docSYSTEMY ELEWACJI Z ZASTOSOWANIEM SZKŁA
download 
Reklamacja Transkrypt
SYSTEMY ELEWACJI Z ZASTOSOWANIEM SZKŁA
Budownictwo o zoptymalizowanym potencjale energetycznym Marlena RAJCZYK, Zbigniew RESPONDEK Politechnika Częstochowska SYSTEMY ELEWACJI Z ZASTOSOWANIEM SZKŁA MODYFIKOWANEGO There were shown the influence of modern technologies on the development of glass front buildings construction. There was presented the use of modified glass and supporting structures. WPROWADZENIE Idea „szklanych domów” fascynowała ludzi od wieków. Przestronne jasne wnętrza miały zapewnić człowiekowi kontakt z otoczeniem i naturalne doświetlenie pomieszczeń. Jakkolwiek ideę tę rozpoczęto realizować już w XIX w. [1], to do drugiej połowy XX w. nie opracowano konstrukcji przegród, które likwidowałyby niewątpliwe bariery w stosowaniu całoszklanych fasad. Bariery te wynikają z niewątpliwych problemów konstrukcyjnych, które trzeba rozwiązać przy projektowaniu takich przegród. Przede wszystkim szklane przegrody bez zastosowania nowoczesnych warstw modyfikujących słabo izolują termicznie pomieszczenia budynku, co wiąże się nie tylko z wysokimi kosztami ogrzewania, ale również z niekorzystnymi zjawiskami fizycznymi, takimi jak wykraplanie się pary wodnej na wewnętrznej powierzchni szyb w okresach niskich temperatur. Zjawiska te potęgowane mogą być przez chłodzenie radiacyjne, w przypadku poziomego lub pochyłego usytuowania przegród [2]. Po drugie efekt cieplarniany sprawia, że w czasie nasłonecznienia przy dużej powierzchni szklanych przegród mamy do czynienia z przegrzewaniem się pomieszczeń. Kolejną barierą stosowania szklanych fasad były trudności w utrzymaniu ich w należytym stanie technicznym i w czystości. Niezabezpieczone szkło szybko ulega zabrudzeniu, a mycie elewacji stwarza wiele problemów. Trudności sprawiało również opracowanie odpowiednich konstrukcji wsporczych, które zapewniłyby stabilność elewacji, szczelność połączeń między szybami i dużą trwałość takiej konstrukcji, gdyż remont szklanej elewacji jest kosztowny i wiąże się najczęściej z wymianą części lub całości konstrukcji. W ostatnich dziesięcioleciach obserwujemy rozwój nowych rozwiązań w zakresie technologii szkła, jego modyfikacji oraz systemów szklenia fasad. Wynalazkiem, który znacznie przyspieszył opracowanie nowych rozwiązań, była opisana wcześniej technologia formowania szkła float. Obecnie szyby float stosowane są praktycznie w 100% szklanych przegród w budynkach. Szkło float, dzięki swoim 252 M. Rajczyk, Z. Respondek własnościom, w tym przede wszystkim dzięki równości powierzchni jest półproduktem, który nadaje się do produkcji szyb zespolonych i modyfikacji parametrów fizycznych i użytkowych poprzez np. napylanie, hartowanie i klejenie. Rozwój nowych rozwiązań w zakresie przeszkleń fasad idzie głównie w dwóch kierunkach. Po pierwsze jest to modyfikacja szyb w celu możliwości zastosowania wyrobu o określonych parametrach w konkretnych warunkach eksploatacyjnych. Po drugie są to rozwiązania konstrukcji szklanych fasad. Rozwój technologii szyb zespolonych ze szkłem napylanym i przeciwsłonecznym pozwolił na uzyskanie przegród szklanych na odpowiednim poziomie izolacyjności termicznej, przy jednoczesnej możliwości zapobiegania przegrzewaniu się pomieszczeń w okresach dużego nasłonecznienia. Stosowanie całoszklanych fasad jest uzasadnione przede wszystkim w przypadku biurowców, banków, sal sprzedaży i podobnych budynków użyteczności publicznej, a w budownictwie indywidualnym ogrodów zimowych oraz basenów stanowiących przybudówkę domów mieszkalnych. Należy pamiętać, że