СТАЛЬНОЙ ХАРАКТЕР: ОСТЕКЛЕННЫЕ ФАСАДЫ И КРЫШИ НА СТАЛЬНЫХ ОПОРАХ

Сталь является наиболее подходящим материалом для конструирования фасадов в условиях, когда длина или высота остекления составляет, например, более четырех метров. Прочность и жесткость стали таковы, что опорные элементы имеют меньшее сечение и, следовательно, менее бросаются в глаза, чем в случае с другими широко используемыми материалами. Например, такими как алюминий. Трубчатые и натяжные элементы из стали используются в крышах атриумов и вертикальных фасадах для формирования элегантной и минимально заметной несущей конструкции для остекления. С большими прогибами можно справиться путем тщательной детализации креплений к остеклению, чтобы избежать локального изгиба стекла. В целом, сталь, как наиболее ходовой конструктивный материал обладает рядом преимуществ и недостатков. 

Преимущества стальных элементов для остекления зданий:

1. Прочность и долговечность. Сталь является одним из самых прочных и долговечных материалов, что позволяет использовать его для создания различных элементов остекления здания: не только оконных конструкций, но и фасадов, крыш, навесов и т. д.

2. Относительная легкость. Сталь имеет не самую высокую плотность, что делает конструкции из нее легкими и удобными в монтаже.

3. Устойчивость к коррозии, безусловно, еще одна сильная сторона стальных конструкций. Специальные покрытия защищают материал от воздействия агрессивных факторов окружающей среды, таких как влага, соль и т. д. Благодаря этому, стальные конструкции имеют долгий срок службы…

4. Широкие возможности для дизайна являются неоспоримым преимуществом стальных конструкций. Сталь позволяет создавать различные формы и конфигурации конструкций, что помогает реализовывать самые смелые дизайнерские задумки. Более того, сталь можно легко сочетать с другими материалами, такими как стекло, камень, дерево и т. д.

5. Энергоэффективность - еще один плюс стальных конструкций. Они обладают хорошей термической изоляцией, что позволяет снизить затраты на отопление и кондиционирование помещений. Более того, стальные конструкции могут быть оборудованы специальными системами вентиляции и кондиционирования воздуха, что позволяет создать комфортные условия для жизни и работы. 

Недостатки стальных конструкций:

1. Высокая цена. Стоимость стальных конструкций выше, чем у аналогов из других материалов.

2. Низкая звукоизоляция. Сталь является относительно плохим звукоизолятором, что может быть проблемой в условиях шумной городской среды.

3. Возможность образования конденсата. В некоторых случаях на стальных конструкциях может образовываться конденсат, что может привести к повреждению материала и ухудшению внешнего вида здания.

4. Сложность монтажа. Монтаж стальных конструкций требует высокой квалификации специалистов и дополнительных затрат на оборудование и материалы.

5. И, все-таки, возможность коррозии. Несмотря на защитные покрытия, стальные конструкции могут подвергаться коррозии, особенно в условиях повышенной влажности и солености воздуха. 

Однако, несмотря на некоторые недостатки, стальные элементы для остекления зданий остаются одним из самых востребованных в современном строительстве. Стальные конструкции имеют ряд преимуществ перед аналогами из других материалов. Но перед использованием данного материала необходимо учесть его недостатки и рассчитать конструкции, которые наилучшим образом соответствуют требованиям и условиям эксплуатации.

Свет и стекло: атриумы и световые фонари

Атриумы являются распространенными элементами общественных зданий, в планировке которых используются большие плиты перекрытия. В торговых центрах на внешних стенах, как правило, мало окон, и магазины обычно выходят окнами на внутреннюю “улицу”, которая полностью застеклена на уровне крыши. Остекление крыши позволяет естественному свету проникать глубоко внутрь здания на благо пользователей и снижать энергопотребление искусственного освещения. Конструктивные системы, используемые для поддержки этих крыш, спроектированы таким образом, чтобы максимально увеличить количество света, проникающего в здание, с использованием элементов минимально возможной ширины. Часто используются трубчатые элементы, окрашенные в светлый цвет, чтобы поглощать как можно меньше света. Система подобного остекления оснащается специализированными прижимными пластинами, сочетающимися с обрешеткой.

