Окна, витражи, витрины — важнейшие элементы наружного ограждения здания. Их размеры и форма в значительной мере определяют степень комфорта в здании и его архитектурно-художественное решение. Окнами называются застекленные проемы в стенах; витражами — светопрозрачные навесные или самонесущие стены; витринами — светопрозрачные ограждения, используемые для осмотра выставок товаров или предметов искусства. В витринах, в отличие от окон и витражей, предусматривают большеразмерные и особо качественные стекла, исходя из оптимальных условий для осмотра экспозиции.
Светопрозрачные ограждения пропускают солнечный свет в помещение, связывают помещение с наружным пространством, с природой и защищают от холода, перегрева, ветра, дождя, снега и уличного шума. Светопрозрачные ограждения используют также для естественной вентиляции помещений. Конструкции светопрозрачных ограждений должны быть прочны, устойчивы, индустриальны в изготовлении, просты в монтаже и ремонте, допускать возможность их периодической очистки, промывки в период эксплуатации зданий.
При назначении размеров окон и витражей следует иметь в виду следующие соображения: светопроемы имеют .в три раза более низкую теплоизоляционную способность, чем стены (например, окна с двойным остеклением имеют R0 от 0,38 до 0,40 м2-ч-град/ккал вместо 1,15—1,35 у стены). Излишне большие площади остекленения ведут зимой к переохлаждению помещений и значительному увеличению расходов на отопление, а в весенне-летний период— к перегреву помещений.
Борьба с теплопоступлением от солнечной радиации для большинства климатических районов страны связана с большими расходами на солнцезащитные устройства, особенно при необходимости установки кондиционеров.
Светопроемы обладают меньшей звукоизоляционной способностью, чем стены, и вследствие этого в помещения проникает уличный шум.
Избыточное остекление связано с большими единовременными и эксплуатационными затратами. Например, устройство 1 м2 окна с обычным двойным остеклением в деревянных переплетах стоит почти в 1,5 раза дороже такого же участка глухой крупнопанельной стены. Не следует также применять для остекления окон и витражей стекла излишне больших размеров: стоимость крупноразмерного витражного и, тем более, полированного стекла резко вырастает с увеличением его площади.
Конструкция светопрозрачных вертикальных ограждений обычно состоит из оконной коробки или, соответственно, витражного или витринного обрамления, в сочетании со вставленными в них открывающимися или глухими рамками — переплетами. Переплеты заполняют крупногабаритным стеклом или более мелкими открывающимися переплетами форточек и фрамуг. Крупные светопрозрачные ограждения (свыше 2—3 м2) и ограждения с открывающимися переплетами членят на отдельные части при помощи каркаса, состоящего из вертикальных и горизонтальных импостов или средников, которые передают ветровые нагрузки на элементы несущего остова здания. Горизонтальные импосты не рекомендуется делать на уровне человеческого глаза (1,4—1,7 м от уровня пола). Низ окон — подоконники обычно устраивают на высоте 800— 900 мм от пола помещения, а в зданиях повышенной этажности, из психологических соображений, подоконник следует устраивать не ниже чем на 1000—1200 мм. Верх окна желательно максимально приблизить к потолку, что обеспечивает лучшую освещенность в глубине комнаты.
Остовы оконного и витражного заполнения, т. е. коробки и переплеты, выполняют чаще всего из одинакового материала: из алюминия, стали (обычной строительной и нержавеющей), дерева и пластмасс, а иногда из их сочетаний.
