Мідь в архітектурі

МІДЬ В АРХІТЕКТУРІ Факти про властивості та використання міді архітекторами

Чому мідь?

 мідь – це природний матеріал: • доступний у різних станах, від руди до листів різних розмірів; • з плином часу вона покривається патиною; • має красивий природний колір; • водостійка;  мідь не вимагає реставрації;  мідь стійка до корозії;  її можна стовідсотково переробляти;  мідь не горить;  мідь – це матеріал, який гармоніює із довкіллям;  термін служби міді перевищує 100 років;  мідь – це матеріал, що не ламається при низьких температурах;  чудовий будівельний матеріал: • в індивідуальних проектах; • у легких конструкційних системах; • мідь легко монтувати; • мідь можна легко формувати.

Зміст

Вступ

5

ПАРАМЕТРИ міді

як будівельного матеріалу

6

Економіка Мідь та її роль у житті людини Фізичні та механічні властивості міді Виникнення патини Сумісність міді з іншими будівельними матеріалами

Школа «Вальдорф» у Будапешті, Угорщина

Конструкція та монтаж дахових і фасадних систем з міді

16

Дахові системи Облицювання стін, системи фасадних покриттів Основа для дахових систем Стики та кріплення

фізикА будівлі

26

Загальні положення Оцінка

Післямова

31

Посольство нордичних держав у Берліні, Німеччина

Музей де Янґа у Сан-Франциско, США

Вступ

Використання міді та мідних листів має дуже довгу історію. Збереглося чимало старих будинків з мідним покриттям, яке налічує кілька сотень років й надалі справно виконує свої функції. Цей матеріал не лише декоративний і шляхетний, але також винятково міцний та надійний. Наприкінці XIX ст. якість виконання мідних архітектурних елементів досягла свого найвищого рівня в історії. Значне покращення якості архітектурних виробів, розвиток будівельної промисловості та виконавчої майстерності не досягали, однак, того рівня, яким віртуозно володіли ремісники, виробляючи мідні декоративні елементи; а естетичні смаки пізніших часів та підхід, який уособлював строгість у стилі, якому тоді надавали перевагу, призвели до того, що мистецтво виробництва мідних покрівельних систем не розвинулося.

Посольство Австрії в Берліні, Німеччина

У попередні десятиліття використання природної міді як будівельного матеріалу було значно обмежене. Навіть у європейських стандартах раніше не було записів, які б стосувалися цих питань. Спосіб використання міді в архітектурі є достоту такий самий, як використання інших металів (наприклад, цинку, оцинкованої сталі тощо), але саме через це спеціалісти повинні брати до уваги характерні особливості цього матеріалу, а також докладно дотримуватися приписів, що стосуються

різних архітектурних вирішень. Мета цієї публікації – збільшити зацікавлення унікальними рисами, притаманними міді, описуючи її особливі властивості та показуючи негативні наслідки неправильного використання міді, які можуть обмежити ширше застосування цього матеріалу. Ми хотіли б переконати читачів у тому, що мідь може відігравати важливу роль не лише під час реставрації найпрекрасніших будинків чи пам’ятників. Нині завдяки розвиткові сучасних технологій виробництва міді набагато дешевшим стало виробництво окремих виробів з цього матеріалу, а його використання – більш масовим. Мідні фасадні панелі можуть бути чудовим завершенням нових або реставрованих будівель на всій поверхні будинку чи лише на фрагменті фасаду або ж як конструктивний елемент дахового покриття. Нині мідь має змогу стати дуже привабливим будівельним матеріалом, оскільки її можна легко формувати, їй притаманна широка гама вирішень при створенні різноманітних та неповторних архітектурних форм. Мідь винятково добре гармоніює із сучасними архітектурними формами, вона може бути прекрасним тлом для різноманітних деталей або орнаментів, виконаних з інших матеріалів. Мідь – це природний матеріал, який ідеально піддається повторній переробці та має практично вічний термін служби.

Вступ

Параметри міді як будівельного матеріалу

економіка Люди, навіть фахівці, зазвичай мають хибне уявлення щодо економічних показників міді. Мідь як матеріал асоціюється з поняттям «дорогий», а тому, як правило, її навіть не беруть до уваги при виборі певних архітектурних рішень. В економічних підрахунках витрати на утримання будинків та їх реставрацію – що розглядаються в часовій категорії як «витрати на будівельні матеріали» – постійно зростають. З огляду на безперервне збільшення цих витрат, на подальшу перспективу економічно більш доцільним є використання матеріалів та конструкцій, які не вимагають великих зусиль для відновлення об’єктів, а також є міцними. Мідь, без сумніву, належить до них. Якщо говорити про дахові покриття з міді, то інвестиційні витрати сплачуються лише один раз, і в майбутньому не потрібні жодні інші видатки. Термін експлуатації таких конструкцій перевищує середньостатистичний термін експлу­ атації житлових будинків, а після монтажу не потрібні жодні відновлювальні роботи. З багатовікового досвіду використання міді виникла традиція широкого її застосування, передусім у центральних регіонах Західної Європи, у Великобританії та Скандинавії.

З огляду на вищесказане дуже важливо, щоб виробники пропонували свою продукцію за більш доступними цінами, що є можливим завдяки розвиткові виробничих процесів. Тут ми спостерігаємо значний прогрес, який посприяв розширенню асортименту виробів різних розмірів. Раніше на дахові покриття використовували мідні листи лише розміром 1000 х 2000 мм, оскільки виробляли тільки такі розміри. Нині виробничі процеси дають можливість виробляти мідні листи довільної довжини та максимальної шириною 1250 мм. Щодо мідної стрічки, то можна замовляти матеріал у котушках, товщиною від 0,1 до 1 мм.