koszty realizacji szklanych elewacji są niewspółmiernie wysokie w stosunku do kosztów wykonania przegród nieprzezroczystych o podobnej izolacyjności termicznej. Również koszty eksploatacji cieplnej budynków przeszklonych są wyższe niż budynków o osłonowych ścianach nieprzezroczystych. Zaprojektowanie szklanej elewacji wymaga dobrania materiałów o odpowiednich parametrach i odpowiedniej jakości oraz profesjonalnego wykonawstwa. Jakiekolwiek błędy w powyższym zakresie mogą sprawić, że parametry mikroklimatu pomieszczeń będą znacząco odbiegać od oczekiwanych. Jeżeli więc szklane fasady są ekonomicznie nieefektywne, o ich stosowaniu decydują inne czynniki. Przede wszystkim szklane fasady zapewniają dużą estetykę elewacji w nowoczesnej zabudowie miejskiej i szerokie możliwości w projektowaniu architektonicznym budynków. Ich wysoka cena sprawia, że stają się elementem prestiżu firmy, instytucji lub osoby prywatnej [3]. 1. RODZAJE SZKŁA FASADOWEGO W szklanych fasadach używana jest większość znanych rodzajów modyfikowanego szkła budowlanego, przede wszystkim: – szyby niskoemisyjne - tracą ponad dwa razy mniej ciepła niż szyba ze zwykłego szkła, przy zmniejszeniu przepuszczalności światła tylko o ok. 10%; zastosowanie szkła niskoemisyjnego sprawia, że pomieszczenia z przezroczystymi przegrodami zewnętrznymi, spełniając funkcję wzrokowego kontaktu użytkownika z otoczeniem, stanowią jednocześnie pułapkę energetyczną dla promieniowania cieplnego; umożliwia to nie tylko bierne wykorzystanie energii słonecznej, ale również zapobiega ucieczce ciepła pochodzącego ze źródeł wewnętrznych; – szyby przeciwsłoneczne - zapobiegają nadmiernym zyskom ciepła oraz wywołują charakterystyczny efekt lustra; w poprzednich latach stosowane były powłoki twarde, gdzie napylenie usytuowane było od strony zewnętrznej zestawu; powłoki takie były jednak narażone na uszkodzenia mechaniczne, a w skrajnych Systemy elewacji z zastosowaniem szkła modyfikowanego 253 przypadkach powłoka mogła nawet korodować; z uwagi na trwałość elewacji lepszym rozwiązaniem okazało się stosowanie powłok miękkich sytuowanych na szybie zewnętrznej od strony komory międzyszybowej; szyby zewnętrzne zestawu często używane są w wersji hartowanej; – szyby klejone (bezpieczne, antywłamaniowe i kuloodporne) ze szkła hartowanego i półhartowanego stosowane w newralgicznych miejscach elewacji (drzwi całoszklane, przeszklenia ukośne i poziome); Istnieją również rozwiązania, które ze względu na swoje walory są przydatne do zastosowania w fasadach wielkopowierzchniowych (np. szyby samoczyszczące). 2. RODZAJE KONSTRUKCJI FASAD SZKLANYCH W obiektach o małej kubaturze lub przy oszkleniu niewielkiej powierzchni możliwe jest zaprojektowanie konstrukcji wsporczej w oparciu o powszechnie dostępne profile metalowe lub typowe ramy okienne. Natomiast wielkopowierzchniowe fasady budynków wielokondygnacyjnych wymagają zastosowania całościowych systemów konstrukcji wsporczych. Konstrukcje te zbudowane są najczęściej z elementów stalowych i aluminiowych. W skład systemów wchodzą nie tylko elementy mocujące do konstrukcji budynku, ale również zapewniające odpowiednie uszczelnienie i dające możliwości odpowiedniej swobody przemieszczeń. Fasady szklane wielkopowierzchniowe są w większości wypadków ścianami osłonowymi - montuje się je do elementów konstrukcji budynku za pomocą uchwytów mocujących. Uchwyty te przykręcane są do czoła stropów, wieńców, cokołów lub belek podwalinowych najczęściej stalowymi kotwami rozporowymi. Do uchwytów za pomocą sworzni i śrub mocowane są aluminiowe profile konstrukcji wsporczej