Звукопоглощающие подвесные потолки устраивают из однослойных пористых или из двухслойных плит. При устройстве потолков из однослойных плит широко используют плиты, вес 1 м2 которых колеблется в пределах от 1,5—2 до 8-9 кг. Древесноволокнистые плиты толщиной 15—20 мм и цементно-фибролитовые плиты толщиной 30—35 мм имеют размеры 0,5X0,5 м и 0,5X1 м. Минераловатные и стекловатные плиты изготовляют размером 0,4X0,5 м и толщиной,20—25 мм с круглой или щелевой перфорацией на 2/з толщины плиты. Плиты покрывают белым или цветным декоративным слоем толщиной 1,5—2 мм. Плиты «акмигран» и «акминит» имеют размер 300X300 мм и толщину 20 мм. Первые изготовляют из минеральной ваты, крахмала и различных наполнителей, вторые — из минеральной ваты, крахмала, литопона и поливи-нилацетатной эмульсии. Лицевая сторона плит выполнена в виде направленных трещин (каверн) разного размера под выветрившийся известняк или отделывается нанесением орнаментов или геометрического рисунка. Однослойные плиты крепят к направляющим подвесных потолков шурупами или путем насадки на остроконечные кляммеры. Плиты «акмигран» и «акминит» вдвигают б направляющие элементы подвесных потолков или приклеивают специальными мастиками непосредственно к жесткой поверхности перекрытий. В каждом поперечном шве между плитками устанавливают по две фибровых шпонки, что обеспечивает качественную поверхность потолков.
В двухслойных плитах в качестве лицевого слоя применяют корытообразные алюминиевые листы-кассеты или асбесто-цементные листы со сквозной перфорацией. В качестве звукоизолирующего слоя применяют рыхлые древесноволокнистые плиты, стеклянную или минеральную вату, очесы капронового волокна, обвернутые стеклотканью, и др. Между перфорацией и звукопоглощающим материалом прокладывают тонкую папиросную бумагу черного цвета. Бумага предназначается для предотвращения попадания мелких частиц звукопоглощающего вещества в помещение и одновременно придает дну перфорации одинаковый цвет.
В многоэтажных зданиях применяют корытообразные алюминиевые профили небольших сечений, которые крепят к направляющим; в большепролетных зданиях алюминиевые листы применяют больших размеров, например 2,3X2,8 м; листы через закладные детали и подвески крепят к несущим конструкциям.
Купольные оболочки представляют собой поверхность вращения вокруг вертикальной оси некоторой геометрической кривой (кругового сегмента, параболы и т. д.). В большинстве купольные оболочки представляют собой часть поверхности шара, опирающегося по всему периметру или на отдельные точки, расположенные по контуру. Купольная оболочка наиболее проста и экономична по расходу материала. Монолитный железобетонный сферический купол театра в Новосибирске, имеющий диаметр у основания 55,5 м, выполнен толщиной 8 см (1/685 пролета), а купол диаметром 95 мм. перекрывающий стадион в Пуэрто-Рико, имеет толщину 150 мм (1/630 пролета).
При устройстве сборных куполов их разрезают горизонтальными и меридиональными швами на элементы, имеющие форму сферических трапеций, или решают как многогранник, разбитый на элементарные треугольники.
Разрезка сфер купола на треугольники минимального количества типоразмеров разработана в Московском архитектурном институте проф. М. С. Туполевым. Такие купола можно выполнять как сплошную оболочку из треугольных ребристых плит, как пространственную сетчатую раму из жестких стержней (например, труб) или как комбинированную конструктивную систему из жестких сжатых и гибких растянутых элементов.
Сборный железобетонный купол монтируют с соблюдением тех же условий жесткости всех стыков, как и во всех рассмотренных выше оболочках.
Металлический сетчатый купол из труб или проката монтируют с использованием типовых узловых крепежных деталей на болтах с гайками и контргайками, на сварке или автозаклепках. По сетчатой системе купола укладывают легкие кровельные панели или (в сезонных постройках) подвешивают тент, напрягаемый специальными устройствами.
Купол запроектирован в Московком архитектурном институте проф. М. С. Туполевым в виде сборной системы из металлических прокатных профилей, составляющих плоские шестиугольники и пятиугольники, усиленные диагональными элементами. Как вариант, предложено заполнить все просветы либо предварительно напряженными тросовыми конструкциями по типу велосипедного колеса, либо воздухонаполненными дисками с подушками из синтетических тканей, либо утепленными настилами из гофрированного алюминия.