Товщина, мм

Листи, кг/м2

Стрічка w=100мм кг/м

w=600мм кг/м

Плоскі прути розмір, мм

вага, мм

0,3

2,67

0,267

1,602

1,602

0,669

0,4

3,56

0,356

2,136

2,136

0,892

0,55

4,90

0,490

2,940

2,940

1,120

0,6

5,34

0,534

3,204

3,204

1,340

0,65

5,78

0,578

3,474

3,474

1,070

0,7

6,23

0,623

3,738

3,738

1,340

0,8

7,12

0,712

4,272

4,272

2,140

1,0

8,90

0,890

5,340

5,340

1,78000

Параметри

Костел у Гільдесгаймі, Німеччина

Максимальну довжину мідних стрічок, придатних для монтажу, обмежує, з одного боку, теплова деформація матеріалу, а з іншого – її вага, що може сягати кількох сотень кілограмів. Виходячи зі сказаного вище, при роботі з котушками мідної стрічки необхідні певні технічні знання. Листи або стрічка завдовжки від 2 до 3 метрів або з довжиною, рівною довжині крокв зі стандартною шириною 600–700 мм та товщиною 0,5–0,7 мм – ось розміри, що найчастіше використовуються. Інший важливий чинник, що впливає на видатки, – це монтаж мідних дахових покриттів, що вимагає значної і якісної кваліфікованої роботи.

Вілла в Оснабрюці, Німеччина

У цій сфері існує низка нових вирішень. Традиційні ручні інструменти були вдосконалені, і зараз вони більш спеціалізовані та простіші у користуванні. На ринку з’явилось практичне ручне металообробне обладнання, яке зменшує час обробки та монтажу. Крім того, з’явилися нові продукти: гофровані панелі, стінні панелі, касети, спеціальні системи кріплення. Використання цих готових збірних елементів забезпечує високу продуктивність праці та швидке виконання робіт.

Музей в Арнгаймі, Голландія

Cподіваємося, що мідь e нашій країні вико­ристо­ вуватимуть ширше, у так званих «санітарних» та каналізаційних системах: і як матеріал для дахових покриттів, і як основний матеріал для покрівельних і фасадних систем та систем водовідведення.

Мідь у будівництві

Мідь та її роль у житті людини Мідь – це хімічний елемент, яким щедро наділена Земля. Він є майже всюди, однак у малій кількості. Мідь можна побачити у гірських породах, у мінералах та у воді. Вона відіграє важливу роль у функціонуванні живих клітин та органів. Для правильного функціонування як органів людини, так і тварини необхідна певна кількість міді, причому її нестача або передозування може спричинити порушення у їх функціонуванні. У середньому міді в земній корі є 50 мг/кг, а це означає, що за частотою поширення на Землі мідь посідає 28 місце серед інших хімічних елементів. У гірських породах вулканічного та алкалоїдного походження є багато міді, тоді як у вапняках та пісковику – дуже мало, але це вже залежить від географічного розташування. Промислова експлуатація руди є рентабельна тоді, коли вміст у ній міді становить 0,15–1%.Такий показник вважається високим, але цей рівень поступово знижується в міру того, як зростає експлуатація цих родовищ, а також збільшується технічний прогрес. Мідні руди у переважній більшості є сульфідними рудами (90%), хоча окисні руди (9%) та металічні (1%) також є у природі в невеликих кількостях. Видобуту руду подрібнюють, очищають, а потім збагачують до одержання вмісту міді на рівні 24–35%. Руда досягає бажаного вмісту міді на рівні 99,9% завдяки застосуванню електролітної обробки та обробки спеціальними металургійними процесами.

Ці цифри свідчать, яка велика кількість руди проходить процес переробки, та скільки енергії необхідно для одержання чистої металевої міді, однак мідь можна повторно переробляти необмежену кількість разів. Виплавлювання міді вимагає меншої кількості енергії, ніж алюміній чи сталь, але вона може сотні разів проходити процес екстрагування зі свого чистого окисленого стану або зі сплавів, не знижуючи при цьому своїх властивостей. Нині кількість відновленої міді порівняно із загальною кількістю виробництва міді постійно збільшується. Процес утворення патини на поверхнях дахів та фасадів, покритих мідними листами, відбувається дуже швидко (кількість = кисень + патина + кількість, що піддається ерозії та випаровується; усього 1–2 мілімікрони на рік протягом перших років). Патина міцна та стійка. Кількість, що окис­лю­ ється, – майже стала (вона незначно змен­ шується з плином часу) – 0,2–0,3 мілімікрони на рік. Ця кількість містить іони міді та її сполук.

Вілла у Бергені, Голландія

Чистий хімічний елемент міді – атомний елемент Cu(O) – дуже стабільний, реагує лише під впливом дії сильних кислотних речовин (напр., концентрованої сірчаної або азотної кислоти), але її іони – Cu(1+), Cu(2+), Cu(3+) – легко вступають у реакцію.

Cu(3+) є дуже нестабільним та не вступає у жодні значні реакції.

Параметри

Cu(1+) також не є стабільним: у присутності кисню або води швидко перетворюється у Cu(2+) або Cu(O). Він є стабільним лише у молекулярній формі у таких сполуках як, наприклад, CuCl, Cu2O, Cu2S. Cu(2+) виникає у вологих місцях та/або у середовищі, багатому на кисень. Він стабільний, але легко вступає в реакцію, а деякі його сполуки (наприклад, CuO) розчиняються у воді, в той час, як інші зовсім не розчиняються (вони, зазвичай, є темного, блакитно-сірого кольору). Вода, група гідроксидів, азот та ліганди, що містять сірку, ензими, білки та ін. можуть вступати з ним у реакцію. Лише незначна його кількість існує в природному середовищі у вигляді вільних іонів: він є у хімічних сполуках, розчинах та живих організмах у колоїдних абсорбованих формах на атомах суспензії або стічних вод.

