Архитектура прозрачной кровли

Многие из нас заметили, что в последние годы в строительном комплексе произошли значительные изменения. И связаны они, прежде всего, с появлением на отечественном рынке большого количества новых современных строительных материалов. Не случайно, что даже одни из наиболее консервативных участков строительства — кровли, получил в последние годы целый ряд новых кровельных материалов.

В последнее время наряду с традиционными кровельными материалами при обустройстве кровли все чаще используют и светопропускающие — стекло, и полимерные материалы. Применение этих материалов позволяет говорить о новой тенденции в современной архитектуре — создание устойчивой связи между внешним пространством и интерьером здания.

Требования к конструкциям

Основная задача светопропускающих кровельных конструкций — обеспечение естественного освещения внутренних помещений здания. Исходя из этого, к ним предъявляются следующие требования:

- обеспечение нормированных показателей освещенности помещений;

- защита рабочих зон помещения от яркости прямых и отраженных лучей солнца;

- обеспечение вентиляции помещения, с возможностью дымоудаления в случае пожара;

- разработка комплекса мер для эксплуатации светопропускающей конструкции (замена светопропускающих заполнений, их мытье и т. п.);

- решение вопросов удаления снега и организованного водоотвода с поверхностей, прилегающих к конструктивным элементам;

- выбор светопропускающих материалов (стекло, стеклопакеты, полимерные материалы);

- статическая прочность конструкции; « гидроизоляция, пароизоляция, теплоизоляция, звукоизоляция;

- вентиляция стыков конструкции и дренаж конденсата.

Светопропускающие кровли могут быть выполнены в виде отдельных наклонных скатов, арок, пирамид, куполов, многоугольников и т. п. При этом в зависимости от назначения внутренних помещений, они могут быть как холодными, так и теплыми.

Типы конструкций

По конструктивному признаку светопропускающие конструкции можно разделить на следующие типы:

- светопропускающие конструкции на основе системных профилей;

- конструкции из самонесущих светопропускающих элементов;

- фонари и мансардные окна.

Из системных профилей можно сконструировать любой тип крыши: скатную, двускатную, шатровую, купольную и т. д. Обычно у производителей профилей имеются готовые технические решения для наиболее распространенных типов крыш; для сложных объектов, силами конструкторов фирм-производителей разрабатываются и специальные решения.

Материалом для системных профилей служит:

- сталь применяется для больших пролетов;

- алюминий—для средних и малых пролетов;

- ПВХ — для малых пролетов.

Профили могут применяться с любым видом светопропускающего элемента. Специалисты отмечают, что между профилем и светопропускающим элементом необходимо наличие уплотнителя (в основном, из синтетического каучука).

Конструкции на основе самонесущих светопропускающих элементов изготавливаются только из полимерных прозрачных материалов. Выполняются в виде различных арок и сегментов, имеют ребра жесткости. Отдельные элементы конструкции могут открываться различными способами, в том числе и автоматически.

Фонари верхнего света — это стеклянный просвет на крыше или остекленный выступ в здании. Они могут быть самых разных видов — прямоугольными, трапециевидными, пилообразными с вертикальным и наклонным остеклением (шедовые), зенитными.

Остекление фонарей выполняется как из светопрозрачных самонесущих элементов, так и на основе профильных систем с заполнением из стекла, стеклопакетов или полимерных материалов.

Кроме перечисленных конструкций, в качестве источников освещения мансардного этажа могут использоваться традиционные окна, располагаемые вертикально и, специально разработанные для этих целей, так называемые мансардные, которые устанавливаются в плоскости кровли (с наклоном скатов 15-90°).

В одном мансардном этаже могут быть применены одновременно и мансардные и обычные вертикальные окна, если это помогает усилить пластику фасада здания и завершить его архитектурное решение.

Алюминиевые профили

Рассматривая алюминий как материал, используемый в строительстве, специалисты отмечают, что в настоящее время алюминиевые конструкции стали важнейшим элементом архитектуры и строительства. Цельностеклянные сооружения, зеркальные фасады, стеклянные кровли и перекрытия атриумов, прозрачные входные группы офисных и торговых зданий превратились в неотъемлемую часть современного города.

Алюминий — превосходный материал для светопрозрачных кровель. Он легкий, прочный и стойкий, не содержит примесей тяжелых металлов и не выделяет вредных веществ под воздействием ультрафиолетовых лучей. Он сохраняет свои структурные свойства при перепадах температур и обладает высокой теплопроводностью. После обработки поверхности алюминиевых изделий, они становятся устойчивыми к вредным воздействиям, вызываемым атмосферными осадками.

Стальные профили

Сталь — это сплав на основе железа, который обладает одним из важнейших свойств — коррозионной стойкостью. Стали также присущи такие характеристики, как хорошая огнестойкость, вязкость при низких температурах, прочность при высоких температурах.

