Архитектурное стекло - это стекло, которое используется в качестве строительного материала . Чаще всего он используется в качестве прозрачного остекления в оболочке здания , включая окна во внешних стенах. Стекло также используется для внутренних перегородок и как архитектурный элемент. При использовании в зданиях стекло часто относится к безопасному типу , к которому относятся армированные, закаленные и многослойные стекла.
История
Хронология развития современного архитектурного стекла
- 1226: « Широкий лист » впервые произведен в Сассексе . [1]
- 1330: " Коронное стекло " для произведений искусства и сосудов, впервые произведенных в Руане , Франция . [2] Также выпускается «Широкий лист». Оба также поставлялись на экспорт.
- 1500-е годы: венецианские стеклодувы на острове Мурано разработали метод изготовления зеркал из листового стекла , которые покрыли заднюю часть стекла ртутно-оловянной амальгамой , получив почти идеальное и неискаженное отражение.
- 1620-е годы: « Выдувная тарелка » впервые была произведена в Лондоне. [1] Используется для зеркал и автомобильных табличек. [3]
- 1678: " Коронное стекло " впервые произведено в Лондоне. [4] Этот процесс доминировал до 19 века.
- 1843: Генри Бессемер изобрел раннюю форму « флоат-стекла » , налившего стекло на жидкое олово. Дорого и не имеет коммерческого успеха.
- 1874: Закаленное стекло разработано Франсуа Бартелеми Альфредом Руайе де ла Басти (1830–1901) из Парижа , Франция, путем закалки почти расплавленного стекла в горячей ванне с маслом или жиром.
- 1888: Внедрение машинной прокатки стекла, позволяющее создавать узоры. [5]
- 1898: Пилкингтон [6] начал коммерческое производство армированного литого стекла для использования там, где безопасность была проблемой. [7]
- 1959: В Великобритании запущено флоат-стекло. Изобретен сэром Аластером Пилкингтоном . [8] [9]
Литое стекло
Литье стекла - это процесс, при котором стеклянные предметы отливаются путем направления расплавленного стекла в форму, где оно затвердевает. Техника использовалась с египетского периода. Современное литое стекло формируется с помощью различных процессов, таких как литье в печи или литье в песчаные, графитовые или металлические формы. Литые стеклянные окна, хотя и с плохими оптическими качествами, стали появляться в важнейших зданиях Рима и на самых роскошных виллах Геркуланума и Помпеи. [10]
Корона стекло
Одним из первых методов изготовления стеклянных окон был метод коронного стекла . Горячее выдувное стекло разрезали напротив трубы, затем быстро вращалось на столе, прежде чем оно успело остыть. Центробежная сила превратила горячий стеклянный шар в круглый плоский лист. Затем лист отрывался от трубы и обрезался, чтобы образовалось прямоугольное окно, которое поместилось бы в раму.
В центре куска стеклянной короны останется толстый остаток оригинального выдувного горлышка бутылки, отсюда и название «яблочко». Оптические искажения, создаваемые «яблочком», можно уменьшить путем шлифования стекла. Разработка решетчатых окон в подгузниках отчасти объяснялась тем, что три обычных ромбовидных стекла можно было удобно вырезать из куска стекла Crown с минимальными отходами и минимальной деформацией.
Этот метод производства плоских стеклянных панелей был очень дорогим и не мог использоваться для изготовления больших панелей. В 19 веке его заменили процессы производства цилиндров, листов и прокатных листов, но они все еще используются в традиционном строительстве и реставрации.
Стекло цилиндра
В этом производственном процессе стекло выдувается в цилиндрическую форму. Концы обрезаются и делается надрез сбоку цилиндра. Нарезанный цилиндр затем помещается в печь, где цилиндр раскатывается в плоские стеклянные листы.
Тянутое листовое стекло (процесс Фурко)
Рисованное листовое стекло было сделано путем погружения лидера в чан с расплавленным стеклом, а затем вытягивания его прямо вверх, в то время как стеклянная пленка затвердевала прямо из чана - это известно как процесс Фурко . Эту пленку или ленту непрерывно тянули вверх, удерживая трактора с обоих краев, пока она остывала. Примерно через 12 метров вертикальную ленту перерезали и наклонили вниз для дальнейшего разрезания. Это стекло прозрачное, но имеет вариации толщины из-за небольших перепадов температуры прямо на выходе из чана, когда оно затвердевает. Эти вариации вызывают небольшие искажения линий. Это стекло все еще можно увидеть в старых домах. На смену этому процессу пришло флоат-стекло.