Бізнес-центр «Трумпф» у місті Баар, Швейцарія

Іони міді дуже швидко реагують на інші сполуки (внаслідок чого їхній потенціал біологічної асиміляції значно знижується). Таким чином, мідь, що міститься у матеріалах, які покривають фасад, створює у своєму найближчому середовищі сталі нерозчинні мінеральні сполуки. Про це свідчить факт, що втрата кольору та поява патьоків завжди відбувається на достатньо малому відрізку у напрямку сходження води, а також у місцях, де вміст міді у дощовій воді невисокий, напр., закінчення листів з міді, оскільки вода вже нікуди далі мідь не переносить.

Коли продукти, зроблені з чистої міді, наприклад дахові матеріали, призначені для природного середовища, відбувається їх перетворення у натуральні мінеральні форми – окиси, сульфіди або карбонати. Волога, яка є у довкіллі, вплив теплоти, двоокис сірки та ін. сприяють цьому процесу. Результатом цього може бути виникнення патини або нашарувань як наслідку ерозії та міжшарової дифузії на поверхні будинку із зовнішнього боку.

Мідь у будівництві

10

Фізичні та механічні властивості міді У Польщі хімічний склад та механічні властивості міді регулюються нормами PN EN 1172.

Точка плавлення міді (1083°C) достатньо висока. З досвіду відомо, що під час пожежі мідь має високу вогнестійкість. Вона є бар’єром, який не дає можливості вогню проникати далі, що робить гасіння пожежі простішим, а часто – завдяки їй можна врятувати дах. Фізичні властивості міді Густина маси

8,93 кг/м3

Точка плавлення

10830C

Коефіцієнт розширення

ΔT=100К 1,7 мм/м

Модуль Янга

132 кН/мм2

Жоден інший даховий матеріал не має таких пластичних властивостей. Ось чому мідь досконало піддається формуванню, що робить її ідеальним покрівельним матеріалом для складних дахових конструкцій.

Напівтверда мідь (R240) є міцніша, але менш еластична та гнучка. Для дахів з формами, які важко покривати, бо для них вимагається вигинання листіви, фальцювання, створення аркових або увігнутих форм, ліпше використовувати м’який матеріал (R220), а при покриванні дахів з рівними та видовженими поверхнями рекомендуємо вико­ рис­­то­вувати напівтверді матеріали (R240). Вага самого дахового покриття та облицювання стін не є великою, що дає можливість зменшити витрати на несучі конструкції будинків.

Механічні властивості міді Стійкість до розтя­ Пробне напруження (ме­ гування Rm жа пластичності) Rp0,2

Назва Вид матеріалу символ номер Cu DHP CW025A CuZn 0,5 CW119C

Мідні продукти (листи та стрічку) виробляють із сировини різної якості. Ці продукти ми поділяємо на м’які, напівтверді та тверді. Опір до розтягування є нижчим у так званої м’якої міді (R220), але її видовження є у кілька разів більше, ніж у решти продуктів з міді, що означає: вона легко деформується, а її мінімальне значення кута згину є меншим.

Якість матеріалу R220 H040 R240 H065 R290 H090

Н/мм2

Н/мм2

Мін.

220

Макс.

260

240

300

290

Мін.

180 250 -

Макс.

140 -

Параметри

Видов­жу­ вання А 50 мм % Мін.

Твердість HV Мін.

Макс.

33 8 -

40 65 90

65 95 -

Вілла родини Штадельмаєр у Меґлінґен, Німеччина

11

Будівля багатоярусного складу (Електрограф) у місті Дорнбірн, Австрія

Церква в Лайвес, Італія

Бізнес-центр в Амстердамі, Голландія

Мідь у будівництві

12

Виникнення патини Характерною властивістю міді є повільне окислення її поверхні – реакція на атмосферні умови – та виникнення внаслідок цього нальоту, званого патиною. Процес виникнення патини є природним процесом, що відбувається у натуральному середовищі. Патина творить захисний шар, який оберігає матеріал від подальшого іржавіння. Якщо поверхня буде механічно пошкоджена, то вона сама регенерується (зарубцьовується). Цей сіро-зелений захисний шар природного походження інколи безпідставно називають «verdigris», що в перекладі зі старофранцузької мови означає «грецька зелень». Патину також помилково вважають корозією, хоча мідь іржавіє лише під час хімічної реакції з оцтовою кислотою. Порівняно з солями міді, що утворюють патину, справжня іржа міді є сумішшю речовин, розчинних у воді, що вирізняються своїм світло-зеленим кольором. Цей хімічний процес, триваючи довший час, призводить до пошкодження структури будинку. Червоний відтінок поверхні мідних листів після монтажу змінюється та проходить кілька фаз, аж до виникнення натуральної патини. У перший період, одразу після монтажу, поверхня міді є світло-червоною, яскравою та блискучою. Окислення на поверхні міді починається одразу внаслідок дії атмосферних чинників, вплив яких незабаром видно неозброєним оком.

Під час цього перехідного періоду поверхня міді вкривається нальотом і суттєво темнішає. Окислені смуги, сліди подряпин та відбитки рук монтажників зникають протягом кількох тижнів, тому що на поверхні міді з’являється рівномірний захисний шар. Вступаючи у реакцію з атмосферним киснем, іони міді достатньо швидко (протягом кількох місяців) утворюють один шар темно-коричневої плівки з окису міді. Пізніше цей темно-коричневий відтінок стає ще темнішим та поступово втрачає блиск. Потім, з плином часу, на поверхні утворюються надзвичайно складні сполуки, поки не появиться блакитнозелений наліт, званий патиною. Під цим шаром міститься шар окису, а під нею – чиста мідь. Патина виникає з різних солей міді, а її колір великою мірою залежить від довкілля, яке є різним у різних географічних широтах. Характерний зелений відтінок – ось суттєва колористична домінанта патини. Приблизний період, протягом якого утворюється патина У сільській та гірській місцевості

Щонайменше 30 років

У середовищі міст середньої величини

15–20 років

У середовищі великого міста або промисловому середовищі

8–20 років

Важливо, як мідні пластини розташовані у просторі. На стрілчастих вежах або стрімких дахах колір патини швидше за все буде зелений. На вертикальних поверхнях, як-от облицювання фасадів, патина буде темно-коричневого або й чорного кольору, а «нормальний» зелений колір не з’явиться ніколи.