Для изготовления стальных профилей используется высококачественная гальванизированная сталь.

ПВХ профили

Поливинилхлорид (ПВХ) получают из натурального сырья, он состоит на 43% из этилена (продукта нефтехимии) и на 57% — связанного хлора, получаемого из поваренной соли. ПВХ — трудно воспламеняющийся и самогасящийся материал, устойчивый к воздействию щелочей, кислот и извести, а также к атмосферным осадкам.

ПВХ имеет низкий модуль упругости, т. е. деформируется под воздействием высоких температур и внешних нагрузок, поэтому профили из ПВХ обязательно должны быть усилены армирующими стальными профилями.

Светопропускающие материалы

В качестве светопрозрачных материалов для крыш, в настоящее время используются стекло или стеклопакеты и различные полимерные материалы. Специалисты отмечают, что в каждом конкретном случае выбор делают, основываясь на целесообразности применения того или иного материала, с учетом его свойств и технических характеристик.

Стекло и стеклопакеты

Стекло известно людям давно. Древнейшие его образцы обнаружены в Египте. В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, относящиеся к 2000 году до н. э. Однако в архитектуре этот материал начали активно использовать только во второй половине XIX века. Именно тогда появилось множество зданий со стеклянной кровлей, позволяющей в полной мере использовать естественное освещение—торговые пассажи (московский ГУМ), вокзалы (парижский вокзал Д'Орсэ, преобразованный в музей искусств), выставочные павильоны (миланская галерея Виктора Эммануила II). Ажурные геометричные своды, арки и купола стали характерным элементом архитектуры из стекла и металла.

Однако стекла, кроме обеспечения естественного освещения, должны еще и защищать помещения от внешних воздействий — теплоизоляция зимой и летом, звукоизоляция, защитные функции и эстетические свойства. Для обеспечения этих функций разработаны различные типы стекол и изделия с использованием этого материала — стеклопакеты.

Стеклопакеты состоят из двух или нескольких стекол и дистанционной рамки с осушителем. Стекла разделены между собой промежутком, заполненным инертным газом (аргоном, криптоном) и герметично соединены по контуру. Благодаря этому они обладают высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. При изготовлении стеклопакетов используют практически все типы стекол. Их выбор зависит от требований, предъявляемых к конкретной светопрозрачной конструкции.

Современная стекольная индустрия позволяет решать широкий спектр проблем, связанных как с внешней формой остекления, так и с физическими характеристиками остекления крыш.

Полимерные материалы

Одним из первых материалов, в поисках альтернативы стеклу был акрил, именуемый органическим стеклом. Он был изобретен немецкими учеными в 1930 году. В мире используется несколько терминов для его обозначения: полиметилметакрилат (ПММА), акриловое стекло, оргстекло, плексиглас. Это абсолютно бесцветный материал, который выдерживает значительный механический вес, легок в обработке и замечательно поддается горячему формованию.

Однако свойства акрила не во всем могут удовлетворить проектировщиков — это заставило продолжать поиски других полимерных материалов.

ПВХ-кровли

Помимо акрила для устройства светопрозрачных кровель используют гофрированные листы из ПВХ. Наиболее известные в Украине — марки: «ONDEX» (Франция), «SALUX» (Германия) и «PALRUF» (Израиль).

По мнению специалистов, благодаря особому запатентованному процессу производства, при котором лист растягивается в продольном и поперечном направлениях, «ONDEX» отличается высокой прочностью при ударе и деформации. В результате «двуосной ориентации» структура пластика приобретает свойства длительно противостоять механическим нагрузкам.

В целом, гофрированные листы из ПВХ имеют различное предназначение — световые фонари, легкие крыши, защита для балконов и террас, беседки и т. д. Они обладают рядом важных характеристик, среди которых особое место занимает влагонепроницаемость и устойчивость к высоким температурам.

Поликарбонатные кровли

Поликарбонат представляет собой полимер, свойства и стабильность которого позволяют от нести его к пластическим материалам инженерного класса. Его физико-механические качества остаются неизменными в гораздо более широком, чем у акрила диапазоне температур (от -40 до +120°С).

В современном строительстве поликарбонат применяется в двух видах — в виде монолитных и структурированных листов и панелей.

Монолитный поликарбонат используется в качестве кровельного материала и является идеальным материалом, из которого создают как плоские кровли, так и криволинейные формы кровельных конструкций, не уступающие по прозрачности стеклу. Однако, по мнению специалистов, в Украине он применяется редко и связано это, в первую очередь, с его стоимостью. Монолитный поликарбонат значительно дороже структурированных поликарбонатных изделий.

