Стеклянные здания в архитектуре.
Стеклянная архитектура — типы конструкций и материалы.
Современные сооружения из стекол и металла, замысловатые по форме и отражающие своими ломаными или изогнутыми плоскостями существующий вокруг городской пейзаж, сочетают, с первого взгляда, противоположенные друг другу качества: величественность с хрупкостью, изящество с технологичностью, футуризм с универсальностью. Они гармонично вписываются не только в современные кварталы с новой застройкой, но и в исторический центр города. Вертикальные и наклонные плоскости из стекла становятся привычными для современных офисных и торговых центров, спортивных сооружений и домов; везде, где важен свет, стиль и пространство. Фасадные свет прозрачные системы из стали, алюминия, стекла и т.д. позволяют достичь не только выразительности сооружений архитектуры, но и комфорта, долговечности, надежности - неотъемлемых качеств архитектуры сегодня и завтра. Развитие свет прозрачных конструкций, продолжается не одно столетие и идёт по пути непрерывного совершенствования. От простых проёмов окон - к ленточному остеклению и полностью остеклённым фасадам. С середины ХХ в. постоянно возрастают требования и нормы по повышению звуко- и теплоизоляции зданий, их огнестойкости, улучшению микроклимата в помещениях, защите фасада от излучения солнца и т.д., привели к появлению новых решений, способов изготовлений и монтажа конструкций, которые не только отвечают всем требованиям статики, экологии и строительной физики, но и обладают низкими энергетическими и эксплуатационными и показателями. В РФ в последнее время развивается стеклянная архитектура и создаётся всё больше зданий с использованием сложных стекло металлических систем. Некоторые из систем уже массово распространены, примеров реализации других меньше, появления же самых технологически сложных стоит ожидать ни раньше, чем через определённое количество лет. Однако для того чтобы понимать причины медлительного внедрения новейших конструктивных решений и прогнозировать перспективы их дальнейшего развития, потребуется ясно представить специфику разных систем, а также материалов, которые используют для их изготовления.
Классификация.
Свет прозрачные системы фасадов различают по типу конструкций, которые используют для крепежей стеклянных панелей и по материалам, из каких эти конструкции изготавливают. На сегодняшний день существуют 2 основные конструктивные схемы: с использованием профилей из металла и креплением стекол по периметру и с пространственной под конструкцией и точечным креплением стекла.
К 1ой схеме относят системы: стоечно-ригельная и структурная, с несколькими промежуточными вариантами, а также кассетная или блочная. Первая появилась относительно недавно, и конструктивно она более сложная. Под каждый проект разрабатывают принципы крепежа, оригинальную систему и используемые элементы определяют персонально. Для конструкций каждой из систем могут применять алюминий и сталь. Первый используют преимущественно в профильных системах, второй - в пространственных. На рынке систем для фасадов на данный момент существует больше десяти разновидностей. Преимущества одних систем перед другими нельзя обсуждать без учёта различных параметров: стоимостных, эксплуатационных, требований к несущим способностям и долговечности конструкций. Конкретная система должна применяться непосредственно в том месте, где её достоинства компенсируют её недостатки.
Профильные системы.
Профильные фасадные системы - это навесные или самонесущие конструкции, которые представляют собой структуры из профилированных труб, имеют внутри пустоты или, иначе говоря, камеры. Номенклатура разных видов профилей и доп. элементов к ним представляет из себя своеобразный конструктор и даёт возможность изготавливать всевозможные остеклённые вертикальные и наклонные поверхности, свет прозрачные крыши и т.д. Во всех профильных фасадах есть возможность встроить двери и окна, либо глухие панели. Многообразие элементов систем профилей включает в себя основные несущие и накладные профили с разной толщиной конструкции для обеспечения необходимых статических нагрузок. Как правило, любой производитель разрабатывает и спец. элементы: нижних и боковых креплений створок (откидных и поворотных), продухи для скатных крыш, 2ухмерные и 3ёхмерные узлы сочленений и т.д. Причём все данные элементы могут быть одинаковой внешней ширины (профилей) и воспринимаются по фасаду как единое целое.