Музей де Янґа у Сан-Франциско, США

Параметри

13

Цей процес відбувається по-іншому, якщо поверхні міді загрожує вплив шкідливих речовин, наприклад кислотних дощів. У цьому випадку окислення відбувається швидше, і «коричневої фази» може не бути, а на поверхні з’являються дуже темні, майже чорні смуги. Однак ці відхилення від норми не є стабільними; з плином часу процес окислення повертається до свого звичайного русла, а всілякі відтінки кольорів зливаються в одне ціле.

Зміни кольору поверхні міді під впливом атмосфери

Склад атмосфери має винятковий вплив на зміни кольору поверхні, а одночасно впливає на те, як швидко на ній утворюється патина.

Головний вхід до університету в Дебрецені, Угорщина

речовини та мінерали міді, що містяться у воді, зафарбовують їх у блакитно-зелений ко­лір.Такій небажаній втраті кольору зав­жди можна запобігти, якщо використовувати певні проектні рішення: – треба забезпечити ефективне та швидке водовідведення (особливо при наявності водостічних жолобів та карнизів); – якщо є вертикальне облицювання, стики та фальц повинні завжди бути щільними; – елементи оздоблення по краях будинків, покриті міддю, повинні виступати на відповідну відстань (2–3 см).

Треба також взяти до уваги, що солі міді та різні сполуки міді, що розчиняються у воді, можуть водою вимиватися з поверхні, погіршуючи тим самим стан сусідніх конструкцій. Віконні полиці, карнизи стін, облицювання аттиків та інші речі, виконані з міді, можуть бути причиною зміни кольору сусідніх конструкцій та поверхонь. Якщо процес утворення патини не відбувається правильно – темні смуги та плями можуть спричинити появу плям на інших листах.

Багато власників та проектантів хоче вже під час монтажу одержати такі кольори, які, зазвичай, з’являються набагато пізніше – по кількох або й кільканадцяти роках. Крім того, зелена патина ніколи не з’являється на горизонтальних поверхнях, хоча й тут придумали, як вийти з положення! Є фірми, які володіють секретом скорочення процесу утворення патини до кількох тижнів: вони можуть доставити замовникові листи, фабрично покриті патиною. Є також кілька способів покривання патиною, вживаючи відповідний засіб, що викликає необхідні реакції; засіб цей використовують на дахах, вже покритих мідними листами.

Дощова вода, що збігає з мідних поверхонь, розташованих вище, містить у собі солі та іони міді. Якщо така вода збігає на сильно пористі поверхні бетону або тиньку – ці поверхні її поглинають, а

Крім того, виробляють і темно-коричневу бляху з окисленою поверхнею, а найновішим продуктом є мідна пластина, покрита цинком, що нагадує оцинковану бляху.

Мідь у будівництві

14

Сумісність міді з іншими будівельними матеріалами Під час проектування та будівництва завжди виникає питання, як забезпечити усім конструктивним елементам якомога довшу міцність та звести до мінімуму ризик пошкоджень. З огляду на свою виняткову електропровідність мідь вступає в електрохімічні реакції у середовищі з іншими мокрими металами. Це призводить до появи щілинної корозії при контакті з іншими металами, що у свою чергу, суттєво погіршує якість цих металів (наприклад, цинку, сталі). З огляду на вищесказане, безпроблемне поєднання під час монтажу міді та інших металів можливе лише з нержавіючою сталлю та алюмінієм, що має захисну плівку. Щодо мідних дахових покриттів, деталей кріплення, як-от клеми, шурупи, гвіздки, водостічні скоби та ін., то вони також повинні бути зроблені з міді або нержавіючої сталі.

Якщо поверхні різних металів безпосередньо не стикаються, конструкція повинна бути запроектована таким чином, щоб цинкова бляха або бляха з оцинкованої сталі розміщалася далеко від води, що стікає з мідної поверхні. Матеріали зі сталі не слід встановлювати над поверхнею з міді, тому що залізо, що вимивається, утворює неестетичні плями на поверхні мідного листа.

Раніше у спеціальній літературі говорилося про неможливість монтажу міді та алюмінію, але згідно з найновішими дослідженнями, матеріали з анодованого алюмінію (вкриті шаром окису завтовшки хоча б 20 мілімікрон) загалом стійкі до водних розчинів сполук міді.

Нещодавнє відкриття – наслідки бітумної корозії, яка негативно впливає на мідні поверхні. Бітумна поверхня, що окислюється на повітрі, утворює їдкі кислоти, які при контакті з мідним листом призводять до його пошкодження.

У зв’язку з цим, рішення використовувати ізолюючий шар у місцях стику різних металів, наприклад при з’єднанні алюмінієвої віконної полиці з мідною, є розумним. Якщо йдеться про з’єднання міді з цинком або оцинкованою сталлю, завжди треба використовувати ізоляційний шар відповідної міцності та стійкості (наприклад, поліетиленову плівку).

Червона мідь є стійкою до дії таких традиційних в’яжучих матеріалів, як гіпс, вапно або цемент, однак вапно чи цемент, що падають на мідну поверхню, можуть стати причиною того, що мідь втратить колір, отож краще цього не допускати. Такі плями не можна чистити за допомогою хімічних засобів, а лише механічним способом, за допомогою м’якої щітки з мідного дроту.

