Строительный факультет 127

УДК 692.82

С.И. ГУДКОВ, Д.Р. ГАЛЯУТДИНОВ, студенты 3 курса Научный руководитель: Е.В. ПЕТРОВ, канд. техн. наук, доцент

ПРИМЕНЕНИЕ СТРУКТУРНОГО ОСТЕКЛЕНИЯ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗДАНИЙ

Главной отличительной особенностью современных высотных зданий можно считать легкость, создаваемую обилием стекла. Ни один архитектор сегодня не может обойтись без умения работать со стеклом и обязан знать его свойства и возможности.

Структурное остекление одно из наиболее популярных фасадных реше-ний. Метод структурного остекления появился с изобретением силиконовых герметиков, которые дали возможность соединять стекло, металл и камень в единую прочную конструкцию, на основе которой возможно проектирова-ние стеклянных фасадов зданий, соответствующих самым строгим требовани-ям безопасности, энергосбережения и звукоизоляции.

Фасадное остекление – это необходимый элемент современного здания. В последние годы современная архитектура все больше применяет для оформления фасада зданий стекло, так как это современно, долговечно в экс-плуатации и имеет безупречный внешний вид. Существует ряд систем для стеклянного фасада, позволяющий принимать смелые современные решения в архитектуре многоэтажных зданий, офисных и торговых центров, частных домов и коттеджей. Для фасадного остекления используются алюминиевые системы, изготовленные из современных материалов, которые имеют привле-кательный внешний вид и высокие технические показатели. Фасадное остек-ление поможет сохранить тепло в здании [1], обеспечит хорошую звукоизоля-цию, защитит от воздействия неблагоприятных погодных условий.

Существует несколько основных видов систем фасадного остекления. Стоечно-ригельная система (рис. 1) представляет собой внутренний

алюминиевый несущий каркас, выполненный из стоек и ригелей, и внешний прижимной профиль с декоративными накладками различной формы, шири-ны и цвета. Между каркасом и прижимом, через резиновые уплотнители, за-жато заполнение в виде стеклопакета, стекла или композитных материалов. Снаружи фасада видны лишь, расположенные вертикально и горизонтально, узкие декоративные алюминиевые накладки, шириной 50 мм, которые закры-вают крепежные прижимные планки стеклопакетов и гармонично вписывают-ся в общую конструкцию фасадного остекления. Как альтернатива плоской декоративной накладке могут быть использованы круглые или миндалевид-ные накладки, которые делают внешний вид здания более ярким и интерес-ным. Соединение стоек и ригелей в различных конструкциях может осу-ществляться по-разному. Несущий каркас стоечно-ригельной системы распо-лагается с внутренней стороны стены. Стоечно-ригельная система является классической системой фасадного остекления, и наиболее распространенный тип фасадных систем, который легко монтируется и имеет невысокую цену.

128 Материалы 58-й научно-технической конференции

Рис. 1. Стоечно-ригельная система Полузакрытая стоечно-ригельная система представляет комбинацию

традиционной ригельно-стоечной и структурной систем остекления, где стек-лопакеты фиксируются комбинированным способом: видимыми снаружи только вертикальными или горизонтальными прижимными планками. Это осуществляется посредством применения различных маскирующих планок, подчеркивающих одно направление, тем самым придавая зданию дополни-тельный объем по горизонтали или по вертикали. Причем по линиям в другом направлении, фиксирующие стеклопакет планки заменяются на декоративный уплотнитель, либо пространство между стеклопакетами заделывается силико-новым герметиком, устойчивым к различным погодным факторам.

