Алюминиевые или стальные навесные фасадные системы: что лучше?

Когда архитекторы и застройщики приступают к проектированию современного коммерческого здания, одним из наиболее важных конструктивных и эстетических решений, с которыми они сталкиваются, является выбор наилучшего материала для навесных стен здания.

Внешняя оболочка здания — это его первая линия защиты от непогоды и основная визуальная составляющая. В этом всеобъемлющем руководстве мы проведем углубленное сравнение материалов для навесных фасадных систем, в частности, проанализируем алюминиевые и стальные системы.

Что лучше для высотных зданий: алюминиевые или стальные навесные стены? В каких случаях следует выбирать стальной каркас навесных стен вместо алюминиевого?

Именно эти вопросы мы ежедневно обсуждаем в цехах и на инженерных совещаниях. Оба материала обладают рядом существенных преимуществ, но их структурные, тепловые и эстетические свойства определяют совершенно разные области применения.

Понимая преимущества навесных фасадов из алюминиевых сплавов наряду с преимуществами навесных фасадов из стали, вы сможете принять обоснованное, основанное на данных решение для вашего следующего архитектурного проекта.

Ан алюминиевая навесная фасадная система Это ненесущая наружная ограждающая конструкция здания, изготовленная из легких экструдированных алюминиевых профилей. Эти профили образуют каркас (алюминиевый каркас навесной стены или алюминиевый импост), на котором размещаются стекло, металлические панели или каменная облицовка.

В отрасли широко используются алюминиевые сплавы марок 6063-T5 и 6061, поскольку их легко экструдировать в сложные формы. Это позволяет производителям проектировать сложные взаимозацепляющиеся профили как для модульных (предварительно собранных на заводе), так и для каркасных навесных стен (собираемых на месте). Кроме того, в современных системах используются алюминиевые профили с терморазрывом — где полиамидная полоса разделяет внешние и внутренние алюминиевые профили — для предотвращения теплопередачи. Затем поверхность обрабатывается анодированным алюминиевым покрытием или высокопрочным покрытием PVDF, способным выдерживать десятилетия воздействия погодных условий.

Преимущества навесных стен из алюминиевых сплавов

Доминирование алюминия в фасадной индустрии не случайно. Он предлагает весьма привлекательный набор преимуществ:

• Легкие каркасы для навесных стен: Алюминий весит примерно в три раза меньше стали. Это значительно снижает собственную нагрузку на основной несущий каркас здания, что позволяет создавать более легкие и экономичные железобетонные или стальные надстройки.
• Коррозионная стойкость алюминия: При воздействии воздуха алюминий естественным образом образует микроскопический оксидный слой, который защищает его от дальнейшего ржавления. В сочетании с современными заводскими покрытиями он практически не подвержен стандартным воздействиям окружающей среды.
• Быстрое изготовление и монтаж: Благодаря высокой пластичности алюминия, его легко резать, штамповать и обрабатывать, изготовление изделий происходит невероятно быстро. Для модульных систем скорость монтажа на месте не имеет себе равных.
• Зрелая цепочка поставок: Существует проверенная во всем мире сеть систем навесных фасадов. Закупка профилей, уплотнителей и фурнитуры осуществляется без проблем, что гарантирует соблюдение сроков проекта с минимальным риском нехватки материалов.
• Характеристики терморазрыва (алюминий): Благодаря интеграции современных полиамидных профилей в экструзионные конструкции, алюминиевые системы могут достичь феноменальной энергоэффективности, легко соответствуя строгим мировым стандартам энергосбережения.