Найефективнішим захистом для поверхонь з бітумних шарів (якими, передусім, покривають плоскі дахи) є шар гравію завтовшки 5 см. Інші методи, що забезпечують захист, наприклад посипання піском або гравієм, не є такими ефективними. Нанесення спеціальних захисних шарів ще більш шкідливе, і цей метод не рекомендують використовувати поблизу мідних частин.

Параметри

Сервісний центр Theresienwiese у Мюнхені, Німеччина

15

Сервісний центр Theresienwiese у Мюнхені, Німеччина

Сервісний центр Theresienwiese у Мюнхені, Німеччина

Мідь у будівництві

Конструкція та монтаж дахових і фасадних систем з міді 16

Дахові системи Базуючись на параметрах міді як матеріалу, упродовж останніх кількох століть сформувалося мистецтво облицювання будинків металевими листами. Облицювальний метал має товщину лише 0,5–1,0 мм, але має широку поверхню. Це є наслідком також того факту, що розміри цих листів суттєво змінюються під впливом тепла, і як дахові матеріали, вони часто потерпають від загрози зміни температури, що іноді сягає 100°C. Конструкція даху повинна витримати ці зміни розмірів дахового покриття, викликані температурними чинниками і водночас повинна відповідати усім вимогам щодо водонепроникності, морозостійкості, повинна бути міцна та стійка.

Таке вирішення забезпечує утворення температурних проміжків, коли при розширенні листи під впливом тепла не будуть деформуватися і в них не виникатимуть вигини чи інші пошкодження. У практиці найширше використовують два типи дахових систем: стоячий фальц та з’єднання на лиштвах. Вертикальний фальц роблять за допомогою кріпильної жабки перпендикулярно до карниза (тобто вздовж лінії спадання даху), яка з’єднує два сусідніх листи вертикальним подвійним фальцом.

Загальний вигляд дахового покриття з вертикальним фальцом

Загальний вигляд дахового покриття зі з’єднаннями по рейках

Таке вирішення є найоптимальнішим для дахів з ухилом 6–7%.

Тонколистові метали, а особливо мідь, чудово піддаються деформації та не пропускають вологи. Розміри листів повинні бути так припасовані, а з’єднання виконані так, щоб можливими були переміщення, викликані температурним роз­ши­ ренням, і щоб не проникала волога вздовж цих з’єд­ нань. Основне правило при влаштуванні дахових покриттів такого роду: листи металу не можна з’єднувати безпосередньо з настилом даху з ме­ тою унеможливити їх переміщення. Сусідні листи з’єд­нують між собою за допомогою фальца, а до поверхні їх прикріплюють за допомогою затискачів (кріпильних елементів/фіксаторів) після загинання.

Фази виконання з’єднання по рейках

Школа «Вальдорф» у Будапешті, Угорщина

Мідні дахові системи

Німецький стиль

Бельгійський стиль

ВИКОНАННЯ З’ЄДНАНЬ НА ФАЛЬЦ Формування вертикального одинарного фальца

Формування вертикального подвійного фальца

17

Кутовий вертикальний фальц

Подвійний вертикальний фальц

Подвійний горизонтальний фальц Формування типового горизонтального одинарного фальца

У загальних рисах система кріплення складається з так званих кріпильних скоб, які мідними гвіздками прикріплюються до підшивки дотично до сусідніх листів. Кріпильні скоби загинають разом з листами при їх з’єднанні. Листи таким чином надійно з’єднуються і при цьому їм забезпечена можливість переміщення на стиках. Під час укладання стрічок монтажники повинні залишити між ними відступи у кілька міліметрів, щоб забезпечити місце для поперечного переміщення, причиною якого буде теплове розширення. Використання пересувних скоб дуже характерне для дахових систем з міді. Ці скоби складаються з двох частин, які дають можливість взаємно переміщуватись, таким чином дозволяючи досягати ще більших термічних переміщень.

З’єднання по рейках, як і з’єднання на вертикальний фальц, виконують по краях стрічок, які однак безпосередньо між собою не з’єднують, а приєднують до рейок, прикріплених гвіздками або шурупами до підшивки вздовж лінії нахилу даху. Кріпильні стрічки у формі літери U встановлюють під рейками. Потім усі рейки прикривають кріпильною стрічкою, що злегка виступає поза товщину рейок. Таке вирішення має більшу щільність, ніж скріп­ лювання на стоячий фальц, тому що стики роз­ міщені вище. Цей варіант можна використовувати навіть на дахах, що мають ухил 3%. Обидва види з’єднань виконують із частин бляхи, підрізаних відповідно до довжини лиштви, або з готових, профільованих збірних елементів зі стрічки.

Для суцільного з’єднання вздовж лінії спадання даху використовують кріпильні стрічки, які вста­ новлюють безпосередньо у підкладковий шар по усій довжині або на рівних відстанях. Листи потім на них загинають або прикріплюють гаками.

Фази загинання одинарного горизонтального фальца

На практиці відстані між кріпильними стрічками обчислюють, враховуючи силу вітру, що діє на цю частину даху, а також висоту будинку та нахил даху. Згідно з нормою, відстані поміж закріпленими частинами встановлюють, використовуючи просте правило: кріпильні стрічки треба монтувати на відстані 330 мм одна від одної. Церква Падре Піо у Сан-Джованні-Ротондо, Італія

Фази загинання подвійного горизонтального фальца

Способи монтажу

Кріпильна скоба

18 Поверхні, зроблені з різних матеріалів, можна монтувати «в закладку», використовуючи невеликі деталі, виходячи з характеристики конкретного металу. Такі однорідні деталі продаються виробниками або виготовляються безпосередньо на місці будівництва. Розмірами та фактурою вони нагадують невелику дахівку, однак мають іншу структуру. Такі деталі, що можуть мати форму ромба, прямокутника або квадрата, загинають по краях таким чином, що одинарні фальци заходять один на інший та з усіх боків з’єднуються між собою гачками. Потім їх скріплюють скобами. З огляду на свої невеликі розміри та фальц по краях, вони достатньо жорсткі, й усе покриття може кріпитись до рами з лиштв, дотримуючись інтервалів. Іншим типом дахового покриття є покриття, зроблене з готових профільованих листів, які схожі на рифлені плити, зроблені з інших металів. Їх монтують до постійних елементів кріплення. Така система забезпечує дуже швидке виконання монтажу рівних поверхонь на заздалегідь підготованій рамі. Покрита поверхня нагадує дахове покриття, виконане за допомогою з’єднань на лиштвах.