Структурная система фасадного остекления – это остекление без алю-миниевого профиля на наружной части фасада, которое создает необычное впечатление «стеклянной стены». В отличие от традиционного ригельно-стоечного, структурное фасадное остекление дает эффект легкости и цельно-сти строения (рис. 2). Оно позволяет создавать здания без видимых профилей на наружной части фасада, так как крепление стеклопакетов производится только с помощью клея-герметика, за счет которого стекло и металл соединя-ются в единую прочную конструкцию. При определенном освещении возни-

кает эффект непрерывной стеклянной по-верхности. Видны лишь стекло и заполнен-ные герметиком швы шириной до 30 мм, причем цвет швов может совпадать с цве-том стеклопакетов. Структурное остекле-ние позволяет избежать ненужной гро-моздкости благодаря отказу от прижимных планок и декоративных накладок. Подобно полуструктурному остеклению, структур-ная система требует установки стального опорного каркаса. Для структурного остек-ления применяют особый стеклопакет: наружное стекло делается длиннее внут-реннего, что позволяет приклеивать Рис. 2. Структурное остекление

Строительный факультет 129

к опорной раме одновременно два стекла наружное и внутреннее, что, несо-мненно, делает всю конструкцию более надежной. Еще одно отличие струк-турного остекления – это использование закаленного стекла. Закалка повыша-ет несущую способность и прочностные характеристики стекла. Силиконовый герметик при структурном остеклении отличается высоким уровнем прочно-сти. Он не разрушается при воздействии прямых солнечных лучей и удержи-вает наружное стекло в стеклопакете; внутреннее стекло крепится к профи-лю. Клеевое соединение обычно достигает необходимой прочности через 12…24 часа, после чего производится демонтаж фиксаторов и герметизация швов. Остекление выполняется снизу вверх. Структурное остекление фасада по своим эксплуатационным характеристикам ничем не уступает традицион-ным технологиям остекления. Использование этой технологии эффективно для сложных решений в области проектирования, изготовления, монтажа и дизайна светопрозрачных конструкций.

Различается два способа крепления стеклопакетов при помощи силико-нового слоя: двухстороннее и четырехстороннее крепления. При использова-нии двухстороннего крепления, к несущей конструкции крепятся вертикаль-ные и горизонтальные крепежные элементы. В этом случае масса конструк-ции поддерживается при помощи механических креплений, в то время как подвижная нагрузка распределяется по двум сторонам на структурный сили-коновый уплотнитель, а по двум другим сторонам фиксируется механически-ми креплениями. Четырехстороннее крепление не предусматривает никаких других креплений, кроме силиконового герметика, который используется для склеивания всех четырех сторон. При этом варианте масса конструкции, под-держивается либо при помощи несущего ребра, либо силиконового слоя.

Фасадные системы со структурным остеклением, как правило, являются теплыми. В этих системах плоскость фасада представляет собой единую поверх-ность стекла без видимых наружных накладных планок. Конструкция фасада со структурным остеклением требует, чтобы скелет здания был должным образом подготовлен под монтаж фасада, так как зазоры между стеклами делаются мини-мальными. Зазоры предназначены только для того, чтобы компенсировать темпе-ратурные колебания соседних стеклопакетов или других фасадных элементов, а пространства для восприятия прогиба плит перекрытия, на которые крепится си-стема, не остается, поэтому каркас самого здания должен быть абсолютно жест-ким, а плиты перекрытия должны иметь минимальный прогиб. В систему струк-турного остекления могут быть встроены верхнеподвесные окна, открывающиеся наружу, причем таким образом, что при закрытых створках различия на фасаде между открываемыми блоками и неподвижными заметить невозможно.

Специально разработанные силиконовые герметики способны защитить здание от неблагоприятных условий, атмосферных воздействий и огня. Пра-вильно спроектированные и изготовленные системы структурного остекления переносят ветровую нагрузку на несущую конструкцию, что позволяет вы-держивать трение, компрессию и температурные деформации. Также силико-новые герметики обладают отличной сопротивляемостью ультрафиолетовому излучению, выдерживает перепады температуры от – 60 оС до + 150 оС без каких-либо структурных изменений; их можно использовать при приклеива-

130 Материалы 58-й научно-технической конференции

нии не только стекол, но и керамических, металлических, каменных и компо-зитных панелей к каркасу здания.

