектурного качества может помочь зданию соответствовать требованиям LEED сертификация благодаря высокому содержанию вторичного сырья и экологичности.

Медь и ее сплавы

Основная статья: Медь в архитектуре

Медь это очень прочный металл, выдерживающий коррозия при формировании голубовато-зеленого патина который в разной степени состоит из меди карбонаты, сульфаты, сульфиды, и хлориды. Листовая медь, используемая в качестве кровли, легче деревянной черепицы и намного легче сланца, черепицы или свинца. Кровельную медь можно легко сложить в водонепроницаемые швы или придать форму изогнутому каркасу для купола и купола.

Первоначальная стоимость меди была традиционно высокой, но срок ее службы с лихвой компенсировал цену. Меди также можно придать форму изгибов и углов вокруг дымоходов, краев крыш и слуховых окон. Все гвозди, винты, болты и планки, используемые с листовой медью, должны быть изготовлены из меди или медного сплава, в противном случае может возникнуть гальваническое воздействие между разнородными металлами, что приведет к износу.[9]

Медь также использовалась в декоративных целях, включая архитектурные украшения, сайдинг, потолки или скульптуры. Одним из известных примеров является Статуя Свободы.

Медные сплавы, используемые в архитектуре, включают: бронза, сплав меди и олова, и латунь, сплав меди и цинка.

Никель и его сплавы

Хотя несколько редко, никель применяется для облицовки архитектурных деталей. Никель чаще всего используется для изготовления деталей в виде сплавов: нейзильбер, Монель металл, и нержавеющая сталь.

Никелевое серебро первоначально называлось «немецкое серебро» до Первой мировой войны. Его называли «белой латунью», но, вероятно, его следует называть «никелевой латунью», поскольку оно обычно содержит 75% меди, 20% никеля и 5% цинка. Различное процентное соотношение приводит к разным цветам, включая серебристо-белый, желтый, голубой, зеленый или розовый. Фурнитура из нейзильбера была популярна в США во время Арт-деко и Депрессия Современные периоды. Архитекторы и дизайнеры предпочитали мельхиор, потому что он мог принимать и сохранять надлежащую отделку и устойчив к коррозии.[10]

Металлический монель представляет собой сплав примерно двух третей никеля и одной трети меди. По цвету он похож на платину. Компания Monel впервые использовала нержавеющую сталь в настоящее время. Первое архитектурное использование Монеля было для кровли Пенсильванская железная дорога Терминал в Нью-Йорке в 1909 году. В 1936 году медная крыша на Публичная библиотека Нью-Йорка на Пятой авеню и 42-й улице была заменена металлическая крыша из монеля. Его преимущества в качестве кровельного материала заключались в его способности паять, сваривать или паять на месте, чтобы обеспечить водонепроницаемое сплошное покрытие. Монель был популярен в периоды ар-деко. Во время Второй мировой войны большое количество никеля и меди было направлено на военные нужды, и поставки монеля значительно сократились. После войны нержавеющая сталь и алюминий заменили монель из-за более низких производственных затрат.[11]

Железо и его сплавы

Железо стало важным архитектурным элементом здания. Он использовался в четырех распространенных формах: кованое железо, чугун, листовое железо и сталь.[12]

Кованое железо с 18 века использовался для мелких структурных и декоративных элементов. До середины 19 века использование кованого железа в зданиях, как правило, ограничивалось небольшими предметами, такими как анкерные шпильки, ремни, гвозди и оборудование, или декоративными металлическими изделиями на балконах, перилах, заборах и воротах. Примерно в 1850 году его структурное использование стало более распространенным, поскольку на чугунолитейных заводах начали катать рельсы, тройники и в конечном итоге двутавровые балки. Он также использовался в декоративных целях, например, для украшения балконов или оборудования. Поскольку кованое железо делается вручную, нет двух одинаковых изделий.

Чугун был основным строительным материалом XIX века Индустриальная революция. Несмотря на то, что он хрупкий, он очень силен при сжатии. Он часто использовался для структурных целей, таких как колонны, фасады зданий, купола и световые дворы. Декоративное использование включает лестницы, лифты, перемычки, решетки, веранды, балконы, перила, заборы, уличные фонари и гробницы. В Брэдбери Билдинг является примером обширного декоративного чугуна. Сегодня чугун используется для сантехники и трубопроводов в новом строительстве, а его конструктивное и декоративное использование иногда используется для сохранения исторических памятников.

Листовое железо может быстро подвергаться коррозии, образуя ржавчину. Листовое железо использовалось на протяжении всего XIX века, хотя неясно, насколько широко распространились кровли из листового железа. Прессованное декоративное листовое железо, используемое для потолков, часто называлось «жестяной потолок », Который на самом деле представлял собой листы железа, обмакнутые в расплавленное олово, чтобы предотвратить их ржавление.