fasady. Podłużne otwory w uchwytach umożliwiają rektyfikację konstrukcji rusztu względem konstrukcji budynku. Szczeliny między konstrukcją budynku a ścianą osłonową uszczelnia się i maskuje. Rozróżniamy dwa rodzaje uchwytów (podpór) mocujących: stałe i przesuwne. Ich zastosowanie wynika ze schematu pracy ściany osłonowej (rys. 1). a) b) Rys. 1. Schematy podparcia dla ścian osłonowych jednokondygnacyjnych: a) fasada wisząca, b) fasada stojąca [4] 254 – – – – – – – M. Rajczyk, Z. Respondek Do podstawowych typów fasad szklanych zaliczamy: fasady słupowo-ryglowe, fasady typu „pozioma linia”, fasady strukturalne, fasady semistrukturalne, fasady segmentowe, fasady zimno-ciepłe, fasady mocowane punktowo. 2.1. Fasada słupowo-ryglowa Konstrukcja fasadowa z profili aluminiowych o układzie słupowo-ryglowym jest najczęściej stosowanym typem konstrukcji fasad (rys. 2). Rys. 2. Przekrój demonstracyjny fasady słupowo-ryglowej firmy Yawal a) b) c) Rys. 3. Możliwości kształtowania elewacji w systemie ramowym: a) Dworzec Główny w Częstochowie, b) Bank PKO w Katowicach, c) budynek „Monteksu” w Częstochowie Systemy elewacji z zastosowaniem szkła modyfikowanego 255 Konstrukcja nośna składa się z profili o przekroju skrzynkowym: pionowych (słupów) i poziomych (rygli) połączonych ze sobą. Konstrukcja wypełniana jest najczęściej szybami zespolonymi - możliwe jest także wypełnienie elewacji warstwowymi panelami metalowymi lub płytami z poliwęglanu. Elementy wypełniające mocowane są do konstrukcji nośnej za pomocą listew dociskowych, maskowanych od zewnątrz profilami zatrzaskowymi (rys. 3). Szczelność elewacji realizuje się przez docisk uszczelek silikonowych. W przypadku przedostania się wody do przestrzeni znajdujących się za uszczelkami zewnętrznymi w systemach zastosowano kanały drenażowe pozwalające na odprowadzenie wody na zewnątrz. 2.2. Fasada typu „pozioma linia” Fasada „pozioma linia” jest odmianą fasady słupowo-ryglowej - różni się od klasycznej tym, że uwydatnia się poziome linie konstrukcji. Poziome mocowania oszklenia podkreśla się ozdobnym „klipsem”, natomiast mocowania pionowe są mniejsze, przez co mniej widoczne. Poza tym pionowe mocowania są w kolorze zbliżonym do oszklenia, co sprawia wrażenie jednolitej powierzchni (rys. 4). Rys. 4. Przykładowa realizacja fasady słupowo-ryglowej „pozioma linia” 2.3. Fasada strukturalna Istotą systemów strukturalnych jest mocowanie wypełnienia elewacji w postaci szyb zespolonych do konstrukcji wsporczej klejem silikonowym. Konstrukcją wsporczą jest układ słupowo-ryglowy przymocowany do konstrukcji budynku. Systemy strukturalne stosuje się w celu uzyskania efektu całkowicie oszklonej, jednolitej bryły budynku (rys. 5). Fasada strukturalna charakteryzuje się brakiem widocznych profili aluminiowych od strony zewnętrznej budynku. Przestrzeń pomiędzy panelami szklanymi wypełniona jest uszczelkami bądź masą silikonową. Również uchylne kwatery okienne wyglądają zarówno od strony wewnętrznej, jak i zewnętrznej jak szklenia stałe (rys. 6). Szyby zespolone stosowane do szklenia strukturalnego wykonane są z tzw. stepem krawędziowym - szyba zewnętrzna (lub obydwie szyby, wystaje z każdej strony z lica ramki dystansowej, co pozwala zamaskować ramę, do której klejony jest panel szklany (rys. 7). 