рівних частин даху виникає цікава «ламана» композиція, що складається з багатьох площин. Такі дахові покриття однак не придатні для дахів із заокругленою поверхнею або дуже складної форми. Більше того, монтаж дахового покриття, зробленого з використанням з’єднань на лиштвах є достатньо трудомістким.

Кріпильна скоба при з’єднанні на одинарний вертикальний фальц

Навіть дуже складну поверхню даху можна достатньо легко покрити, використовуючи листи, з’єднані стоячим фальцом. Як результат – покриття є однорідним, а з’єднання менше впадають у вічі. Ширина з’єднувальних деталей та товщина листів залежить від естетичних передумов та розмірів даху, розміщення інших складових частин даху, а також впливу дії вітру на дах. Під час вибору дахового покриття проектант повинен взяти до уваги надійність конструкції, можливості монтажу та ін., а також архітектурні та естетичні вимоги.

Окрім естетичної сторони, ця система дахового покриття повинна також відповідати геометрії даху. Найважливішим тут питанням є нахил даху. Дахове покриття, зроблене з використанням з’єднань на лиштвах або профільованих листів, створює враження, що замість великих

Мідні дахові системи

Кріпильні скоби при з’єднанні без переміщення

Кріпильна скоба при з’єднанні з переміщенням

Пересувна скоба

19

Облицювання стін, системи фасадних покриттів Фасади з міді чудово вписуються в динамічну, сучасну та гармонійну панораму міста. Мідь – це природний матеріал, його можна поєднувати з такими будівельними матеріалами, як камінь, цегла, скло та дерево. Оскільки більшість фасадних покриттів є збірними конструкціями, це дає змогу скоротити роботу на будівельному майданчику, і цим оптимізувати використання коштів. Існує кілька систем облицювання мідних фасадів, але всі вони мають спільну мету – задовольнити високотехнічні, естетичні та економічні вимоги. Системи мають різні варіанти поверхонь: попередньо покриті патиною (зелена патина), попередньо окислені (коричневий окис) та з натуральної блискучої міді. Деякі системи можуть бути зроблені зі сплавів міді, наприклад бронзи чи латуні. Екуменічна каплиця св. Генрі у місті Турку, Фінляндія

Представлена тут облицювальна конструкція, передбачає монтоване за допомогою скоб облицювання з системою вентиляції. В результаті створюється оптимізована система, яка надійно обгортає закриту внутрішню конструкцію, що не пропускає повітря. Вентиляційний простір необхідний для зниження вологості, для розсіювання дощової води ще назовні конструкції, для створення капілярного проміжку між облицюванням і теплоізоляцією чи кріпильною конструкцією і для конденсування пари на внутрішній стороні облицювання. Далі подаємо базову інформацію щодо використання цих систем.

Існують такі елементи систем: система покрівельних панелей, система касет, система втоплених панелей, профільовані панелі, профільовані листи тощо.

Способи монтажу

20

Система покрівельних панелей

До цієї системи входять збірні покрівельні панелі. Сховані кріпильні деталі з нержавіючої сталі або міді на рівній підкладковій основі, виконаній з дерев’яних плит або трапецієвидних панелей.

Австрійське посольство у Берліні, Німеччина

Система касет

До системи касет входять вигнуті фасадні панелі вироблені відповідно до конкретного проекту фасаду. Система касет забезпечує широке проектне використання щодо розмірів, оптичних вимог та систем кріплення.

Центр здоров’я у місті Сет, Франція

Мідні фасадні системи

21

Система втоплених панелей

Втоплені панелі виготовляють на профі­лю­ вальних або згинальних машинах. Кріплення: втоплення або «в закладку».

Довжина: до 4 000 мм. Ширина: до 500 мм.

Галерея Гана у Сеулі, Корея

Способи монтажу

22

Технологія з’єднання на фальц

Фасади, вкриті довгими покрівельними смугами, укладеними вертикально або горизонтально, надають фасадові особливого шарму.

Горизонтальні смуги, з’єднані вертикальним кутовим фальцом

Вхід до університету в Дебрецені, Угорщина

Профільовані листи

До класичної системи покривання стін профільованими листами входять такі елементи: – система кріплення; – одно- або багатошарова підшивка; – термоізоляція; – вентиляційна площа; – профільовані листи (будь-яких конфігурацій). Профільовані листи добре надаються як для відновлювальних робіт, так і для покривання нових пласких дахів.

Мідні фасадні системи

Вертикальні смуги, з’єднані вертикальним кутовим фальцом

23

Інші вирішення фасадних покриттів

Музей де Янґа у Сан-Франциско, США

Будинок Міжнародної федерації хокею у Цюриху, Швейцарія

Кількість вирішень для фасадних покриттів є безмежною. Архітектори, наприклад, можуть проектувати покриття з міді або інші покриття на замовлення клієнта. Детальніше про розміри та види поверхонь на: www.tecu.com та www.luvata.com

Способи монтажу

24

Основа для дахових систем Необхідною вимогою є те, що основа (настил даху) дахового листового покриття повинна завжди бути міцною, рівною та гладкою. Конструкції з бетону або цегли (наприклад, карниз) завжди вимагають цементного покриття, а уся поверхня складових частин столярки або обшивка стін повинна бути обшита дошками безшовним способом. Дерев’яний настил даху не повинен мати жодних вад, і обов’язково повинен бути надійним.