Недостатки навесных стен из алюминиевых сплавов

Несмотря на широкое применение, алюминий имеет присущие ему ограничения, обусловленные физическими свойствами материала:

• Меньшая жесткость, чем у стали: Алюминий имеет гораздо более низкий модуль упругости по сравнению со сталью. Это означает, что при сильных ветровых нагрузках алюминий будет изгибаться (деформироваться) гораздо сильнее, чем стальной профиль того же размера.
• Ограничения в управлении отклонением: Из-за меньшей жесткости, если необходимо перекрыть очень высокий проем (например, вестибюль на двух этажах), алюминиевая стойка должна быть очень глубокой и массивной, чтобы предотвратить разрушение стекла под воздействием ветра.
• Алюминий, подверженный термическому расширению: Алюминий расширяется и сжимается при изменении температуры примерно вдвое быстрее, чем сталь. Инженерам приходится проектировать сложные компенсационные швы в фасаде, чтобы компенсировать это движение, что усложняет систему.
• Требования к пожарной безопасности: Алюминий плавится при относительно низкой температуре (около 660 °C или 1220 °F). Поэтому для предотвращения распространения огня между плитами перекрытия требуются сложные противопожарные конструкции и специальные инженерные решения.

Для каких сценариев подходят навесные фасадные системы из алюминиевого сплава?

Основываясь на нашем обширном инженерном опыте, мы считаем алюминий оптимальным выбором в ряде конкретных ситуаций:

• Стандартный проект фасада: Когда здание имеет повторяющиеся модули и стандартную высоту потолков, модульная алюминиевая система является наиболее эффективным и экономичным выбором.
• Алюминиевая навесная стена для высотного здания: Благодаря своей легкости алюминий является абсолютным стандартом для высотных небоскребов, значительно снижая нагрузку на фундамент.
• Материалы для навесных фасадных систем прибрежных зданий: Благодаря своей устойчивости к коррозии, алюминий с толстым покрытием демонстрирует исключительно хорошие характеристики в соленой, влажной прибрежной среде.
• Ускоренное изготовление навесных фасадных систем: Если ваш проект реализуется в сжатые сроки, отлаженная цепочка поставок и быстрые процессы экструзии алюминия гарантируют более быструю доставку.
• Экономически эффективная система навесных фасадных систем: Для стандартных применений алюминий предлагает наилучшее соотношение производительности и цены на рынке.

В основе стальной навесной стены лежит высокая несущая способность. В стальной каркасной навесной стене используются стальные профили — часто горячекатаные, холодноформованные или сваренные лазером — для создания несущей конструкции. Стальные стойки и поперечные балки спроектированы таким образом, чтобы выдерживать огромные нагрузки на экстремальных пролетах, что было бы невозможно для алюминия без визуального преувеличения.

Благодаря своей невероятной прочности сталь позволяет создавать каркасы с высокой прочностью на единицу размера. Архитекторы любят сталь, потому что она обеспечивает сверхтонкие линии обзора; каркас может быть невероятно узким, при этом выдерживая массивные, тяжелые панели из тройного остекления или стекла увеличенного размера. Однако необработанная сталь ржавеет. Поэтому для современного стального фасада требуются стальные сердечники, оцинкованные горячим способом, или использование каркасов из цельной нержавеющей стали для навесных стен. Для обеспечения долговечности эти системы покрываются высокоэффективным покрытием, разработанным специально для устойчивости к экстремальным погодным условиям.

Преимущества стальных навесных стен

Когда архитектор требует чего-то экстраординарного, сталь обычно становится ответом:

• Высокая прочность и жесткость конструкции: Модуль упругости стали примерно в три раза выше, чем у алюминия. Она просто не гнется легко.
• Каркасные конструкции навесных фасадов большой протяженности: Стальные балки могут перекрывать несколько этажей — часто на 20 футов и более — без необходимости использования промежуточных несущих конструкций или массивных, глубоких стоек.
• Фасад с минимальным отклонением: Благодаря своей высокой жесткости стальной фасад защищает уплотнители остекления и само стекло, предотвращая деформацию под воздействием сильных ветровых нагрузок.
• Ультратонкие перемычки: Для проектов, в которых приоритет отдается максимальной прозрачности и площади остекления, сталь обеспечивает изящные профили, к которым стремятся архитекторы.
• Детализация фасада по индивидуальному заказу: Сталь можно резать лазером, сваривать и обрабатывать, создавая уникальные инженерные шедевры в области навесных фасадных систем, которые невозможно воспроизвести с помощью стандартных алюминиевых профилей.

