1 Материјали у архитектури Материјали у архитектури Предавач: проф. др. Ана Радивојевић Предавач: проф. др. Ана Радивојевић 7. предавање . предавање школска школска 201 2012-13. 13. год. год. Метали Метали Метали Метали метали метали – компактни компактни материјали материјали које које одликује: одликује: карактеристичан карактеристичан метални сјај метални сјај способност пластичног деформисања способност пластичног деформисања добра топлотна и електрична добра топлотна и електрична проводљивост проводљивост својства проистекла из својства проистекла из карактеристичне микроструктуре карактеристичне микроструктуре – металне кристалне решетке металне кристалне решетке
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
11
Материјали у архитектуриМатеријали у архитектуриПредавач: проф. др. Ана РадивојевићПредавач: проф. др. Ана Радивојевић
праисторијапраисторија –– епохе одређене употребом оруђа иепохе одређене употребом оруђа и праисторија праисторија –– епохе одређене употребом оруђа и епохе одређене употребом оруђа и оружја од неког метала оружја од неког метала –– бронзано доба, гвоздено бронзано доба, гвоздено добадоба примена у грађевинарству безначајна или никаквапримена у грађевинарству безначајна или никаква
технологија производње гвожђа допринела да се технологија производње гвожђа допринела да се током антике и већег дела средњег века (дотоком антике и већег дела средњег века (до XVXV века)века)током антике и већег дела средњег века (до током антике и већег дела средњег века (до XVXV века) века) користи само хемијски веома чисто сирово гвожђе користи само хемијски веома чисто сирово гвожђе чије карактеристике не дозвољавају његову примену чије карактеристике не дозвољавају његову примену као конструктивног материјалакао конструктивног материјала
33
Еволуција примене металаЕволуција примене метала
антички свет антички свет примена бронзаних греда у портику примена бронзаних греда у портику ПантеонаПантеона
Витрувије оставља податке о Витрувије оставља податке о потконструкцији спуштеног плафона од потконструкцији спуштеног плафона од гвоздених шипкигвоздених шипки
гвоздени клинови и кламфегвоздени клинови и кламфе оловни лим као изолација од влагеоловни лим као изолација од влаге оловне водоводне цеви оловне водоводне цеви заливање оловом монолитних камених заливање оловом монолитних камених елемената елемената –– спојно средствоспојно средство
од од XVXV века почиње да века почиње да се користисе користиливено гвожђе,ливено гвожђе,односно, његовом односно, његовом даљом прерадомдаљом прерадом
нова ера у примени нова ера у примени металаметала -- XVIII XVIII век век ––технологија технологија производње ливеног производње ливеног гвожђа у потпуности гвожђа у потпуности савладана па постаје савладана па постаје економски економски
прва права прва права конструктивна конструктивна примена гвожђапримена гвожђа
44
Еволуција примене металаЕволуција примене метала
мала отпорност ливеног гвожђа на савијање, али мала отпорност ливеног гвожђа на савијање, али добро подношење аксијалних напрезања (притиска и добро подношење аксијалних напрезања (притиска и затезања), предодредила његову примену у виду затезања), предодредила његову примену у виду стубова, лукова, решеткастих носача,стубова, лукова, решеткастих носача, али не и гредаали не и греда
Еволуција примене металаЕволуција примене метала
Првобитна зграда Националне библиотеке у Паризу
Станица Остерлиц у Паризу
55
Еволуција примене металаЕволуција примене метала
‘Галерија машина’
Еволуција примене металаЕволуција примене метала
66
Еволуција примене металаЕволуција примене метала
Развој нових система грађења – облакодери
(челик је први пут примењен у градњи облакодера 1883. године)
Савремени пример – Аеродром Кансаи, Осака, Јапан (арх. Ренцо Пиано)
77
Савремени пример Железничка станица у Цириху
(арх. Калатрава, Амслер, Ругер)