Литое листовое стекло
Разработано Джеймсом Хартледси в 1848 году. Стекло извлекается из печи в больших чугунных ковшах, которые переносятся на стропах, движущихся по подвесным рельсам; из ковша стекло бросается на чугунную станину подвижного стола; и сворачивается в лист с помощью железного ролика, процесс аналогичен процессу изготовления листового стекла, но в меньшем масштабе. Прокатанный таким образом лист грубо обрезается, пока он горячий и мягкий, чтобы удалить те части стекла, которые были испорчены при непосредственном контакте с ковшом, и лист, все еще мягкий, проталкивается в открытое отверстие туннеля для отжига или температуры. - управляемая печь, называемая лером , по которой она перемещается с помощью системы роликов.
Полированное листовое стекло
Процесс полированного листового стекла начинается с листового или прокатанного листового стекла. Это стекло имеет неточные размеры и часто создает визуальные искажения. Эти грубые панели шлифовали, а затем шлифовали. Это был довольно дорогостоящий процесс.
До процесса флоатинга зеркала были листовым стеклом, поскольку листовое стекло имело визуальные искажения, похожие на те, что наблюдаются в зеркалах парков аттракционов или ярмарок.
Катаное листовое (фигурное) стекло
Сложные узоры на фигурном (или «соборном») листовом стекле изготавливаются аналогично процессу прокатного листового стекла, за исключением того, что лист отливается между двумя роликами, один из которых несет узор. Иногда на обоих валиках может быть узор. Рисунок отпечатывается на листе печатным роликом, который опускается на стекло, когда оно выходит из основных роликов, пока оно еще мягкое. На этом стекле изображен горельефный узор. Затем стекло отжигают в лере .
Стекло, используемое для этой цели, обычно более белого цвета, чем прозрачные стекла, используемые для других целей.
Только некоторые фигурные стекла могут быть закалены в зависимости от глубины тисненого рисунка. Одиночное катаное фигурное стекло, на котором узор отпечатан только на одной поверхности, может быть ламинировано для получения безопасного стекла. Гораздо менее распространенное «двойное фигурное стекло», где узор тиснится на обеих поверхностях, нельзя превратить в безопасное стекло, но оно уже будет толще, чем средняя фигурная пластина, чтобы вместить обе поверхности с рисунком. Готовая толщина зависит от отпечатанного дизайна.
Стеклянный поплавок
Девяносто процентов листового стекла в мире производится с помощью флоат - стекла процесса [ править ] изобретен в 1950 - х годах сэром Аластер Пилкингтон из Pilkington стекла , в котором расплавленное стекло выливали на одном конце расплавленного олова ванны. Стекло плавает на олове и выравнивается по мере того, как оно растекается по ванне, придавая гладкость обеим сторонам. Стекло охлаждается и медленно затвердевает, перемещаясь по расплавленному олову и покидая ванну с оловом непрерывной лентой. Затем стекло отжигается путем охлаждения в печи, называемой лером . Готовый продукт имеет почти идеальные параллельные поверхности.
Сторона стекла, которая контактировала с оловом, содержит очень небольшое количество олова, внедренного в ее поверхность. Это качество облегчает нанесение покрытия на эту сторону стекла, чтобы превратить его в зеркало, однако эта сторона также более мягкая и ее легче поцарапать.
Стекло производится стандартной метрической толщины 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19 и 25 мм, причем 10 мм - самый популярный размер в архитектурной индустрии. Расплавленное стекло, плавающее на олове в атмосфере азота / водорода, растечется до толщины около 6 мм и остановится из-за поверхностного натяжения . Более тонкое стекло получается путем растягивания стекла, пока оно плавает на олове и охлаждается. Точно так же более толстое стекло отодвигается, и ему не разрешается расширяться, когда оно остывает на олове.