Структурированные листы и панели (их еще называют сотовыми или ячеистыми) — это наиболее распространенный вид поликарбоната в строительной индустрии. Сегодня, в основном, используемый именно в горизонтальных либо арочных перекрытиях. Этот материал весит в 6-10 раз меньше обычного силикатного стекла и в 6 раз меньше акрилового. Гибкость листов позволяет покрывать сооружения сложной геометрической формы. Это различные купола с круглым, квадратным или прямоугольным основанием, протяженные модульные световые фонари с неограниченной длиной и отдельные секции огромных куполов, достигающие 8-Ю м в диаметре (легко транспортируемые и собираемые).

К основным достоинствам структурированных поликарбонатных изделий относятся:

- малый удельный вес (от 0,7 до 4,8 кг/м.кв), что позволяет запроектировать легкие конструкции с большим количеством дизайнерских возможностей и удешевить стоимость покрытия;

- высокие теплоизоляционные свойства (коэффициент приведенного сопротивления теплопередаче составляет 0,30-0, 65 м.кв С/Вт);

- высокая несущая способность;

- прозрачность;

- гибкость, позволяющая легко изготавливать арочные перекрытия;

- высокая химическая стойкость;

- долговечность (гарантированный срок службы —10-12 лет);

- низкая горючесть.

Кроме перечисленных достоинств, сотовым поликарбонатным изделиям присуща высокая ударная прочность. Испытания по методу Гарднера — метод определения стойкости к ударам падающих предметов (Gardner Falling Dart Impact Test) — показали, что сотовый поликарбонат обладает высокой степенью поглощения энергии по сравнению с другими материалами. Это свойство гарантирует высокую стойкость к воздействию града и падающих предметов.

Все эти качества позволяют успешно применять поликарбонатные изделия для создания многих объектов, таких как:

- световые фонари, светопропускающие кровли для промышленных, спортивных и частных зданий;

- навесы для АЗС, автостоянок, рынков, бассейнов и детских площадок;

- теплицы и оранжереи в частном и промышленном применении;

- козырьки, веранды, беседки, душевые кабинки;

- перегородки в офисах, подвесные потолки, декорации сцен в театрах и клубах;

- световые короба, стенды.

Учитывая все особенности и свойства поликарбонатных листов, специалисты отмечают, что поликарбонат — один из наиболее удачных заменителей стекла в применении к светопрозрачным кровельным конструкциям.

На мировом рынке поликарбонатных изделий представлены различные торговые марки сотового поликарбоната. Наиболее известные из них Makrolon (Германия), Makrolux, Oaulux (Швейцария), Barlo PC (Бельгия), Akyver (Франция), Polygal, Danpalon (Израиль), Lexan Thermoclear (США) и другие.

По оценкам специалистов, на украинском рынке поликарбонатных листов и панелей представлены изделия MACROLUX — компании Е. М. P. Sa и DAULUX (Швейцария), поликарбонатные плиты MAKROLON совместного предприятия фирм Bayer AG и Rohm GmbH & Co.KG компании MAKROFORM (Германия), изделия -EXAN GE PLASTICS (Австрия, Англия, Голландия), AKYVER компании KAYZERBERG (Франция), POLYGAL производства компании Polygal industries Ltd (Израиль). Продвигается на украинском рынке и поликарбонатная система светопрозрачных покрытий DANPALON и система ControLite компании DAN PAL (Израиль) и др.

Существует ошибочное мнение, что все марки сотового поликарбоната — один и тот же пластик всего лишь с разными названиями, потому что поставщики сырья для производства поликарбоната одни и те же. Однако в действительности вышеупомянутые материалы отличаются друг от друга, иногда существенно.

Специалисты отмечают, что поликарбонатные изделия различных торговых марок могут отличаться:

- по использованию различного экструзионного оборудования и добавок, определяющих прозрачность, цветность листов и панелей;

- по структуре сот и геометрии изделий;

- по способу нанесения защиты от ультрафиолетового излучения;

Например, панели MACROLUX Longlife (Швейцария), POLYGAL (Израиль) и MAKROLON компании MAKROFORM (Германия), для защиты от ультрафиолетового излучения покрыты неотделимым от них специальным защитным слоем. К тому же листы Makrolon на внутренней стороне имеют покрытие «no drop» — предотвращающее образование капель воды на внутренней стороне панели. Данная технология решает проблему образования капель за счет особой обработки внутренней поверхности этих панелей. Влага в этом случае равномерно распределяется по поверхности листа тонким слоем, что не позволяет нарушить светопропускающую способность поликарбонатных материалов.