Савремени пример Железничка станица брзих возова у Лиона
(арх. Сантјаго Калатрава)
88
Савремени пример –Арапски институт у Паризу (арх. Жан Нувел)
Савремени пример - Гугенхајмов музеј у Билбау (арх. Френк Гери)
99
Савремени пример – Павиљон у Амстердаму, арх. Стивен Хол; примена перфорираних металних облога фасаде
обим примене металаобим примене метала негативнанегативна својствасвојства обим примене метала обим примене метала последица последица позитивнихпозитивнихсвојстава ових својстава ових материјала:материјала: високе механичке високе механичке карактеристикекарактеристике
могућност обраде могућност обраде
негативнанегативна својства својства метала:метала: велике запреминске масевелике запреминске масе подложност корозијиподложност корозији значајне деформације значајне деформације при високим при високим температураматемпературама
легуралегура –– сложена супстанца добијена интеракцијом: сложена супстанца добијена интеракцијом: а) два или више металаа) два или више метала
илиилиб) метала са неметалимаб) метала са неметалима))
предност легура у односу на чисте метале:предност легура у односу на чисте метале: могућност побољшања механичких, хемијских, технолошких могућност побољшања механичких, хемијских, технолошких особина основних металаособина основних метала
економска повољностекономска повољност
Гвожђе и његове легуреГвожђе и његове легуре
чисто гвожђечисто гвожђе чисто гвожђечисто гвожђе-- није погодно за техничку употребу није погодно за техничку употребу -- има мале механичке чврстоћеима мале механичке чврстоће
гвожђе које се користи у грађевинарству увек гвожђе које се користи у грађевинарству увек садржи одређену количину других хемијских садржи одређену количину других хемијских елемената који утичу на његове особине и начинелемената који утичу на његове особине и начинелемената који утичу на његове особине и начин елемената који утичу на његове особине и начин примене:примене:
резултат прераде руде:резултат прераде руде:сирово гвожђе сирово гвожђе ((данас се данас се ретко користи у оваквом ретко користи у оваквом р р ур р уоблику)облику)
лије се у калупе (инготе) лије се у калупе (инготе) и даље прерађујеи даље прерађује
Гвожђе и његове легуреГвожђе и његове легуре
сирово гвожђесирово гвожђе -- у зависности од врсте и у зависности од врсте и количине других хемијских елемената у свом саставу количине других хемијских елемената у свом саставу дели се на 3 карактеристичне врстедели се на 3 карактеристичне врсте
бело сирово бело сирово гвожђегвожђе
пуно мангана, пуно мангана, угљеник хемијски угљеник хемијски везан са гвожђемвезан са гвожђем
основна сировина за основна сировина за добијање добијање челикачелика
•• карактеристичне особине:карактеристичне особине: тамно сиве боје, зрнастог преломатамно сиве боје, зрнастог прелома густина густина 7200 7200 kg/mkg/m33
мала жилавост материјаламала жилавост материјала коефицијент топлотног издужењакоефицијент топлотног издужења 1,0 1,0 mm/m/100mm/m/100ooCC σσzz: : σσss::σσpp=1: (1,5=1: (1,5--2): (3,52): (3,5--4)4) σσpp=1=1200 200 MPaMPa могућност обраде: могућност обраде: може може се турпијати и глачати, се турпијати и глачати, не можене може се се ковати, варити, ваљатиковати, варити, ваљати
за конструктивне елементе од ливеног гвожђа значајно за конструктивне елементе од ливеног гвожђа значајно да не постоје велике и нагле промене попречног пресекада не постоје велике и нагле промене попречног пресека
Гвожђе и његове легуреГвожђе и његове легуре
челикчелик –– легура гвожђа и угљеника добијеналегура гвожђа и угљеника добијена челикчелик легура гвожђа и угљеника добијена легура гвожђа и угљеника добијена прерадом белог сировог гвожђапрерадом белог сировог гвожђа
класификација се може вршити према:класификација се може вршити према:1.1. поступку производње поступку производње (Сименс(Сименс--Мартинов, Бесемеров, Мартинов, Бесемеров,