Призматическое стекло
Стекло призмы - это архитектурное стекло, изгибающее свет. Его часто использовали на рубеже 20-го века, чтобы обеспечить естественное освещение подземных пространств и областей вдали от окон. [11] Призменное стекло можно найти на тротуарах, где оно известно как освещение хранилища , [12] в окнах, перегородках и навесах, где оно известно как призматическая плитка , и в качестве призм на палубе , которые использовались для освещения пространств внизу. палуба на парусных кораблях. Это могло быть сильно украшено; Фрэнк Ллойд Райт создал более сорока различных дизайнов призматических плиток. [13] Современное архитектурное призменное освещение обычно делается с помощью пластиковой пленки, нанесенной на обычное оконное стекло. [14]
Стеклянный блок
Стеклянный блок, также известный как стеклянный кирпич, представляет собой архитектурный элемент из стекла, используемый в местах, где желательно уединение или визуальное затемнение при пропуске света, таких как подземные гаражи, туалеты и муниципальные бассейны. Стеклянный блок был первоначально разработан в начале 1900-х годов для обеспечения естественного освещения промышленных предприятий .
Отожженное стекло
Отожженное стекло - это стекло без внутренних напряжений, вызванных термической обработкой, т. Е. Быстрым охлаждением, а также закалкой или термическим упрочнением. Стекло становится отожженным, если его нагреть выше точки перехода, а затем дать ему медленно остыть без закалки. В процессе производства флоат-стекло отжигается. Однако в большинстве случаев закаленное стекло производится из листового стекла, прошедшего специальную термообработку.
Отожженное стекло разбивается на большие зазубренные осколки, которые могут вызвать серьезные травмы и считаются опасными для архитектурных приложений. Строительные нормы и правила во многих частях мира ограничивают использование отожженного стекла в областях, где существует высокий риск поломки и травм , например, в ванных комнатах , дверных панелях, пожарных выходах и на небольшой высоте в школах или жилых домах. В этих условиях необходимо использовать безопасное стекло , например многослойное или закаленное, чтобы снизить риск получения травм.
Ламинированное стекло
Многослойное стекло изготавливается путем соединения двух или более слоев стекла вместе с промежуточным слоем, таким как ПВБ , под действием тепла и давления, чтобы создать единый лист стекла. При разрыве прослойка удерживает слои стекла связанными и предотвращает его разрушение. Промежуточный слой также может улучшить звукоизоляцию стекла .
Существует несколько типов многослойных стекол, которые изготавливаются с использованием различных типов стекла и прослоек, которые при разбивании дают разные результаты.
Многослойное стекло, состоящее из отожженного стекла, обычно используется, когда важна безопасность, но закалка не является вариантом. Лобовые стекла обычно представляют собой ламинированные стекла. При разбивании слой ПВБ предотвращает разрушение стекла, создавая узор растрескивания «паутина».
Многослойное закаленное стекло разбивается на мелкие кусочки, предотвращая возможные травмы. Когда оба куска стекла разбиваются, возникает эффект «мокрого одеяла», и оно выпадает из отверстия.
Термоупрочненное многослойное стекло прочнее, чем отожженное, но не такое прочное, как закаленное. Он часто используется там, где важна безопасность. У него более крупный рисунок излома, чем у закаленного стекла, но поскольку он сохраняет свою форму (в отличие от эффекта «мокрого одеяла» закаленного многослойного стекла), он остается в проеме и может выдерживать большую силу в течение более длительного периода времени, что значительно затрудняет его чтобы пройти через.
Многослойное стекло имеет свойства, аналогичные баллистическому стеклу , но их не следует путать. Оба изготовлены с использованием прослойки из ПВБ, но они имеют кардинально разную прочность на разрыв. Баллистическое стекло и многослойное стекло соответствуют разным стандартам и имеют разную картину осколков. [15]
Термоупрочненное стекло
Термоупрочненное стекло, или закаленное стекло, представляет собой стекло, которое было подвергнуто термообработке, чтобы вызвать поверхностное сжатие, но не до такой степени, чтобы заставить его "расколоться" при разбивании, как закаленное стекло. При разбивании термоупрочненное стекло разбивается на острые куски, которые обычно несколько меньше, чем те, которые встречаются при разбивании отожженного стекла, и по прочности занимает промежуточное положение между отожженным и закаленным стеклом.