Фасадные профили, как стальные, так и алюминиевые, выпускаются 2ух типов: «холодные» и «тёплые». Так называемые «холодные» профили (без терма- вставок) не предназначены для фасада отапливаемых зданий, их возможно применить для устройства тамбуров, внутренних перегородок, ограждений балконов и т.д. «Тёплые» профили имеют в своих конструкциях термоизоляционные вставки, обеспечивающие лучшую теплоизоляцию профиля.
Стоечно-ригельные системы.
Классическая или традиционная стоечно-ригельная система фасадов получила большее распространение как более простая, универсальная система, т.к. она состоит из горизонтальных и вертикальных элементов, которые образуют каркас фасада. Причём основные элементы конструкции в данной системе - несущие вертикальные стойки, к ним механическим путём крепят горизонтальные ригели. Узлы сопряжения 2ух плоскостей (с переломами как в горизонтальных, так и в вертикальных плоскостях) конструкций со стеной, с основанием, а также узлы креплений кровель и фасадов выполняют при помощи специальных элементов. Такие узлы позволяют надёжно тепло- и гидро- изолировать узлы примыкания к постройке, компенсировав изменения температуры между конструкциями. Несущие структуры располагают изнутри, с тёплой стороны стены.
Стеклопакеты устанавливают снаружи и фиксируют прижимной планкой винтами. Уплотнители из резины морозостойкие и обеспечивают герметизацию на стыках между стёклами и алюминиевым несущим профилем. Прижимные планки закрывают декоративные крыши с заметной шириной 50–80 мм. Фасад приобретает вид поверхности из стекла, разделённой чёткими вертикальными и горизонтальными линиями. Открывающиеся элементы: двери и окна - встраивают в общую систему. В качестве прозрачных ограждающих конструкций стоечно-ригельная система обладает мин. стоимостью при максимальной теплоизоляции. Срок эксплуатации этой системы примерно 20–25 лет.
Полу структурные системы.
Полу структурные системы могут быть вертикальными и горизонтальными. В отличие от классической стоечно-ригельной системы, снаружи по фасаду отсутствуют какие-либо (вертикальные или горизонтальные) профили, а это создаёт множество дополнительных выразительных возможностей. Например, в горизонтальном разделённом фасадном остеклении создаётся ощущение непрерывного горизонтального остекления. Внешние элементы имеют разные цвета и формы, усиливающие декоративность. Стеклопакеты в полу структурном варианте крепят в одном направлении стандартным способом, а швы между соседними стеклопакетами герметизируют спец. резиновыми прокладками или герметиками из полимера, что накладывает ограничение по размерам применяемых стеклопакетов. В качестве открывающихся элементов могут применять исключительно «скрытые» верхнеподвесные окна.
Структурные системы.
Структурную систему остекления начали применять в ещё 60-х гг. Система одна из более популярных на данный момент на Западе, она появилась как результат в развитии полимерной химии. Металлический каркас, сама основа структурного остекления такая же, как в стоечно-ригельных и полу структурных системах. Принципиальное отличие заключено только в способе креплений стеклопакетов при помощи силиконового герметика. Стеклопакеты сначала вклеивают в раму опоры, которая после атмосферостойкого герметика крепится к несущему, главному каркасу. Для такой системы характерны: полное отсутствие видимых наружных крепежных элементов, благодаря этому достигают эффекта сплошной стеклянной стены. Особенностью системы структурного остекления является срок службы фасадов, ведь он практически безграничен, поскольку с агрессивной внешней средой контактирует лишь стекло и силиконовые герметики, что особо важно, если учесть экологическую обстановку больших городов и промышленных центров. Стоит отметить высокую изолирующая способность; лёгкость эксплуатаций, поскольку ровная поверхность позволяет упростить процесс ухода за остеклением. Структурную систему можно также применять и в качестве остекления кровли. Несмотря на высочайшую надёжность системы, обеспеченную клеевыми соединениями, в некоторых странах существуют требования обязательной доп. фиксации стеклопакетов с помощью механических элементов при структурном остеклении на высоте больше 8 м. Это требование продиктовано невысокой стойкостью клеевого соединения к большим температурам, которые могут возникнуть в случае пожара. Система имеет аналогичный классическому каркас, а, следовательно, довольно близко ей по цене. Конечная стоимость структурных остеклений зависит от характеристики стеклопакетов, расходов системных профилей и многих других факторов.