Складчатые купола монтируют из армоцементных пространственных скорлуп, расположенных в один или два яруса. Скорлупы можно изготовлять в земляной форме.
Оболочки с поверхностью гиперболоида вращения (гипара) чаще всего применяют для покрытия помещений, прямоугольных в плане. В этих случаях гипар представляет собой слегка перекрученный в виде пропеллера прямоугольник, у которого все линии, параллельные контурным сторонам, прямолинейны. Это позволяет членить такие покрытия на почти одинаковые прямоугольники, что в значительной мере облегчает сборность конструкции за счет небольших изменений в ширине швов.
Применение подвесных потолков вызывается необходимостью скрыть расположенные под потолком воздуховоды кондиционирования воздуха, вентиляции и электрические разводки, улучшить акустические качества помещения, изолировать интерьер от пролетных конструкций или вывести межферменное пространство из отапливаемого объема здания. В последнем случае образуется холодный чердак и утеплитель укладывается на плиты подвесного чердачного перекрытия.
Конструкции подвесных потолков должны быть прочными и жесткими с учетом требований транспортировки элементов, их монтажа и последующей эксплуатации. Форма подвесного потолка и его конструктивное решение должны обеспечить необходимые акустические условия. Твердые и плотные отделочные материалы усиливают отражение звука, мягкие пористые материалы поглощают значительную часть звуковой энергии и ослабляют отраженный звук.
Теплотехнические требования предъявляют к утепленным подвесным потолкам, выполняющим функции чердачных перекрытий. В зданиях с теплым межферменным пространством специальных теплотехнических требований к подвесным потолкам не предъявляют, так как они расположены в габаритах отапливаемой зоны здания.
Декоративная обработка подвесных потолков дает большие возможности оформления интерьера помещений.
Крепление каркасов подвесных потолков к несущим конструкциям выполняется по трем основным схемам:
Схема I — крепление каркаса подвесного потолка к железобетонным плитам междуэтажных перекрытий с помощью подвесок. Подвески крепят к металлическим пальцам, которые во избежание коррозии оцинковывают и покрывают цементным раствором. В этой схеме различают каркасы подвесных потолков с направляющими из металла и из дерева.
Схема II — при устройстве подвесного потолка под фермами или перекрестно-ребристой конструкцией, если шаг ферм или размер ячеек не превышает 3 м, направляющие балки подвесного потолка укладывают по нижнему поясу пролетных конструкций или подвешивают к нему.
Схема III — при шаге ферм или размеров ячеек перекрестно-ребристой конструкции б м направляющие элементы подвесных потолков крепят к железобетонным плитам покрытия с помощью подвесок. Подвески имеют натяжные муфты для регулировки горизонтальности плоскости потолка. К нижнему поясу подвесок приваривают направляющие элементы. При желании устройства оштукатуренного потолка криволинейной поверхности к нижним концам подвесок крепят арматурные решетки с натянутой на них проволочной сеткой, по которой наносят штукатурный раствор. Возможно крепление направляющих элементов к дополнительным балкам, подвешенным к нижнему поясу ферм или к несущим элементам покрытия. К сборным оболочкам, куполам и висячим покрытиям направляющие элементы подвесных потолков крепят с помощью подвесок, аналогично конструкции.
Материалы подвесных потолков выбирают исходя из функционального назначения: звукопоглощающий (акустический) потолок, устройство рассеянного равномерного освещения (световой потолок), декоративный потолок и потолок комплексного назначения, выполняющий функции декоративные, звукопоглощения, утепления и имеющий вкомпонованные в него приборы освещения.