Термоупрочненное стекло выдерживает сильные прямые удары, не разбиваясь, но имеет слабую кромку. Просто постучав твердым предметом по краю термоупрочненного стекла, можно разбить весь лист.
Химически упрочненное стекло
Химически упрочненное стекло - это стекло повышенной прочности. При разбивании оно все равно разбивается на длинные заостренные осколки, похожие на флоат-стекло (отожженное). По этой причине оно не считается безопасным стеклом и должно быть ламинировано, если требуется безопасное стекло. Химически упрочненное стекло обычно в шесть-восемь раз прочнее отожженного стекла.
Стекло химически упрочняется путем погружения стекла в ванну, содержащую калиевую соль (обычно нитрат калия), при температуре 450 ° C (842 ° F). Это заставляет ионы натрия на поверхности стекла заменяться ионами калия из раствора ванны.
В отличие от закаленного стекла, химически упрочненное стекло может разрезаться после упрочнения, но теряет свою дополнительную прочность в области примерно 20 мм разреза. Точно так же, когда поверхность химически упрочненного стекла глубоко поцарапана, эта область теряет дополнительную прочность.
Химически упрочненное стекло использовалось на некоторых навесах истребителей .
Стекло с низким коэффициентом излучения
Стекло, покрытое веществом с низким коэффициентом излучения, может отражать лучистую инфракрасную энергию, способствуя тому, чтобы излучаемое тепло оставалось на той же стороне стекла, из которой оно возникло, позволяя пропускать видимый свет. Это часто приводит к более эффективным окнам, потому что лучистое тепло, исходящее из помещения зимой, отражается обратно внутрь, в то время как инфракрасное тепловое излучение от солнца летом отражается прочь, сохраняя прохладу внутри.
Стекло с подогревом
Электрообогреваемое стекло - относительно новый продукт, который помогает находить решения при проектировании зданий и транспортных средств. Идея нагревания стекла основана на использовании энергоэффективного низкоэмиссионного стекла, которое обычно представляет собой простое силикатное стекло со специальным покрытием из оксидов металлов . Стекло с подогревом может использоваться во всех типах стандартных систем остекления , сделанных из дерева, пластика, алюминия или стали.
Самоочищающееся стекло
Недавнее (2001 г. Pilkington Glass) нововведение - это так называемое самоочищающееся стекло , предназначенное для применения в строительстве, автомобилестроении и других технических областях. Покрытие из диоксида титана нанометрового размера на внешней поверхности стекла представляет два механизма, которые приводят к самоочищающимся свойствам. Первый - это фотокаталитический эффект, при котором ультрафиолетовые лучи катализируют разложение органических соединений на поверхности окна; второй - гидрофильный эффект, при котором вода притягивается к поверхности стекла, образуя тонкий лист, смывающий разрушенные органические соединения.
Изоляционное стекло
Изоляционное стекло или двойное остекление состоит из окна или элемента остекления, состоящего из двух или более слоев остекления, разделенных прокладкой по краю и герметизированных для создания мертвого воздушного пространства между слоями. Этот вид остекления выполняет функции теплоизоляции и снижения шума . Когда пространство заполнено инертным газом, это является частью энергосберегающего устойчивого архитектурного проекта для зданий с низким энергопотреблением .
Вакуумное остекление
Инновация 1994 года для стеклопакетов - это эвакуированное стекло, которое пока коммерчески производится только в Японии и Китае. [16] Чрезвычайная тонкость эвакуированного остекления предлагает множество новых архитектурных возможностей, особенно в области консервации зданий и исторической архитектуры, где эвакуированное остекление может заменить традиционное одинарное остекление, которое является гораздо менее энергоэффективным.
Вакуумный стеклопакет изготавливается путем герметизации краев двух стеклянных листов, обычно с помощью припоя стекла, и вакуумирования внутреннего пространства с помощью вакуумного насоса. Вакуумное пространство между двумя листами может быть очень мелким, но при этом служить хорошим изолятором, в результате чего получается изолирующее оконное стекло с номинальной толщиной всего 6 мм. Причины такой малой толщины обманчиво сложны, но потенциальная изоляция хороша в основном потому, что в вакууме не может быть конвекции или газовой проводимости.