Кассетные или блочные системы.
Кассетная фасадная система - это логичное завершение эволюции профильных систем для остекления на больших поверхностях. Они максимально простые, технологичные, индустриальные и экономичные. Стоечно-ригельный каркас заполняют кассетами заводского изготовления. Створка имеет только наружное верхнеподвесное открывание и встраивают её в любую секцию без отличия снаружи. Разработанная на базе стоечно-ригельной, блочная система дороже её на 30-40 процентов на, но даёт ощутимые преимущества в качестве монтажа, поскольку на стройке происходит только навешивание уже готовых блоков. То есть нет сложной, требующей высокой квалификации сборочной работы, а также снижается процент боя. Плюсом является и скорость монтажа, увеличивается раза в 3-4. На сегодняшний день, при нынешних объёмах остекления, это немаловажный момент. Особенно для высотного строительства, где блочную систему монтируют без дополнительных приспособлений для наружной работы. Кроме этого, при использовании блочной системы гарантировано высокое качество фасадов, которое при высотном строительстве невозможно проконтролировать другими способами. Как альтернативный путь в создании стеклянных фасадов во второй половине ХХ в. возникли и начали развиваться более сложные системы с развитыми каркасами и отсутствием разделяющих стеклянные панели непрозрачными элементами. В них используют современные материалы и новейшие методики расчёта. Эти системы получили название планарных от planar - «плоский».
Материалы.
Алюминий – лёгкий, прочный, простой в уходе, пластичный и экономичный строительный материал с большими сроками службы; будучи экологически чистым, он не содержит примеси тяжелого металла, не выделяются вредные вещества из-за воздействия лучей ультрафиолета и сохраняется работоспособность в любых условиях климата при перепадах температуры от -80oС до +100oС. После обработок поверхностей изделий из алюминия они становятся устойчивы к вредным воздействиям, которые вызваны дождём, снегом и т.д. Алюминиевыми делается большая часть фасадных «холодных» и «тёплых» профильных систем. Профили, зачастую, выполняют из сплава 3ёх компонентов: алюминий, магний, кремний. Их можно оставить в естественном цвете или окрасить порошковым методом в любой другой. Достоинства алюминиевого фасада: обширный выбор разных систем и профилей; производят индустриально, что даёт высокое качество и низкую стоимость; снижается уровень шума. Недостатки алюминиевого фасада: прямой контакт с другими металлами способен вызывать протекание электролитической реакции, что приведёт к коррозиям; повышенная теплопроводность алюминиевых профилей без термовставок в сравнении с деревом; невысокая несущая способность. Чтобы компенсировать последний недостаток используются либо усиливающие алюминиевые профили, которые вставляют во внутренние камеры обычного, либо необходимо использование дополнительных стальных конструкций.