256 a) M. Rajczyk, Z. Respondek b) Rys. 5. Możliwości kształtowania elewacji w systemie strukturalnym a) Bank BRE w Katowicach, b) Biblioteka Śląska w Katowicach Rys. 6. Fragment elewacji w systemie strukturalnym (budynek Wydziału Zarządzania Politechniki Częstochowskiej) Rys. 7. Szyba z obustronnym stepem krawędziowym Systemy elewacji z zastosowaniem szkła modyfikowanego 257 W przypadku fasad strukturalnych mniejsze są również koszty montażu na miejscu budowy - zespolone w wytwórni elementy szklano-aluminiowe dołączane są do wzniesionej wcześniej konstrukcji nośnej. Systemy strukturalne podzielić można na [5]: – system dwustronny - dwa boki szyby zespolonej (panelu elewacyjnego) klejone są do ramy aluminiowej, pozostałe dwa mocowane mechanicznie; w tym systemie obciążenia statyczne przenoszone są na konstrukcję nośną tylko poprzez połączenia mechaniczne, natomiast obciążenia dynamiczne również przez klej silikonowy, – system czterostronny - wszystkie boki panelu elewacyjnego klejone są do ramy; zarówno obciążenia statyczne, jak i dynamiczne przenoszone są przez klej silikonowy, – system sworzniowy - panel mocowany jest do ramy za pomocą sworznia przyklejonego do tafli szkła, – system żeber szklanych - elewacja aluminiowo-szklana usztywniona jest żebrami szklanymi, mocowanymi do konstrukcji budynku. W systemach strukturalnych kluczowym czynnikiem decydującym o trwałości konstrukcji jest dobór parametrów specjalistycznego konstrukcyjnego kleju silikonowego. Klej ten musi przenieść wszelkie obciążenia: ciężar szkła, obciążenia klimatyczne, drgania oraz posiadać zdolność częściowego przenoszenia przemieszczeń, posiadać dobrą przyczepność do szkła i aluminium oraz być odporny na promieniowanie UV. Również końcowego uszczelnienia elewacji przed wpływami atmosferycznymi i uszczelnień przeciwpożarowych dokonuje się szczeliwami silikonowymi [6]. 2.4. Fasada semistrukturalna Fasada semistrukturalna wyglądem przypomina fasadę strukturalną - różnica polega na sposobie montażu wypełnienia. W fasadzie semistrukturalnej klej konstrukcyjny podtrzymujący szybę zastąpiono uchwytem mechanicznym. Elementy mocowania szyby są ukryte pod uszczelkami bądź masą silikonową. 2.5. Fasada segmentowa Fasada o konstrukcji segmentowej charakteryzuje się tym, że dostarcza się ją w miejscu wbudowania w postaci gotowych elementów (segmentów) przygotowanych do montażu. Słupy i rygle połówkowe po złożeniu sąsiednich segmentów tworzą gotową ramę o systemowej szerokości profili. Przy zastosowaniu fasad segmentowych możliwe jest uzyskanie dużej dokładności wykonania, ponieważ wszystkie uszczelnienia wykonywane są w warunkach warsztatowych oraz szybkim montażem. Przeznaczone są głównie dla dużych i powtarzalnych powierzchni szklonych na elewacjach. 258 M. Rajczyk, Z. Respondek 2.6. Fasada zimno-ciepła Fasada zimno-ciepła bazuje na konstrukcji okien o podwyższonej izolacyjności termicznej. Stosuje się ją do zabudowy elewacji o żelbetowych lub murowanych ścianach z otworami okiennymi. W fasadzie tego typu występują dwa rodzaje pól, tzw.: „zimne” i „ciepłe”. Pola „ciepłe” stanowią izolowane termicznie okna montowane przed licem fasady w otworach okiennych. Pola „zimne” natomiast to pasy międzyokienne chroniące konstrukcję i izolację termiczną przed wpływami atmosferycznymi. Stosowanie tego systemu skraca czas budowy ze względu na możliwość „zamykania” otworów okiennych przed wykonaniem pasów międzyokiennych i zewnętrznej powłoki fasady. 