К сожалению, у эвакуированного остекления есть некоторые недостатки; его изготовление сложно и сложно. Например, необходимым этапом изготовления эвакуированного остекления является дегазация ; то есть нагревание для высвобождения любых газов, адсорбированных на внутренних поверхностях, которые в противном случае могли бы позже уйти и разрушить вакуум. Этот процесс нагрева в настоящее время означает, что вакуумированное остекление нельзя упрочнять или термоупрочнять. Если требуется вакуумированное безопасное стекло, оно должно быть ламинированным. Высокие температуры, необходимые для дегазации, также имеют тенденцию разрушать высокоэффективные «мягкие» покрытия с низким коэффициентом излучения , которые часто наносятся на одну или обе внутренние поверхности (то есть те, которые обращены к воздушному зазору) других форм современного изоляционного остекления, в том числе чтобы предотвратить потерю тепла из-за инфракрасного излучения. Однако несколько менее эффективные «твердые» покрытия по-прежнему подходят для вакуумированного остекления.
Кроме того, из-за атмосферного давления, присутствующего снаружи вакуумированного блока остекления, два его стеклянных листа должны каким-то образом удерживаться отдельно, чтобы предотвратить их изгибание вместе и соприкосновение друг с другом, что нарушило бы объект вакуумирования блока. Разделение стекол выполняется сеткой распорок, которые обычно состоят из небольших дисков из нержавеющей стали, расположенных на расстоянии около 20 мм друг от друга. Прокладки достаточно малы, чтобы их можно было видеть только с очень близкого расстояния, обычно до 1 м. Однако тот факт, что разделители будут проводить некоторое количество тепла, в холодную погоду часто приводит к образованию временных сетчатых узоров на поверхности вакуумированного окна, состоящих либо из небольших кругов внутреннего конденсата, сосредоточенных вокруг разделителей, где стекло немного холоднее, чем в среднем, или, когда на улице роса, маленькие кружочки на внешней стороне стекла, на которых роса отсутствует, потому что прокладки делают стекло рядом с собой немного теплее.
Теплопроводность между стеклами, вызванная прокладками, имеет тенденцию ограничивать общую изоляционную эффективность вакуумированного остекления. Тем не менее, вакуумированное остекление остается таким же изоляционным, как и более толстое обычное двойное остекление, и имеет тенденцию быть более прочным, поскольку два составляющих его стеклянных листа прижимаются друг к другу атмосферой и, следовательно, реагируют практически как один толстый лист на изгибающие силы. Вакуумное остекление также обеспечивает очень хорошую звукоизоляцию по сравнению с другими популярными типами оконного остекления.
Сейсмические требования строительных норм
Самый последний строительный кодекс, применяемый в большинстве юрисдикций в Соединенных Штатах, - это Международный строительный кодекс 2006 года (IBC, 2006). Ссылки IBC на издание 2005 года «Стандартные минимальные расчетные нагрузки для зданий и других сооружений», подготовленные Американским обществом инженеров-строителей (ASCE, 2005) для его сейсмических положений. ASCE 7-05 содержит особые требования к неструктурным компонентам, включая требования к архитектурному стеклу. [17]
Опасность отраженного солнечного света
При неправильной конструкции вогнутые поверхности с большим количеством стекла могут действовать как солнечные концентраторы в зависимости от угла наклона солнца, что может привести к травмам людей и повреждению имущества. [18]
Закаленное стекло
Закаленное (или закаленное) стекло изготавливается из стандартного флоат-стекла для создания ударопрочного безопасного стекла. Если флоат-стекло разбито, оно разобьется на очень острые и опасные осколки стекла. Процесс закалки стекла создает напряжение между внутренней и внешней поверхностями стеклянной панели для увеличения ее прочности, а также для обеспечения того, чтобы в случае разрушения стекло разлетелось на маленькие безвредные кусочки стекла. Панели из граненого стекла помещаются в закалочную печь. Здесь стеклянные панели нагреваются до 600 градусов Цельсия, а затем поверхности быстро охлаждаются холодным воздухом. Это создает растягивающие напряжения на поверхности стекла с более теплыми внутренними частицами стекла. Когда верхняя толщина стекла остывает, оно сжимается и заставляет соответствующие стеклянные элементы сжиматься, создавая напряжения в стеклянной панели и увеличивая прочность. [19]
Смотрите также
- Строительство зданий
- Стекло в зеленых домах
- Музеи и галереи стекла
- Остекление
- Четверное остекление
- Стекло с подогревом
- Изоляционное остекление
- Leadlight
- Солнечный коллектор
- Витраж
- Витраж - британское стекло, 1811–1918 гг.