На панели POLYCAL может также наноситься специальное покрытие «антифог», предотвращающее образование капель. Панели с этим покрытием, по оценке специалистов, дают хорошие результаты при их использовании в теплицах, так как за счет предотвращения образования капель воды увеличивается светопроницаемость и снижается заболеваемость растений.

Имеет свои особенности и продукция компании GE Plastics — сотовые поликарбонатные листы LEXAN THERMOCLEAR (Австрия), имеют защиту от ультра фиолетового излучения, с двух сторон, что продлевает срок эксплуатации листа при неблагоприятных воздействиях внешней среды.

Система покрытия DANPALON отличается от других поликарбонатных листов тем, что в ней заложена идея вертикальных ребер жесткости. Запатентованный метод сборки и крепления систем с помощью вертикальных элементов экструдированных по краям панелей, обеспечивает покрытию абсолютную герметичность и повышенную прочность.

Поликарбонатные изделия других производителей также имеют определенные отличительные характеристики, при этом необходимо отметить, что каждый производитель постоянно работает над совершенствованием своей продукции, используя последние достижения науки и техники.

В целом, говоря о сотовом поликарбонате, специалисты отмечают, что на сегодняшний день на украинском рынке представлен широкий диапазон этих изделий, как по толщине, так и по разнообразию панелей. Например, в линейке панелей сотового поликарбоната Polygal, присутствует более 10 специальных видов панелей, разработанных для разных климатических и эксплуатационных условий.

Такое разнообразие видов панелей позволяет проектировщикам добиться максимальной выразительности конструкции при неизменно высоких её технических характеристиках.

Состав рынка

На сегодняшний день, по мнению специалистов, украинский рынок светопропускающих кровельных конструкций представляет собой многопрофильный сегмент рынка строительных материалов. В этом сегменте работают фирмы, имеющие в своем ассортименте различные материалы и изделия, применяемые при изготовлении светопрозрачных кровельных конструкций и оказывающие услуги по их проектированию и строительству.

Наибольшее количество фирм (по разным оценкам, только в Киеве их около 50) предлагают алюминиевые профили как украинских, таких как киевский завод алюминиевых строительных конструкций (г. Бровары), СП ЗАО «Донецкий завод алюминиевых конструкций», завод «Югчермет» (г. Днепропетровск) и др., так и зарубежных производителей — Schuco International (Германия), Reynaers Aluminium N. V. (Бельгия), Saray (Турция) и др. Стекло-алюминиевые конструкции производства Four Seasons Solar Corhoration (США) представляет на украинском рынке фирма «Болдеко Инжиниринг». Кроме алюминиевых профилей ряд фирм имеют в своем ассортименте ПВХ профили различных зарубежных производителей — REHAU, SCHUKO, THYSSEN и др.

Около 8-10 фирм в Украине занимаются реализацией стекла отечественных, российских, белорусских и крупнейших европейских производителей — британской компании Pjlkington Glass Ltd, французской St-Gobain и бельгийской Glaverbel S.A.

Как светопропускающий элемент в кровле, в настоящее время в Украине, все активнее используются мансардные окна — ROTO (Германия), VELUX (Дания), FAKRO (Польша) и OKWELL (Словения). Значительную долю рынка светопропускающих материалов занимают системы поликарбонатных панелей.

Стоимость

Светопрозрачные материалы можно условно разделить на три ценовых диапазона. Первый диапазон — высоких цен, занимает стекольная продукция. В диапазон средних цен, специалисты относят поликарбонатные листы и панели. И диапазон низких цен составляют прозрачные ПВХ листы, стоимость которых — от $5 до $7 за 1 м.кв.

Однако, говорить только о стоимости светопропускающих материалов, рассматривая «прозрачные» кровельные конструкции будет не совсем правильно, так как в ее состав входят различные элементы. Поэтому специалисты отмечают, что необходимо говорить о стоимости всей конструкции, которая определяется в процессе проектирования.

Перспектива

Рассматривая украинский рынок светопропускающих кровельных конструкций, специалисты отмечают его динамику в вопросах появления новых материалов. Поэтому говорить о том, что рынок окончательно сформировался пока рано.

В то же время в Украине уже имеются специалисты, способные технологически правильно выполнить монтаж светопропускающих конструкций. Что касается наших сограждан, как потенциальных заказчиков, то и они значительно изменились. Период первого ознакомления с материалами заканчивается. Многие хотят получить конструкцию, изготовленную из современных и качественных материалов. А именно светопропускающие материалы позволяют решить эту задачу.

Крупные операторы светопропускающих материалов считают, что в ближайшее время спрос на эти материалы будет расти. Уже сегодня отмечается значительное увеличение поставок на украинский рынок поликарбонатных панелей и разнообразного стекла мировых лидеров стекольного производства.

Источник:  Бойко Н. / Строительство и реконструкция. 2003. №4. С. 32-33