Бочарные оболочки в отличие от цилиндрических имеют продольную ось, изогнутую по кривой с выпуклостью . кверху, которая чаще всего очерчена по окружности. В этом случае оболочка имеет форму тора, у которого отношение диаметра кольца к диаметру его продольного сечения выражается числом не менее пяти. Бочарные оболочки работают и в поперечном, и в продольном направлении подобно сводам. Мощные затяжки, подвешенные под продольными ребрами или находящиеся под землей на уровне опор, воспринимают распор в направлении пролета.
В поперечном направлении распор от оболочки воспринимают диафрагмы жесткости и бортовые элементы, а в смежных оболочках этот распор взаимно погашается соседними элементами. Поперечные сечения бочарных оболочек обычно по всей длине свода, за исключением опорных зон, принимают круговыми. В опорных зонах оболочка большого пролета заканчивается коноидальным элементом, обеспечивающим переход от кругового поперечного сечения средней зоны к прямоугольному но линии опирания. В сборных оболочках плиты промежуточных зон монтируют на металлических решетчатых опорах. По этой системе в Ленинграде построено покрытие над автогаражом пролетом 96 м, состоящее из 12 сводов шириной 12 м каждый. Все покрытие разрезано продольно температурно-осадочным швом, делящим конструкцию на две самостоятельные части с шестью сводами в каждой. Приведенный расход бетона на 1 м2 покрытой площади указанного гаража составляет 12 см, а расход стали 24 кг/м2.
Для улучшения внешнего вида и некоторых эксплуатационных свойств керамических изделий – атмосферостойкости, водонепроницаемости и др., их декорируют либо при формовании – создают рельефную поверхность, торкретируют сырец, используют ангобирование или двухслойное формование, либо после сушки или обжига – глазуруют, окрашивают специальными красками с последующим повторным обжигом.
Наибольшее распространение получило глазурование, особенно в производстве керамических плиток, санитарно-строительной керамики, изразцов; иногда глазурование используют при изготовлении лицевого кирпича, черепицы. Глазурную суспензию наносят на изделия окунанием с выдержкой в глазури в течение 2-6 с, распылением или поливом на специальных глазуровочных конвейерах и машинах. Распыляют глазурь пневматическими форсунками или центробежными дисковыми распылителями, для полива применяют устройства типа «щель», лотковые, колоколообразные и др.
Ангобирование применяют в целях экономии красителей в производстве лицевого кирпича путем напыления тонкого слоя цветной глиняной суспензии на ложковую и тычковую сторону глиняного бруса, выходящего из пресса. Двухслойное формование основано на объединении в специальной формующей головке двух формовочных масс, поступающих из перпендикулярно установленных друг к другу ленточных прессов с целью образования двухслойного бруса.
Торкретирование при изготовлении лицевого кирпича осуществляется с использованием окрашенного песка, каменной крошки и проч. материалов, наносимых с помощью пескоструйных аппаратов на свежесформованный глиняный брус и последующим вдавливанием минеральной крошки обрезиненным валиком.
Рельефную фактуру получают накатом, вдавливанием при формовании и допрессовке сырца при производстве плиток и лицевого кирпича. Поверхностное окрашивание методом шелкотрафаретной печати (сериографии) широко используют в производстве плиток. Рисунок наносят после утель-ного обжига с помощью печатных станков, входящих в состав специальных конвейерных линий, и закрепляют последующим повторным обжигом. Возможно нанесение сухой глазури при прессовании, что позволяет исключить глазуровочный конвейер, сократить сроки сушки и использовать однократный обжиг.
Камерные обжиговые печи бывают производительностью до 7 млн. шт. усл. кирпича в год. Печи имеют небольшие габариты, незначительный расход газа 300-400 кг. усл. топлива на 1000 шт. усл. кирпича.