З’єднання ізоляційних панелей з настилом (суцільною обрешіткою) – це нетрадиційне вирішення. Таку конст­рукцію роблять, використовуючи лати і пружні прокладки деформаційного шва, які вкла­да­ють у двох напрямках і з’єднання яких слід здій­сювати з дотриманням усіх вимог. Існує також більш авангардна версія цього вирішення, коли використовують панелі, виготовлені спеціально для цієї мети. Їхній верхній край має вбудовану лиштву (випуск) або металеві профілі, на яких монтують скобу (зроблену з поліуретанової або полістиролової пінки). Даховий настил (суцільна обрешітка) завжди по­ви­ нен бути відокремлений від тонколистового мід­но­го покриття спеціальним шаром. Ця вимога не стосується щільності, а стосується гладкості та рівності поверхні основи даху, яка водночас гарантує захист наступних шарів під час монтажу. Крім того, вона ефективно поглинає звуки, викликані дощем або вітром. Існує кілька типів цих спеціальних шарів, важливо, однак, щоб такий шар був міцним та забезпечував дифузію. Традиційно для цієї мети використовують бітумні покриття, але з огляду на небезпеку бітумної корозії, використовувати самі лише ці шари не рекомендують. Найліпшим виходом із ситуації є використання промислової повсті, тому що цей матеріал створює дуже добрий звуконепроникний бар’єр та проявляє дифузні властивості щодо водяної пари.

Мідні дахові покриття

Центр освітніх досліджень «Eden Project», у Корнвол, Велика Британія

ЖОЛОБИ Висячий водостічний жолоб

25

Стики та кріплення

Вбудований водостічний жолоб

Гребені Гребінь з вентиляційною кришкою

Причиною недоліків, які найчастіше трапляються у тонколистових металевих дахових покриттях, є з’єднання. Найважливіше під час монтажу – забезпечити можливість повзучості, які виникають внаслідок дії тепла.

– У вузлових з’єднаннях повинна бути забезпечена повзучість у двох напрямках. Слід уникати жорстких з’єднань, наприклад, з’єднань зварюванням.

– Не слід використовувати з’єднань, зокрема, вузлових, у нижній частині даху.

– Слід забезпечити утворення температурних проміжків з на­ лежною частотою.

– Слід приготувати різні типи кріплень з поперечними розрізами, що витримують обвали. Пошкодження, зазвичай, виникають під дією обвалу та переміщень, спричинених теплом, що веде до появи повздовжніх тріщин по краю загину. Якщо поверхня велика та пласка – небезпека виникнення таких пошкоджень збільшується. Отож конструкції, що мають складні криволінійні форми, легше змінюють профіль під дією повзучості, що виникає внаслідок впливу тепла. У більшості випадків, коли покриття даху зроблене з металу, підсилювальні конструкції просто необхідні.

Гребінь без вентиляційної кришки.

Системи відведення дощової води, полиці, гострі зовнішні краї будинку, віконні та дверні прорізи, світлові ліхтарі, обробка коминів, облицювання та ін. можна робити з міді, з одночасним наданням цим елементам естетичного вигляду та великої міцності. Додаткові конструкції, більші та менші елементи-прикраси (найвищі точки), виготовлені з міді, можуть чудово виконувати роль додатків до деталей системи дахового покриття (дахівки або ґонти).

Системи водовідведення з даху

ТИПОВА ЧЕРГОВІСТЬ ШАРІВ У МЕТАЛЕВОМУ ДАХОВОМУ ПОКРИТТІ

Фізика будівлі

Варіант А

Покриття з міді Спеціальний відділяючий шар Суцільна обрешітка Несуча конструкція

26

Загальні положення Листова мідь, як і інші тонколистові метали, – це не ізоляційний будівельний матеріал, і вона взагалі не пропускає водяної пари. Як вже згадувалося, відповідна вентиляція осно­ви дахового листового покриття є необхідною загаль­ ною умовою для покрівель з тонколистового металу. Щоб забезпечити їх правильне функціонування, необхідно до конструкції даху застосовувати такі архітектурні вирішення, які б забезпечували проникнення водяної пари та циркуляції повітря через суцільну обрешітку та з’єднання. Якщо у просторі з покриттям із міді існують якісь неопалювальні приміщення – не має значення, як їх використовують, – необхідно збудувати відповідну конструкцію, яка б відгороджувала покриття та відповідала термічним технічним параметрам. Дах може мати надійну теплову ізоляцію, виконану з різних матеріалів, наприклад, за традицією – з шарів ізоляції, вкладених поміж та/або під кроквами, або з ізоляційних панелей, спеціально запроектованих для металевого дахового покриття, які водночас виконують функцію дахового настилу. Важче завдання – вирішення проблеми, пов’язаної з водяною парою.

певному сенсі, «сухого» повітря. Далі, відповідно до неписаного закону, який стосується відповідно провітрюваних поверхонь, шари, що чинять дедалі менший опір тискові пари (прагнення пари вийти назовні), повинні вкладатись один на інший у напрямку назовні, щоб дати змогу парі виходити назовні. Оскільки металеве покриття – теоретично – вважають паронепроникним (на практиці, однак, воно частково таким є), його використовують як зовнішній шар та ущільнюють ним усю будівлю, воно не дає волозі проникати досередини та сприяє її конденсації між шарами. Волога, що не може виходити назовні, може спричинити пошкодження дахового покриття, несучої конструкції, теплоізоляції, а навіть зовнішніх оздоблювальних шарів.