Полуструктурная система остекления представляет собой модифици-рованную конструкцию, где в качестве несущих элементов используется стандартный набор вертикальных и горизонтальных профилей, но вместо прижимных планок и накладок с лицевой стороны используются штапики, которые удерживают светопрозрачные элементы остекления. Алюминиевые профили полуструктурного остекления обычно используются в качестве не-сущих элементов для больших ограждающих конструкций при наличии стального опорного каркаса. Стеклопакет окружен рамой, практически неза-метной снаружи, что дает эффект визуальной целостности конструкции. В системах такого вида остекления предусмотрена возможность интеграции оконных створок. По своим техническим характеристикам полуструктурное фасадное остекление соответствует уровню и ригельно-стоечной, и структур-ной систем. Преимуществом же этой технологии является возможность мон-тажа остекления изнутри. Это расширяет спектр применения полуструктурно-го фасадного остекления в высотных зданиях.

Спайдерное остекление. Одним из самых выразительных применений стекла в архитектуре является планарное остекление фасадов. Технология планарного остекления появилась относительно недавно и сейчас является одной из самых передовых среди фасадных систем. Заключается она в при-мыкающих друг к другу светопрозрачных элементах (стекло, стеклопакеты), не разделенных рамами или перегородками, чем и отличается от профильных систем. Наиболее эффективной системой креплений для планарного фасада является крепление на нержавеющих коннекторах – «спайдерах», представ-ляющих собой пространственный кронштейн из высоколегированной стали с отличными декоративными свойствами (рис. 3). Такое крепление дает воз-можность реализовывать самые различные фасадные конструкции. Спайдер равномерно воспринимает нагрузку во всех точках крепления [3]. Эластичный точечный зажим компенсирует температурные расширения стекла. К несущей конструкции спайдеры крепятся посредством специальных крепежных эле-ментов через отверстия. Стекло или стеклопакет имеют по углам отверстия со специальной конической фаской. Помимо этого стекла проходят процеду-ру закаливания. Элемент крепления стекла имеет 1, 2, 3 или 4 шарнирных элемента с зажимными коническими шайбами и тефлоновыми выравниваю-щими кольцами. Спайдеры планарных конструкций могут крепиться на ко-лоннах, ригелях, на торцах бетонных перекрытий и стен, и даже быть бук-вально подвешенными в воздухе с помощью шпренгельных тросовых ферм.

Как и остальные виды остекления, фасадное остекление может быть прозрачным, цветным и зеркальным. Основное его достоинство – целостная поверхность, не разделенная решеткой переплетов. Изделия из алюминиевых сплавов не наносят вред окружающей среде и здоровью, они сохраняют свои экологически благоприятные свойства на протяжении всего срока эксплуата-ции. Остекление фасадов имеет много преимуществ: широкий выбор цвето-вой гаммы полимерного покрытия; зеркальные и тонированные стекла; высо-кая технологичность; любые размеры и конфигурация фасадов; низкая тепло-

Строительный факультет 131

проводность элементов остекления, возможность применения элементов остекления с различными характеристиками; устойчивость к ветровым и тер-мическим нагрузкам; высокая прочность при низком удельном весе; благода-ря своему низкому весу алюминиевое фасадное остекление позволяют мини-мизировать нагрузку на фундамент конструкции. Недостатки: высокая трудо-емкость и стоимость изготовления стеклопакетов; высокая цена структурных герметиков; невозможность монтажа при низких температурах; трудности с заменой стеклопакетов.

Рис. 3. Спайдерная система:

1 – стеклянное ребро-стойка; 2 – спайдер; 3 – рутель; 4 – стекло закаленное; 5 – варианты крепления

Во все алюминиевые светопрозрачные фасады могут быть интегрирова-

ны окна и двери. Створки в фасадных системах открываются в привычных положениях: поворотном, поворотно-откидном и фрамужном. Фрамуги с электроприводами или дистанционными открываниями очень актуальны для фасадного остекления, поскольку не всегда есть возможность спроектировать створку для проветривания на удобном для открывания расстоянии.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. СНиП II–3–79*. Строительная теплотехника / Госстрой России. – М. : ГУП ЦПП, 2001. – 29 с.

2. Гныря, А.И. Термические сопротивления заполнений оконных блоков // Известия ВУЗов. Строительство / А.И. Гныря. – 1998. – № 11, 12. – С. 90–94.

3. http://www.tallbuildings.ru/