Световые фонари, состоящие из участков наклонного остекления в одной плоскости, как и крыши атриумов могут иметь систему наклонных стропил с ортогональными прогонами, которые предназначены для удержания остекления путем использования специальных зажимов. Стеклянные панели могут быть монолитными или изолированными стеклопакетами, и в простых световых фонарях стекло обычно крепится по всем четырем краям с помощью все тех же прижимных пластин, которые привинчиваются в стропило или прогон. Надо отметить, что большое значение для надлежащего функционирования системы остекления крыши или светового фонаря имеет система водоотвода. Уклон крыши должен быть достаточным, чтобы предотвратить прогиб остекления и опорных элементов от воздействия осадков и обеспечить достаточную скорость потока для смыва воды и грязи. Прижимные пластины обрешетки неизбежно препятствуют свободному стеканию дождевой воды, но в местах соединения стропил и прижимных планок обрешетки должны быть предусмотрены зазоры, позволяющие стекать большей части воды. Заглушки, которые крепятся к прижимной пластине, обеспечивают эстетичную внешнюю отделку стеклопакетов.

Современные стропила и прогоны подобных систем, как правило, проектируют с дренажными каналами, которые соединяются между собой таким образом, что любая вода, которая проходит через прокладки по краю оконного стекла, собирается и отводится вниз по крыше для окончательного удаления воды в нижней части стропила.

Вторичным потенциальным источником воды является конденсат на внутренней поверхности стекла, для сбора которого также предназначены специальные элементы. Каналы для отвода конденсата на прогонах отводятся в аналогичные каналы на стропилах и выводятся наружу в нижней части крыши. Элементы для этого типа кровли обычно изготавливаются из экструдированного алюминия, поскольку именно из этого металла легко создавать профили, необходимые для размещения пазов для прокладок и формирования каналов отвода конденсата.

Стальное стропило

Для создания длиннопролетных остекленных крыш могут быть предусмотрены стропила из конструкционной стали как база и опора для алюминиевых профилей, имеющих специфическую форму, обеспечивающую водоотвод и функции поддержки остекления. Прогоны проходят между этими стропилами, обеспечивая соединительные дренажные каналы и каналы для конденсата. Геометрия обрамления затем определяется размером стеклопакета, который, в свою очередь, может определяться максимальным весом, с которым можно справиться в случае замены стеклопакета после поломки.

Соединения между стропилами из конструкционной стали и алюминиевыми профилями должны быть снабжены соответствующей регулировкой, чтобы остекление можно было устанавливать с соблюдением допусков на конструкцию фасада, которые часто составляют около +/- 2 мм.

Структурное остекление крыши

Наружному остеклению можно придать вид поверхности частично заподлицо, сняв прижимную пластину и заглушки с прогонов и заменив их силиконовыми полосками. Это обеспечивает непрерывную поверхность между стропилами, исключая попадание воды за прижимную планку обрешетки, и в результате мы получаем более чистую поверхность, поскольку дождевая вода стекает быстрее и уносит с собой грязь.

Этот тип остекления можно использовать для более пологого ската крыши, чем прогоны с прижимными пластинами, за которыми могла бы задерживаться вода, приводящая к накоплению грязи. Остекление производится с одной стороны несущих конструкций (от стропила к стропилу), но поддерживается, как правило, с четырех сторон. Остекление можно смонтировать с помощью отдельных креплений через определенные промежутки по краям стекол. Эти накладные фитинги крепятся болтами через стыки между стеклопакетами к несущей стальной конструкции. Они изолированы от стекла пластиковой шайбой и втулкой на нейлоновой основе, а соединения заострены силиконом для обеспечения герметичности. Заподлицо расположенная поверхность может быть получена только с помощью накладных фитингов, которые удерживают остекление в заданном положении.

На многих современных крышах треугольные стеклопакеты образуют фасеточную поверхность, повторяющую несущую стальную конструкцию. При таком устройстве кровельного остекления крыша имеет высокую герметичность с лицевой стороны. Правда, здесь часто возникают проблемы с водоотводом в случае разрушения силиконового соединения и нет никаких средств борьбы с конденсатом. Эти проблемы необходимо решать еще на стадии проектирования объекта.

Гибкость фасада

Стальные элементы обеспечивают большую гибкость выбора там, где для поддержки большой площади фасада требуются массивные стеклопакеты. Например, на уровне двойной высоты стальные стойки могут располагаться на расстоянии нескольких метров друг от друга (например, четырех метров или более), поддерживая горизонтальные фрамуги для обеспечения прозрачности внешней стены. Прокладки, закрепленные на стальных вертикалях, обеспечивают опору внутренней поверхности остекления. Прижимная пластина, прикрепленная болтами к стальному элементу, используется для фиксации остекления на месте.