Варіант Б

Покриття з мідних листів Спеціальний відділяючий шар Вирівнюючий шар Стала основа

Схема вентильованого даху

Схема невентильованого даху

Нагріте повітря викликає процес переміщення водяної пари та теплообмін, тобто повітря та водяна пара, що утворюється у нагрітому приміщенні, яка переміщається назовні у напрямку холодного, у

Мідь

27 Виходячи із сучасного стану науки, є два шляхи для розв’язання цього питання. Перший розв’язок – це використання даху з вентильованою конструкцією. Головною рисою цього розв’язку є те, що вологе повітря проникає в конструкцію, але виштовхується через повітряні коридори між покриттям та ізоляційним шаром, а також гребенем з вентиляційною кришкою. Такий простір для циркуляції повітря діє на підставі законів гравітаційної циркуляції, тобто завдяки різниці у положенні вхідних та вихідних отворів повітря. Якщо кут нахилу даху менший від 10°, то традиційний розв’язок, при якому вхідні отвори повітря розташовані в піддашші, а вихідні – у гребені, є непрактичним. Якщо дах плаский (кут нахилу менший від 10°), циркуляція має відбуватися впоперек з використанням руху вітру.

Бізнес-центр «Аполло» в Братиславі, Словаччина

Іншим розв’язком є монтаж багатошарового невентильованого даху. У такому випадку суцільна обрешітка дає можливість одержати певний рівень дифузії за допомогою з’єднань, але це є той розв’язок, при якому горище не можна використовувати.

Житловий будинок «Via Sotto Muscino» у Кастелі, Швейцарія

Якщо горище – це простір, який опалюється, то дах повинен бути забезпечений від дії надмірного тиску пари. Цей розв’язок досить простий: пароізоляційну плівку викладають по внутрішній стороні даху, щоб запобігти прониканню пари до конструкції даху.

Фізика будівлі

28

ШАРИ ДАХОВОГО ПОКРИТТЯ З ВЕНТИЛЯЦІЄЮ

Покриття з міді Спеціальний відділяючий шар Суцільна обрешітка Повітряна щілина Теплова ізоляція Внутрішній оздоблюваний шар

ШАРИ ДАХОВОГО ПОКРИТТЯ БЕЗ ВЕНТИЛЯЦІЇ

Покриття з мідних листів Спеціальний відділяючий шар Теплова ізоляція (стійка до тиску) Паронепроникний шар Суцільна обрешітка

ШАРИ ДАХОВОГО ПОКРИТТЯ З ВЕНТИЛЯЦІЄЮ

Покриття з міді Спеціальний відділяючий шар Теплова ізоляція Паронепроникний шар Гофровані металеві листи

Оцінка Обидві дахові системи є добрими, але за умови, що вони правильно спроектовані та правильно виконані. Обидві системи мають плюси та мінуси, отож вибір залежить від характеристики даху. Вентильовані конструкції, зазвичай, є джерелом проблем, пов’язаних з ймовірністю переміщення ізоляційних шарів. Це можливе тоді, коли пара проникає через щілини з великою швидкістю, чого повністю уникнути неможливо. З огляду на це якість виконання повинна бути високою, а особливу увагу слід звернути на укладення ізоляційних шарів та монтаж ламінованих шарів, які не повинні пропускати повітря. Якщо дах вентильований, дуже велике значення мають розміри та розташування вхідних та вихідних отворів повітря. Непрохідність вхідних отворів може спричинити проблеми, а з конструктивної точки зору ключовим питанням є те, що при певних формах дахів забезпечення відповідної вентиляції впоперек не таке легке; форма повітряних коридорів може мінятися, що негативно впливає на їхнє функціонування. Якщо дах має складну форму, то забезпечення правильної системи повітряних коридорів може виявитися неможливим, що очевидно означатиме появу негараздів у їхньому функціонуванні.

Невентильовані дахи не такі складні, а закони їх функціонування – простіші, однак будь-які пошкодження пароізоляційного шару під час або після монтажу призведуть до проникнення у дахову систему великої кількості вологи, що, зазвичай, призводить до суттєвих пошкоджень. Пароізоляційний шар завжди укладають на внутрішній поверхні конструкції даху, і саме тут часто припускаються помилок. Часто їх причиною є необізнаність мешканців або неправильний монтаж (монтаж електричних розеток може цей шар пошкодити). Цю проблему можна розв’язати, якщо па­роізоляційну плівку вмістити глибше між тепло­ вою ізоляцією та внутрішнім оздобленням. Крім того, гофровану бляху – у поєднанні з пластиковою плівкою – також можна використовувати як вологонепроникний шар, та вона й міцніша. Підсумовуючи, ми пропонуємо використовувати вентильовані дахові системи для дахів, які мають прості форми (нефігурні) або/та які мають більший кут нахилу; невентильовані дахові системи – для дахів, які мають більш складну форму. Не виключається використання обох цих вирішень на одному даху: можна одну частину даху спроектувати за системою з вентиляцією, а іншу – без вентиляції, але у цьому випадку слід ретельно відокремити ці частини даху одну від одної.

Мідь

29

Музей де Янґа у Сан-Франциско, США

Бізнес-центр «Аполло» в Братиславі, Словаччина

Музей у Таллінні, Естонія

Прекрасний матеріал для будівництва

30

Церква в Турку, Фінляндія

Студентське містечко Вестфілд у Лондоні, Велика Британія

Висловлюємо подяку компаніям за їхній внесок у візуалізацію цієї брошури: КМЕ, сторінки 1, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 17, 20, 21, 23, 24, 27, 29, 31 Luvata, сторінки 19, 29, 30

31

Будівля багатоярусного складу (Електрограф) у місті Дорнбірн, Австрія

епілог Сподіваємося, що у цій невеликій брошурі ми спромоглися зібрати корисну та цікаву інформацію. Нашою метою було представити мідь як будівельний матеріал, що його використовували споконвіків і який дарує сучасній архітектурі багато нових вирішень.

Епілог

32

www.copperconcept.org

cuprum@prominfo.com.ua