Недостатки стальных навесных стен

Производство стали сопряжено со значительными логистическими и техническими трудностями:

• Сталь с антикоррозионной защитой: Если высокоэффективное покрытие поцарапается или повредится, сталь заржавеет. Это может поставить под угрозу структурную целостность и вызвать некрасивые пятна на фасаде здания.
• Повышенный риск технического обслуживания: В районах с высокой влажностью или на побережье поддержание защитных покрытий в надлежащем состоянии требует строгого контроля и регулярных проверок.
• Установка с более тяжелыми грузами: Сталь — тяжелый материал. Для подъема и установки стальных стоек большой длины требуются мощные краны, железобетонные плиты перекрытия и высококвалифицированные монтажные бригады.
• Увеличение сроков изготовления: Точная сварка, шлифовка, цинкование и покраска стальных каркасов занимают значительно больше времени, чем экструзия алюминия.
• Более высокая стоимость: С учетом стоимости сырья, специализированного изготовления, сложной логистики и нанесения высококачественного покрытия, стальные системы значительно дороже.

Для каких сценариев подходят стальные навесные фасадные системы?

Сталь блистает в монументальных архитектурных элементах, выполненных на заказ:

• Фасады больших пролетов / Стеклянные панели нестандартных размеров: Когда в проекте предусмотрены массивные, непрерывные стеклянные панели (часто встречающиеся в флагманских магазинах класса люкс или парадных вестибюлях).
• Знаковый архитектурный фасад: Для сложных геометрических конструкций, требующих индивидуального подхода, где стандартные решения неприменимы.
• Навесная стена, подверженная высоким ветровым нагрузкам: В регионах, подверженных ураганам или сильным ветрам, сталь обеспечивает необходимую минимальную защиту фасада от прогибов.
• Тонкая конструкция прицельной линии: Когда архитектор требует минималистской эстетики с минимальной глубиной стоек, загораживающих обзор.

Появление

Навесная стена из алюминиевого сплава:

Эстетика алюминиевых систем определяется их отделкой и глубиной. Поскольку алюминиевые профили продавливаются через матрицу, мы можем создавать невероятно четкие, чистые линии. Вам доступен широкий спектр вариантов отделки алюминия, от металлического блеска анодированных поверхностей до безграничной цветовой палитры жидких красок PVDF. Однако компромисс в архитектурной эстетике навесных стен заключается в глубине. Если высота перекрытия большая, алюминиевый профиль должен выступать глубоко во внутреннее пространство, чтобы сохранить свою структурную целостность.

Стальная навесная стена:

Сталь — мастер создания тонких линий обзора (преимущество стали). Благодаря своей высокой жесткости, архитектор может спроектировать высокую стеклянную стену с перемычками шириной всего два дюйма. Это обеспечивает практически невидимую несущую конструкцию, максимально увеличивая естественное освещение и визуальную прозрачность. Кроме того, сталь предлагает беспрецедентную гибкость в детализации фасадов. Вместо того чтобы ограничиваться экструдированными формами, сталь можно сваривать лазером в острые Т-образные, крестообразные или совершенно уникальные геометрические формы, создавая знаковые архитектурные решения.

Прочность конструкции

Разница между прочностью и жесткостью конструкции навесных фасадных систем заключается именно в этом аспекте.

Навесная стена из алюминиевого сплава:

Алюминий обладает превосходной прочностью на растяжение, но его модуль упругости (жесткость) составляет ровно одну треть от модуля упругости стали. Почему это важно? Из-за прогиба.

Если ветер ударит по высокому алюминиевому профилею, он прогнется внутрь. Если прогиб будет слишком сильным, стекло разобьется, и уплотнители выйдут из строя. Поэтому, чтобы соответствовать стандартам по допустимым прогибам навесных стен, алюминиевые профили должны быть глубже.