Прогиб часто является ограничивающим критерием для несущей конструкции, а более высокий модуль упругости стали по сравнению с алюминием означает, что при больших пролетах в качестве материала для стоек предпочтительно используется все-таки сталь. Элементы крепления в этих схемах могут иметь широкий диапазон форм: для несущей способности и боковой поддержки остекления используются, например, спайдеры с четырьмя и двумя болтами. При соединении спайдеров со средниками, как правило, должны быть сделаны соответствующие припуски по конструктивным нормативам. Скажем, в болтовых креплениях к стеклу предусмотрены допуски на относительное тепловое расширение.

Стойка как ферма

Стержневая ферма как конструкция стойки с горизонтальными кронштейнами применяется для обеспечения боковой и вертикальной поддержки остекления, оказывающего на несущие конструкции ощутимую нагрузку. Стойки-фермы, изготовленные из стали, довольно просты в производстве, их форму не нужно ограничивать призматическими очертаниями, в отличие от экструдированных алюминиевых элементов, где процесс экструзии обязательно приводит к такой форме. В зданиях такие стойки могут представлять собой, например, конические изогнутые стальные колонны, которые поддерживают конструкцию крыши и образуют опоры для наружного наклонного остекления. Стекло поддерживается сбоку кронштейнами, закрепленными на колоннах, и вертикально тросами, подвешенными к верхушкам колонн. Перемычки из нержавеющей стали обеспечивают соединение между стеклом и опорными элементами.

Вантовые стойки

Повышенная жесткость стоек на изгиб может быть достигнута за счет использования вантовых опор малого диаметра, которые также могут быть сформированы в основном из тросов. Тросы натягиваются для поддержания жесткости элемента при изменении нагрузки. Если бы это не было сделано, нагрузка, которая привела бы к сжатию троса, и, в результате, к большому прогибу для несомых элементов.

Точечное остекление

Точечное остекление представляет собой систему, при которой стеклянные элементы с помощью соответствующих креплений монтируются к стальному каркасу. Стекла соединяются вместе по углам с помощью шарнирных болтовых креплений к опорам, образуя стеклянную плоскость.  Стыки между стеклянными панелями заполняет силиконовый герметик. Интересно, что изгибающие напряжения в стекле устраняются за счет применения шарнира, а температурные расширения минимизируются за счет использования отверстий большого размера в самом стекле или стеклопакете.

Вместо стальных или алюминиевых стоек для повышения прозрачности остекленного корпуса могут быть установлены стеклянные ребра. Они обеспечивают боковую поддержку остекления таким же образом, как и стойки. Точечные опоры из нержавеющей стали прочно соединяют остекление фасада со стеклянными ребрами. В общем основные компоненты стеклянной стены с точечными скреплениями можно представить следующим образом:

1. Система опор.

Это основной силовой каркас, состоящий из стеклянных ребер или колонн из нержавеющей стали, колонн из алюминиевого профиля или антикоррозийные, огнестойкие стальные конструкции и стерженей (тросов) из нержавеющей стали, распорок из нержавеющей стали и т. д.

2. Металлические соединители.

Они включают разнообразные фитинги и крепежные детали.

Металлические соединения - это суть архитектурной точечной технологии. Они не должны создавать дополнительного напряжения на опорной стороне несущей конструкции и в то же время позволять небольшое смещение, скажем, при термическом расширении. Кроме того, металлический соединитель также создает замечательный декоративный эффект, поэтому в дополнение к функциональным требованиям он отличается красивым дизайном и тонкой обработкой.

3. Стеклянное заполнение должно быть изготовлено из закаленного стекла

Многокамерные стеклопакеты с использованием закаленного стекла применяются в зданиях на территориях с холодным климатом и отвечают высоким требованиям к теплоизоляции. В случае большого потока людей или высокого уровня требований безопасности используется многослойное стекло.

4. Уплотнительный материал.

В точечных конструкциях стекло герметизируется устойчивой к атмосферным воздействиям силиконовой резиной, а стекло и металлическая конструкция соединены структурным силиконовым клеем.

Заключение

Размышляя о современных конструкциях остекления фасадов и крыш, можно сказать, что это прежде всего украшение экстерьера, которое придает зданиям изящный внешний вид и создает ощущение невесомости и полета. Новые технологии и материалы обеспечивают более эффективное управление энергопотреблением, уменьшение шума и защиту от вредных эффектов окружающей среды.