Напольные печи со съемным сводом представляют собой непрерывный замкнутый обжиговый канал с подвижной зоной обжига, сочетая преимущества кольцевой и туннельной печей. Тоесть, с одной стороны они полностью механизированы, с другой – не требуют парка обжиговых вагонеток. Кирпич загружается в эти печи и выгружается через своды пакетами по 300-600 шт. После загрузки свод перекрывается плитами из огнеупорного материала, и обжиг производится как в обычной кольцевой печи.
К достоинствам этой конструкции можно отнести рассредоточенный отбор дымовых газов и нижнее расположение горелок. Что позволяет производить кирпич более высокого качества, чем в туннельной печи. Поскольку нет обжиговых вагонеток и систем рециркуляции, а при одинаковой производительности кольцевая печь в три раза короче туннельной, капитальные затраты на строительство такой печи в 2,5-3 раза ниже. Расход газа 100-120 кг усл. топлива на 1000 шт. усл. кирпича. При небольшой производительности и пластическом способе формования (5-8 млн. шт. усл. кирпича в год) напольные печи могут быть совмещены с сушилами. Топливом в таких печах могут служит газ, уголь, мазут, дизельное топливо; они также могут быть и электрическими.
При реконструкции действующих предприятий с кольцевыми печами у последних арочный свод заменяют плоским съемным из высокотемпературных легковесных материалов на металлической раме. Подъем и установка панелей съемных сводов, загрузка и выгрузка пакетов изделий производят передвижные краны, установленные над печью. Это позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия труда, сократить численность обслуживающего персонала на 15-20%, увеличить производительность печи на 20-40% и снизить расход топлива на обжиг кирпича на 10-20%.
Получают распространение пока еще экспериментальные печи обжиговые печи, как-то колпаковые и других конструкций. Колпаковые циркуляционные печи рабочим объемом от 3,5 до 50 м3 позволяют сократить площади обжигового отделения по сравнению с туннельными печами в 3-4 раза и, следовательно, затраты на строительство, оптимизировать процесс обжига за счет равномерного нагрева и охлаждения довольно плотной садки изделий – кирпича, черепицы и т.п. изделий. Удельная производительность 1м2 пода печи – до 500 тыс. шт. усл. кирпича в год, удельный расход топлива -150-200 кг усл. топлива/1000 шт. кирпича, к.п.д. – до 50%. Время обжига изделий в печи – 8-12 ч. По сравнению с туннельными и камерными печами удельная поизводительность 1 м2 пода колпаковой печи выше в 6-8 раз. На рис. 3.26 представлена колпаковая циркуляционная печь ТЕСКА производительностью 2 млн. шт. усл. кирпича в год.
Изделия тонкой керамики обжигают в щелевых печах однорядного обжига с роликовыми и сетчатыми конвейерами.
Для обжига изделий грубой керамики применяют туннельные печи (чаще всего), камерные, печи со съемным сводом, колпаковые и др. К достоинствам туннельных печей относится возможность автоматизации процесса садки кирпича-сырца на обжиговую вагонетку. Туннельные печи характеризуются высоким энергопотреблением, но при низкой стоимости энергии этот тип печей считается наилучшим. Кроме этого, на сооружение туннельных печей требуются существенные капитальные затраты, которые в значительной степени складываются из стоимости парка обжиговых вагонеток и системы рециркуляции газов. Эти элементы составляют в стоимости печи около 50% и, находясь в области высоких температур, постоянно выгорают, поэтому требуют полной или частичной замены каждые 2-4 года, не говоря о текущих ремонтах. Расход газа на обжиг кирпича в туннельных печах -130-160 кг на 1000 шт. усл. кирпича. Длина обжигательного канала туннельных печей 48-408 м, ширина 1,7-4,7 м, рабочая высота 1,3-1,9 м. Но есть печи и больших размеров. Туннельные печи бывают одно- и многоканальными с прямолинейным обжигательным каналом. Нагрев изделий осуществляется прямым огнем или через муфель. Последнее дороже, но изделия получаются качественнее. Применение глинистого сырья малочувствительного к сушке позволяет совместить сушку и обжиг в одном агрегате. Садка свеже-сформованного сырца производится в этом случае сразу на печные вагонетки. Совмещение сушки и обжига в одном агрегате снижает трудозатраты на 35% и расход топлива на 20-25%.