Стальная навесная стена:

Исключительная жесткость стали делает ее бесспорным чемпионом среди профилей для перекрытий больших пролетов. Она просто отказывается гнуться под давлением. Эта огромная способность фасада противостоять ветровым нагрузкам позволяет устанавливать более тяжелое стекло (например, пуленепробиваемое или взрывостойкое) и перекрывать огромные вертикальные пролеты без необходимости крепления профиля к дополнительной стальной конструкции сзади.

Тепловые характеристики

Навесная стена из алюминиевого сплава:

В прошлом высокая теплопроводность алюминия представляла собой проблему. Сегодня же теплоизоляционные навесные стены произвели революцию в отрасли.

Стальная навесная стена:

Сталь проводит тепло значительно медленнее, чем алюминий (примерно в 251 раз меньше по теплопроводности). Однако это все же металл. Современные стальные навесные стены также требуют тепловых разрывов, которые обычно достигаются путем отделения внешней стальной прижимной пластины от внутренней стальной несущей стойки с помощью высокоплотной резины EPDM или специальных структурных стекловолоконных изоляторов. Тщательная проработка изоляции в местах соединения стоек имеет решающее значение для предотвращения образования холодных зон в стальных системах.

Коррозионная стойкость

Навесная стена из алюминиевого сплава:

Алюминий — это металл, обладающий природными “самовосстанавливающимися” свойствами. Если поцарапать необработанный кусок алюминия, открытый металл мгновенно вступит в реакцию с кислородом, образуя микроскопический, непроницаемый слой оксида алюминия, который останавливает дальнейшую коррозию. При нанесении прочного промышленного анодирования или многослойных фторполимерных (ПВДФ) красок алюминий становится абсолютным чемпионом по неприхотливости в уходе.

Стальная навесная стена:

Главный враг стали — влага. Стальная навесная стена требует многослойной системы защиты.

Кроме того, инженеры должны быть предельно внимательны к гальванической коррозии (при контакте со сталью).

Экология и устойчивое развитие

Навесная стена из алюминиевого сплава:

Алюминий можно перерабатывать бесконечно, не теряя при этом своих физических свойств. Для переработки алюминия требуется всего 51 тонна энергии, затраченной на производство первичного металла. Глобальная цепочка поставок для переработки архитектурного алюминия невероятно надежна.

Стальная навесная стена:

Сталь также является наиболее перерабатываемым материалом на планете. Однако углеродный след, связанный с транспортировкой тяжелых стальных профилей и энергоемким процессом горячего цинкования, делает первоначальные энергозатраты на строительство стальной навесной стены выше, чем у локализованной, легкой алюминиевой системы.

Сложность установки

Навесная стена из алюминиевого сплава:

Алюминиевые системы, особенно модульные навесные фасадные системы, являются образцом эффективности монтажа. Целые панели (каркас, стекло и уплотнители) собираются на заводе. На строительной площадке башенные краны поднимают эти легкие панели, а небольшая бригада быстро устанавливает их на предварительно просверленные анкеры в полу. Это высокосистематизированный и быстрый процесс.

Стальная навесная стена:

Монтаж стального фасада, изготовленного на заказ, сродни сложной строительной инженерии. Перекладины невероятно тяжелые. Обычно их устанавливают каркасно, то есть вертикальные стальные перекладины поднимают краном на место, прикручивают болтами или приваривают к основной конструкции, а затем горизонтальные поперечные балки, стекло и наружные прижимные пластины устанавливаются по частям на месте. Это требует обширных строительных лесов, специализированного подъемного оборудования и значительно большего времени на объекте.

Производственные затраты

Навесная стена из алюминиевого сплава:

Благодаря простоте экструзии, малому весу, снижающему транспортные расходы, и быстрой сборке в виде модульных конструкций, позволяющей сэкономить на дорогостоящей рабочей силе на объекте, алюминий является наиболее экономически эффективной системой навесных фасадов для коммерческого строительства средней и большой этажности.

Стальная навесная стена:

Сталь представляет собой значительную надбавку к цене. Сырье может быть сопоставимо по цене с алюминием, но сложные производственные процессы, специализированная лазерная сварка, тщательная гальванизация, многоступенчатая покраска и трудоемкий монтаж значительно увеличивают стоимость. Сталь выбирают из-за эксплуатационных характеристик и эстетического эффекта, а не из-за экономии бюджета.