Стали был введен в строительную отрасль в конце 19 века. Развитие конструкционной стали в середине 19 века позволило строить высокие дома. Строители и производители обратились к стали, которая была прочнее чугуна на сжатие и кованого железа на растяжение. Когда Бессемеровский процесс была разработана в Англии в 1856 году, и был изобретен мартеновский процесс, сталь производилась в количестве, позволяющем быть экономичным. Мосты, железнодорожные компании и небоскребы были одними из первых крупномасштабных применений конструкционной стали. Хотя железо и сталь не горючие, они теряют прочность в огне, если не защищены от тепла. Почти вся конструкционная сталь должна быть каким-либо образом «огнестойкой» с использованием облицовки из терракотовый, плитка, бетон с штукатуркой, бетон методом распыления или методом распыления изоляция. Железобетон, также называемый железобетон, был разработан в конце 19 века, когда в бетон добавляли стальную проволоку.

Декоративные стали, используемые в зданиях, включают:

  • Нержавеющая сталь, хромоникелевая сталь, разработанная между 1903 и 1912 годами. Ее наиболее важным свойством является устойчивость к коррозии. Он содержит около 18% хрома и 8-12% никеля. Нержавеющая сталь стоит дорого, поэтому она использовалась в основном как не конструкционный металл или там, где существует высокий потенциал коррозии. Одно из самых широких применений нержавеющей стали на раннем этапе было в Крайслер-билдинг.
  • Медьсодержащие стали, содержащие от 0,15% до 0,25% меди, обладают повышенной стойкостью к атмосферной коррозии по сравнению с обычной сталью за счет образования защитного оксидного покрытия, имеющего однородный темно-коричневый цвет и текстуру. Ээро Сааринен экспериментировал с материалом в Дир и компания постройка 1964 года.

Алюминий

Как медь, Алюминий очень устойчив к коррозия. Он также имеет дополнительное преимущество - он на треть легче стали при сопоставимой прочности. Алюминий также можно легко и многократно перерабатывать. Было подсчитано, что из примерно 900 миллионов тонн алюминия, произведенного с 1880 года, три четверти по-прежнему используются в производственных целях, 35% из которых приходится на строительство зданий.[13]

Алюминий был недоступен по разумной цене или в достаточном количестве для общего архитектурного использования до начала 20 века. Архитектурное использование алюминия увеличилось в 1920-х годах, в основном для декоративных деталей. Он использовался для кровли, гидроизоляции, водостоков, водосточных желобов, стеновых панелей и перемычек. В дизайне ар-деко часто используется алюминий для декоративных элементов. Первое широкое использование алюминия в строительстве было Эмпайр Стейт Билдинг, где вся часть башни сделана из алюминия, а также многие декоративные элементы, такие как входы, двери лифта, декоративная отделка и около 6000 окон пеленки. Сегодня алюминий часто используется в строительстве, за исключением основных элементов конструкции.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Симпсон, Памела Х. (1999). Дешево, быстро и просто: имитационные архитектурные материалы, 1870-1930 гг.. Ноксвилл: Университет Теннесси Пресс. п. 31. ISBN  978-1-62190-157-0.
  2. ^ Гейл и Уэйт (1980), стр 8-11.
  3. ^ Ставетейг, Каарен Р. «Исторические декоративные металлические потолки и стены: использование, ремонт, замена» (PDF). КОНСЕРВАЦИЯ (49): 1.
  4. ^ Гейл и Уэйт (1980), стр. 12-13.
  5. ^ Гейл и Уэйт (1980), стр. 15–21.
  6. ^ Симпсон, Памела Х. Дешево, быстро и просто: имитационные архитектурные материалы, 1870-1930 гг.. Ноксвилл: Университет Теннесси Пресс. п. 35. ISBN  978-1-62190-157-0.
  7. ^ Эванс, Лейн. «Архитектурный цинк: от серого к зеленому». construction.com. Строительство McGraw Hill. Получено 20 августа 2014.
  8. ^ «Цинк». www.metaltech-usa.com. Архивировано из оригинал 11 октября 2014 г.. Получено 20 августа 2014.
  9. ^ Гейл и Уэйт (1980), стр 22-34.
  10. ^ Гейл и Уэйт (1980), стр. 35.
  11. ^ Гейл и Уэйт (1980), стр. 35-40.
  12. ^ Гейл и Уэйт (1980), стр. 42-83.
  13. ^ «Глобальный поток металла». Алюминий для будущих поколений. Получено 2014-08-15.
  14. ^ Гейл и Уэйт (1980), стр. 84-88.

Источники

  • Гейл, Марго и Уэйт, Джон Г. (1980), Металлы в исторических зданиях Америки: способы применения и способы консервации, Вашингтон: Министерство внутренних дел, охраны наследия и отдыха США.