примена у грађевинарству:примена у грађевинарству: примена у грађевинарству:примена у грађевинарству:•• обични (угљенични)обични (угљенични) челикчелик<1,7% C<1,7% C•• легирани челиклегирани челик –– присутни остали легирајући присутни остали легирајући елементиелементи
жилав материјалжилав материјал коефицијент топлотног издужењакоефицијент топлотног издужења 1,2 1,2 mm/m/100mm/m/100ooCC велике механичке чврстоће (и на притисак, и на затезање) велике механичке чврстоће (и на притисак, и на затезање)
и до 2600 и до 2600 MPaMPaконкретне вредности условљене саставом челикаконкретне вредности условљене саставом челика
1717
Обрада металаОбрада метала
облици даље обраде металаоблици даље обраде метала(ливеног гвожђа и челика):(ливеног гвожђа и челика):
1.1. ради добијања елемената одређених обликаради добијања елемената одређених облика –– ковање и ковање и пресовање, ливење, ваљањепресовање, ливење, ваљање
2.2. ради побољшања квалитетаради побољшања квалитета (постизања одређеног (постизања одређеног својства или завршне обраде) својства или завршне обраде) –– долази до измене структуре и долази до измене структуре и појединих особина:појединих особина:појединих особина:појединих особина:
a.a. механичка обрадамеханичка обрада –– ковање, ваљање, извлачењековање, ваљање, извлачењеb.b. термичка обрадатермичка обрада (врши се након механичке обраде) (врши се након механичке обраде) –– каљење, каљење,
отпуштање, жарење (поништава претходно дејство каљења, или отпуштање, жарење (поништава претходно дејство каљења, или отупштања)отупштања)
међусобно спајање метала семеђусобно спајање метала се међусобно спајање метала се међусобно спајање метала се може извршити на 2 начина:може извршити на 2 начина:
1.1. раздвојивим везамараздвојивим везама –– веза веза између елемената је механичка између елемената је механичка (завртњи, закивци, веза (завртњи, закивци, веза квачењем и сл.)квачењем и сл.)
профилипрофили –– челици за носеће конструкције челици за носеће конструкције (шипке, штапови)(шипке, штапови)
Облици примене челикаОблици примене челика
лимови:лимови:а. према дебљини:а. према дебљини:танки (дотанки (до 3mm)3mm)танки (до танки (до 3mm)3mm), , средњисредњи (3(3--4,75mm)4,75mm), , дебелидебели (4,75(4,75--60mm)60mm)
1919
Облици примене челикаОблици примене челика
лимови:лимови:б.б. према према ррначину/поступку начину/поступку обликовања лима:обликовања лима:
равниравни таласаститаласасти браздасти и брадавичастибраздасти и брадавичасти
бб коритасте и удубљене коритасте и удубљене плочеплоче
челичне цеви челичне цеви (са или без (са или без шава)шава)
Облици примене челикаОблици примене челика
хладнообликовани профилихладнообликовани профили хладнообликовани профилихладнообликовани профили челична жицачелична жица челична ужадчелична ужад челици за вијке и сл.челици за вијке и сл. бетонски челикбетонски челик челици за преднапрегнут бетончелици за преднапрегнут бетонц р д р уц р д р у
2020
Обојени металиОбојени металиврста врста металаметала AlAl CuCu ZnZn PbPb
месингмесинг(Z C )(Z C )
бронзабронза(K C )(K C )металаметала (Zn+Cu)(Zn+Cu) (K+Cu)(K+Cu)
1.1. једнолична, једнолична, равномернаравномерна скрама скрама оксидаоксида, чврсто , чврсто прионутог за подлогу прионутог за подлогу –– без пукотина и порабез пукотина и пора
заштита од разарањазаштита од разарања
карактеристика обојених метала карактеристика обојених метала –– добра добра корозиона отпорносткорозиона отпорност –– превлачење превлачење равномерном превлаком оксида која равномерном превлаком оксида која штити металштити метал
Еколошке особине металаЕколошке особине метала карактер утицаја на окружење и карактер утицаја на окружење и количина уграђене енергије и количина уграђене енергије и уграђеног уграђеног COCO22 :: приликом експлоатације рудеприликом експлоатације руде приликом експлоатације руде приликом експлоатације руде метала као нузметала као нуз--продукт јављају се продукт јављају се “брда” згуре и прашине “брда” згуре и прашине –– овај овај материјал се у одређеној мери материјал се у одређеној мери може искориститиможе искористити--рециклирати у рециклирати у поступку производње бетонапоступку производње бетона