Теплопроект разработал сборные конструкции туннельных печей для обжига кирпича, принципиальной особенностью которых является применение в качестве футеровочных материалов волокнистых огнеупоров. Это позволяет снизить расход топлива на 5-7%, снижает материалоемкость и расход огнеупоров в 12-15 раз, дает возможность быстрого вода печей в эксплуатацию и проч.
Основное назначение сушки и обжига – при минимально возможных затратах топлива и времени получить изделия требуемого качества, определяющего из техническую ценность.
Для проектирования новых и реконструкции действующих предприятий строительной керамики используется большое разнообразие типоразмеров сушил и печей различных конструкций – туннельных, камерных, щелевых и проч.
Выбор типа сушила или печи и назначение режима сушки или обжига зависит от состава массы, формы и размеров изделий.
Сушку грубой строительной керамики – кирпича, крупноразмерных керамических камней, дренажных и канализационных труб черепицы и др. производят в туннельных сушилах непрерывного действия и камерных сушилах периодического действия. Теплоносителем служат дымовые газы обжиговых печей или специальных топок. Для обеспечения циркуляции теплоносителя и, таким образом, ускорения и повышения равномерности сушки теплоноситель подают через ротамиксеры на полу сушил или осевые вентиляторы на тележках.
Сушку керамических плиток различных видов производят в конвейерных радиационных и радиационно-конвективных сушилках с однорядной садкой на роликовых, сетчатых и цепных конвейерах. Теплоносителем служит горячий воздух, нагреваемый в калориферах.
Штампование используют при изготовлении из пластичных масс изделий сложной конфигурации – фальцевой черепицы, изразцов и т.п. Предварительно сформованные на ленточных прессах валюшки затем штампуют на револьверных или рычажных прессах.
Полусухое и сухое прессование изделий из порошковых масс используют для получения керамических плиток, кирпича и камней. Полусухое прессование кирпича осуществляется на отечественных и зарубежных рычажных, колено-рычажных, ротационно-рычажных прессах под давлением 15-40 МПа: для глин – 20-30 МПа, диатомитов – 15-25 МПа, аргиллитов и отходов углеобогащения – 25-40 МПа; продолжительность прессования – до 6 с. Рациональным для формования способом полусухого прессования считается следующий зерновой состав пресс-порошка (% по массе): 0-1 мм – 50, 1-2 мм – 25, 2-3 мм – 25.
Литье в гипсовые формы применяют для получения керамических изделий сложной конфигурации – санитарно-строительных, архитектурных деталей и проч. Отливают изделия на двухъярусных тележечных литейно-подвялочных конвейерах. Тележки с формами проталкивают и перемещают с одного яруса на другой гидравлическими толкателями и подъемниками. На первом ярусе готовят формы и заливают в них шликер. Тележки с формами проталкивают в камеру набора черепка с температурой 35-40°С на 1,5 ч (длина камеры примерно 2/3 длины яруса). Срок уплотнения шликерной массы зависит от свойств шликера и гипсовых форм, температуры и влажности окружающей среды. Затем тележку с формами наклоняют, и излишек шликера сливают. В конце нижнего яруса гидроподъемник поднимает тележки с формами на верхний ярус, а гидротолкатель проталкивает их в камеру закрепления черепка на 3 ч при температуре 35-50°С. Затем тележку с формой опускают снова на нижний ярус. Здесь гипсовую форму открывают, отливку извлекают, устраняют дефекты. Подвяливают, снова оправляют и подают в сушильную камеру. Гипсовые формы перед очередной заливкой шликера высушивают при температуре 55-60°С.