2.7. Fasada mocowana punktowo System mocowania punktowego polega na mocowaniu oszklenia (szyby zespolone lub pojedyncze) zaopatrzonego w wytwórni w metalowe łączniki (sworznie lub śruby) wmontowane przez nawiercone w szkle otwory (rys. 8). Tak przygotowane tafle szkła są mocowane mechanicznie poprzez konstrukcję wsporczą do elementów konstrukcji budynku. System ten, podobnie jak systemy strukturalne, pozwala na stworzenie elewacji budynku w formie jednolitej, niezakłóconej elementami konstrukcyjnymi, płaszczyzny szklanej [7, 8]. Rys. 8. Przykład fasady mocowanej punktowo (dom handlowy „Pik” w Sankt Petersburgu) Systemy mocowań punktowych można podzielić na sztywne i przegubowe, tzn. umożliwiające swobodę przemieszczeń w trakcie eksploatacji zestawu. Systemy mocowania punktowego posiadają walory estetyczne (brak podziałów na elewacji, możliwość wyeliminowanie śrub mocujących w płaszczyźnie zewnętrznej). Poprzez szczelność systemu i brak profili zewnętrznych umożliwiają wykonywanie przeszkleń ukośnych o niewielkim kącie nachylenia. 259 Systemy elewacji z zastosowaniem szkła modyfikowanego 3. WSPOMAGANIE CZYSZCZENIA POWIERZCHNI SZYB Jednym z głównych problemów przy eksploatacji szklanej elewacji jest trudność utrzymania jej w czystości. Klasyczny sposób polega na ręcznym myciu powierzchni szkła, co ze względu na brak bezpośredniego dostępu do powierzchni zewnętrznych elewacji jest kosztowne. Przy mniejszych wysokościach używać można rusztowania przejezdnego (tzw. wzwyżki), przy wyższych konieczne jest użycie wiszących pomostów roboczych lub mycie sposobem alpinistycznym (rys. 9). SC SC SC NE NE SC RF NE Rys. 9. Warianty usytuowania powłok w szybach zespolonych: SC - warstwa samoczyszcząca, NE - niskoemisyjna, RF - refleksyjna Wspomaganie procesu czyszczenia szyb polega na zastosowaniu pyrolitycznego napylenia warstwy substancji mineralnej o właściwościach fotokatalitycznych i hydrofilowych. Efekt fotokatalityczny ujawnia się w okresie nasłonecznienia, kiedy pod działaniem promieniowania UV następuje rozkład cząstek brudu pochodzenia organicznego na powierzchni szyby. Efekt hydrofilowy polega na łatwym spłukiwaniu rozłożonych resztek brudu podczas opadów [9-11]. Rys. 10. Mycie fasady sposobem alpinistycznym Szyby samoczyszczące oznacza się zazwyczaj przez dodanie do nazwy handlowej szyby nazwy napylenia (np. Bioclean w szybach firmy Saint-Gobain, Activ w szybach firmy Pilkington). Napylenie samoczyszczące sytuuje się od strony zewnętrznej, chociaż możliwe jest również zastosowanie obustronnego napylenia, 260 M. Rajczyk, Z. Respondek np. w przypadku szklenia pojedynczego laminowanym szkłem ochronnym. Powłokę samoczyszczącą można stosować na większości rodzajów szkła: standardowym, niskoemisyjnym, laminowanym itp. Możliwe jest też stosowanie po obu stronach tafli szkła dwóch rodzajów napyleń. Na rysunku 10 przedstawiono możliwe warianty zestawienia powłok w szybie zespolonej z zastosowaniem szkła samoczyszczącego. LITERATURA [1] Zabłocka-Kos A., Szklane domy, Budowlany Informator Techniczny 2001, 12. [2] Rajczyk J., Respondek Z., Rajczyk Z., The radiational cooling of building barriers and road surfaces, Sbornik nauczno-prakticzekich trudow gruppy priedprijatij Dorsierwis, Sankt Peterburg 2006. [3] Respondek Z., Sprzężone gazowo płyty szklane w budownictwie, Sposoby badań i obliczeń, Seria Monografie 151, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2008. [4] Materiały informacyjne firmy Yawal. [5] Szklana fasada na miarę trzeciego tysiąclecia, Świat Szkła 2008, 2. [6] Burcek A., Specjalistyczne produkty do profesjonalnych zastosowań fasadowych, Świat Szkła 2007, 3. [7] Czupkiewicz M., Podstawy projektowania przeszkleń mocowanych punktowo, Świat Szkła 2007, 7-8. [8] Wójcik M., Ściany osłonowe z oszkleniem mocowanym mechanicznie, Materiały Budowlane 1999, 10. [9] Materiały informacyjne firmy Glaspol-Saint Gobain. [10] Materiały informacyjne firmy Pilkington. [11] Wieczerski W., Szyby ze szkłem samoczyszczącym, Budowlany Informator Techniczny 2001, 12.