Сталь - ударопрочный, устойчивый к внешним воздействиям, экологичный и долговечный материал, обладающий высокой прочностью. Для свет прозрачной фасадной конструкции применяют как обычную гальванизированную сталь, окрашенную эпоксидным и порошковым красителем высокой стойкости, так и нержавеющую, высокоуглеродистую сталь. Применив стальные профильные системы, возможно обойтись без несущей под конструкции, что положительно скажется как на объёме работы, и на внешний вид конструкций. Достоинства фасада из стали: высокая несущая способность и жёсткость конструкций. Выдерживает повышенные нагрузки (в 2,8 раза лучше, чем из алюминия), позволяет создавать большие световые проёмы и увеличивать инсоляцию помещений, а также применять при проектировании стеклопакеты, имеющие вес до 240 кг при стандартно решении креплений или вес до 600 кг при установке спец. опор под стекла; низкую теплопроводность. Температурное расширение профиля из стали почти в 2 раза меньше, чем из алюминия, что позволит сократить монтажные зазоры; практически безграничный срок службы; высокую коррозионную стойкость. Профили возможно полировать и шлифовать; они имеют хорошую огнестойкость. Стальная конструкция незаменима там, где при пожарных требованиях стойки должны устоять не менее 1,5-2 ч. Такие же параметры в алюминиевых конструкциях могут быть достигнуты при использовании специальных наполнителей, что увеличивает их стоимость в 4 - 5 раз. Главным недостатком стали является значительная стоимость изделий из этого металла и сложность их изготовления.
Учитывая специфику стали как материала, можно сказать, что наиболее перспективными направлениями её применения в свет прозрачных фасадах являются: сложные пространственные конструкции (например, планарное остекление), прозрачные конструкции с повышенными огнестойкими требованиями, а также фасадные конструкции, превышающие 120-метровую высоту. Не менее важную роль в фасадной системе, помимо несущих конструктивных элементов - профилей и под конструкции, играет стекло. Собственно, ему эти конструкции обязаны своим основным достоинством - свет прозрачностью. Все системы призваны максимально надёжно соединять стеклянные панели в одну плоскость, делая стену из стекла такой же прочной и тёплой, как обычная кирпичная.
Стекло и стеклопакеты.
Современные стёкла значительно отличаются от тех, которые применяли ещё в середине прошлого столетия. Их изготавливают флоат-методом, позволяющим произвести стёкла с однородной толщиной и качественной поверхностью, которое не требует полировку и не имеет дефектов. Научные исследования и разработка приводят к появлению целого спектра разных видов стёкол, удовлетворяющих современным требованиям по тепло сбережению, прочности, спектральному диапазону излучения, которое пропускают и т.д. Ассортимент производимых стёкол очень широк. Потому выбор стёкол должен определяться ни столько эстетическими соображениями, сколько оптико-энергетическими показателями и характеристиками остекления, условиями эксплуатаций. У свет прозрачных ограждающих конструкций более широкое применение получили следующие типы современных стёкол: солнцезащитные стёкла, которые обладают способностью снизить пропускание свето- и солнечной тепло- энергий. За счёт тонкого металлического слоя, нанесённого по поверхности стекла, они или отражают, или поглощают солнечное излучение. При поглощении сами стёкла нагреваются и дают основную часть приобретённого тепла в наружное пространство и вовнутрь помещений; триплекс-ламинированное стекло состоит из 2ух или более стёкол, ламинированных вместе с помощью плёнки или спец. жидкости. Главная цель триплекса - это защита, т.к. при разрушениях осколки стекла останутся на плёнке. Кроме того, триплекс помогает защитить помещение от вредных воздействий ультрафиолетовых лучей и улучшит звукоизоляцию; закалённое стекло – стекло, у какого путём хим- или термообработки повышена прочность к ударам и перепадам температур. При разрушении оно будет распадаться на мелкие безопасные осколки. Закалённые стёкла могут применять в производстве ламинированных стёкол или стеклопакетов; энергосберегающие стёкла можно считать самым перспективным направлением. К сожалению, в РФ данный тип стекла ещё не столь известен и его не столь широко применяют, как он этого заслуживает. Стекло обретает энергосберегающие свойства после нанесений на его поверхность низко эмиссионных оптических покрытий. Такое покрытие обеспечивает прохождение в помещение коротко волнового солнечного излучения, но затрудняет выход из помещения длинно волнового теплового излучения, от отопительного прибора, например.