сви индустријски процеси који се сви индустријски процеси који се тичу екстракције металне руде и тичу екстракције металне руде и топљење метала представљају топљење метала представљају озбиљне загађиваче околине озбиљне загађиваче околине ––велика количина уграђене енергије, велика количина уграђене енергије, велика емисија велика емисија COCO22 и значајно и значајно загађење прашином и загађење прашином и SOSO22
Еколошке особине металаЕколошке особине метала
карактер утицаја на окружење и количинакарактер утицаја на окружење и количина карактер утицаја на окружење и количина карактер утицаја на окружење и количина уграђене енергије и уграђеног уграђене енергије и уграђеног COCO22 :: примена готових металних производа у примена готових металних производа у грађевинарству не узрокује значајније загађење грађевинарству не узрокује значајније загађење околинеоколине
проблем представљају честице метала које проблем представљају честице метала које доспевају у воду и тло доспевају у воду и тло –– када овако доспе у када овако доспе у ју у ују у у ууземљу/воду, метал никада не може бити уклоњен земљу/воду, метал никада не може бити уклоњен –– нема даљег разлагањанема даљег разлагања релативно бенигни релативно бенигни –– Fe, Al, Mg, TiFe, Al, Mg, Ti –– велики потенцијал за велики потенцијал за рециклажурециклажу
Еколошке особине металаЕколошке особине метала одрживост ресурса и одрживост ресурса и могућност рециклирања:могућност рециклирања:могућност рециклирања:могућност рециклирања: сви метали се (у принципу) сви метали се (у принципу) могу рециклирати могу рециклирати –– овиме овиме се значајно смањује се значајно смањује количина уграђене енергије количина уграђене енергије у односу на првобитни у односу на првобитни процес (20процес (20--70% 70% --алуминијум)алуминијум)
топлотна енергија која се у топлотна енергија која се у поступку прераде ствара се поступку прераде ствара се може искористити за систем може искористити за систем даљинског грејањадаљинског грејања
Еколошке особине метала Еколошке особине метала ––занимљивости везане за рециклажу занимљивости везане за рециклажу
челикачелика због своје особине да га привлачи магнет, челик представља због своје особине да га привлачи магнет, челик представља
ј ј ј ј ј ћј ј ј ј ј ћматеријал који се најлакше одваја са депоније смећа. материјал који се најлакше одваја са депоније смећа. челик је материјал који се у Северној Америци годишње челик је материјал који се у Северној Америци годишње рециклира у највећем проценту (69%) рециклира у највећем проценту (69%) –– више него папир, више него папир, алуминијум, пластика и стакло заједно!алуминијум, пластика и стакло заједно!
са сваком тоном челика која се рециклира уштеди се: 113са сваком тоном челика која се рециклира уштеди се: 1134 kg4 kgгвоздене руде; 635 гвоздене руде; 635 kgkg угља и 54 угља и 54 kgkg кречњака.кречњака.
више од 95% воде која се користи у производњи челика се више од 95% воде која се користи у производњи челика се рециклира у Северној Америци.рециклира у Северној Америци.
95% челика узетог из грађевинског шута је рециклирано и95% челика узетог из грађевинског шута је рециклирано и 95% челика узетог из грађевинског шута је рециклирано и 95% челика узетог из грађевинског шута је рециклирано и претворено у претворено у нове челичне производе у току 2002. године, у нове челичне производе у току 2002. године, у Северној Америци.Северној Америци.
нова челична конструкција садржи више од 28% рециклираног нова челична конструкција садржи више од 28% рециклираног челика, а сама је 100% рециклабилна.челика, а сама је 100% рециклабилна.