Рекомендации
- Ноэль С. Стоукс; Справочник по стеклу и остеклению ; Стандарты Австралии ; SAA HB125-1998
- ^ a b Джинн, Питер; Гудман, Рут (2013). Ферма монастыря Тюдоров: жизнь в сельской Англии 500 лет назад . Случайный дом. п. 336. ISBN. 978-1-4481-4172-2.
- ^ Бриджвуд, Барри; Ленни, Линдси (2013). История, производительность и сохранение . Тейлор и Фрэнсис. п. 334. ISBN 978-1-134-07899-8.
- ^ Силлиман, Бенджамин; Гудрич, Чарльз Раш (1854). Мир науки, искусства и промышленности: иллюстрировано примерами на выставке в Нью-Йорке, 1853–1854 гг . Г. П. Патнэм. п. 151 .
- ^ Муни, Барбара Берлисон (2008). Дома вундеркиндов Вирджинии: архитектура и коренная элита . Университет Вирджинии Пресс. п. 36. ISBN 978-0-8139-2673-5.
- ^ Форсайт, Майкл (2013). Материалы и навыки для сохранения исторических зданий . Джон Вили и сыновья. ISBN 978-1-118-65866-6.
- ^ Пендер, Робин; Годфрейнд, Софи, ред. (2012). Практическая консервация зданий: стекло и остекление . ISBN ООО "Ашгейт Паблишинг" 978-0-7546-4557-3.
- ^ Макнил, Джон; Померанц, Кеннет (2015). Кембриджская всемирная история: том 7, Производство, разрушение и соединение, 1750 год – настоящее время, часть 1, Структуры, пространства и создание границ . Издательство Кембриджского университета. п. 208. ISBN 978-1-316-29812-1.
- ^ История производства стекла: London Crown Glass co.
- ^ Заметки о науке и технике в Великобритании . Офис. Апрель 1967 г.
- ↑ Glass Online: Краткая история стекла. Архивировано 24 октября 2011 г. в Wayback Machine.
- ^ Альтер, Ллойд (30 мая 2008 г.). «Достопримечательности, а не свалка: призматическое стекло» . TreeHugger . Проверено 21 апреля 2010 года .
- ^ Ян Macky: Призма стекло
- ↑ Видение Фрэнка Ллойда Райта Томаса А. Хайнца
- ^ Падият, Рагхунатх; Компания 3M, Сент-Пол, Миннесота (2013), Daylight Redirecting Window Films , Министерство обороны США ESTCP Номер проекта EW-201014 , получено 09.10.2017CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ «Разница между закаленным стеклом и баллистическим стеклом | Barrett Limited» . barrettlimited.com . Проверено 17 июля 2018 .
- ^ Sumitomo Groupсвязямобщественностью Первым в мире Эвакуированного Остекление стекло в архиве 2004-08-27 в Wayback Machine
- ^ Бер, РА (2009). Архитектурное стекло, устойчивое к сейсмическим и экстремальным климатическим явлениям . Вудхед Паблишинг Лимитед. ISBN 978-1-84569-369-5.
- ↑ Отраженный свет от лондонского небоскреба плавит машину
- ^ «Закаленное стекло» . IQ Glass Technical . Проверено 26 сентября 2019 .
Внешние ссылки
- Стекольная ассоциация Северной Америки (GANA) - Учебные документы и видео по архитектурному стеклу
- Национальная стекольная ассоциация (NGA) - История и типы стекла
- Валлийская школа архитектурного стекла, Суонси - ведущий британский центр обучения и исследований в области архитектурного стекла, основанный в 1946 году.