Сложности технического обслуживания

Навесная стена из алюминиевого сплава:

Как правило, техническое обслуживание ограничивается плановой очисткой фасада (мытье стекла и алюминиевых профилей мягкими моющими средствами) и периодическим осмотром структурных силиконовых герметиков.

Стальная навесная стена:

Хотя стекло и герметики требуют одинакового ухода, сам стальной каркас представляет собой более высокий риск с точки зрения технического обслуживания. Если здание находится в суровых условиях, команда по управлению объектом должна активно следить за высокоэффективным покрытием на предмет царапин или сколов. Если сталь подвергается воздействию влаги, начнется ржавление. Устранение ржавчины включает в себя установку строительных лесов, шлифовку ржавчины и нанесение локальных корректирующих покрытий — сложный и дорогостоящий процесс, выполняемый на высоте.

При консультировании разработчиков и ведущих архитекторов в компании мы сводим принятие решения к абсолютным приоритетам проекта.

Выбирайте навесные фасадные системы из алюминиевого сплава, если…

• Вам нужна сбалансированная производительность и более быстрая доставка: Развитая цепочка поставок алюминиевых систем гарантирует, что ваш проект будет реализован в срок и в рамках бюджета.
• Проект расположен в прибрежном/влажном регионе: Естественная коррозионная стойкость алюминия обеспечивает полную защиту от соленого воздуха и влаги.
• Вам необходимы отличные тепловые характеристики при стандартных параметрах: Алюминиевые профили с терморазрывом легко достигают высочайших показателей энергоэффективности без необходимости модификации конструкции колеса.
• Вы предпочитаете проверенную систему с широким кругом поставщиков: Широкое распространение алюминия обеспечивает вам беспрецедентный доступ к запасным частям и технической экспертизе по всему миру.

Выбирайте стальные навесные фасадные системы, если…

• Вам понадобятся либо сверхтонкие стойки, либо невероятно большие пролеты: Когда архитектурная концепция требует высоких стеклянных конструкций с практически невидимой рамой.
• Конструкция предусматривает максимальную жесткость и минимальный прогиб: Если вы строите в зоне сильных ветров или используете массивные, тяжелые архитектурные остекленные конструкции.
• Бюджет предусматривает возможность использования высококачественных покрытий или решений из нержавеющей стали: У вас есть капитал для инвестиций в специализированное производство и высокопрочную коррозионно-защитную сталь, необходимую для таких работ.
• Вы создаёте культовый фасад с тщательно продуманными деталями, выполненными на заказ: Стандартные алюминиевые профили не могут обеспечить такую же четкую, сваренную лазером архитектурную геометрию, как стальная решетка, изготовленная на заказ.

Дискуссия между алюминиевыми и стальными навесными фасадами не сводится к определению абсолютного победителя, а к вопросу архитектурного соответствия.

Алюминиевый стандарт

Алюминиевые навесные фасадные системы остаются бесспорным лидером в коммерческом строительстве. Их лёгкость, невероятная гибкость при экструзии, присущая им устойчивость к коррозии и экономичность делают их логичным и высокоэффективным выбором для современных высотных зданий и стандартных коммерческих комплексов. Это высокотехнологичная, разработанная система, обеспечивающая предсказуемость и эффективность.

Исключение для стали

Напротив, стальной каркас навесных стен — это козырь архитектора. Он предназначен для эффектных решений. Когда стандартные пределы прогиба доведены до предела, когда для грандиозного вестибюля требуется 30-футовый пролет непрерывного стекла или когда линии обзора должны быть предельно тонкими, сталь приходит на помощь там, где алюминий физически не может.

Окончательный вердикт

Тщательно взвесив преимущества алюминиевых и стальных навесных фасадных систем с учетом конкретных ветровых нагрузок, тепловых параметров, эстетических замыслов и финансовых ограничений вашего проекта, вы можете спроектировать фасад, который не только определит облик здания, но и выдержит испытание временем.