Увеличение несущей способности стеклянных панелей при помощи точечных креплений и вант
Прозрачные конструкции из стекла могут использоваться практически в любой области современной архитектуры. Для достижения основной цели проектного замысла — максимальной прозрачности и минимальной стоимости — нужно использовать подходящие и высокоэффективные системы остекления.
Применение запатентованной системы усиления стеклянных панелей при помощи вант позволяет использовать прозрачные и экономичные решения для конструкций вертикального остекления (фасадов) и горизонтального остекления (крыши).
Инновационное решение из комбинации точечных креплений, вант и шпренгелей позволяет создавать усиленные стеклянные панели, которые могут использоваться для создания широкоформатных несущих конструкций, состоящих только из самих стеклянных панелей, без дополнительных несущих элементов. Такой вид «парящих» стеклянных конструкций основан на использовании замкнутой статической схемы, состоящей из собственно стекла и малозаметных стальных элементов, что служит достижению поставленной цели: созданию прозрачных конструкций с повышенной несущей способностью.
В случае горизонтального остекления или в конструкциях с наклоном от вертикали применение усиления из вант и шпренгелей увеличивает остаточную несущую способность (ламинированных) стеклянных панелей за счет обеспечения поддержки снизу в случае разрушения стекла.
В наши дни в моду снова вошли здания из стекла, имеющие максимально возможную прозрачность. Снижение материалоемкости светопрозрачных конструкций возможно, если стекло используется как самонесущий элемент и даже способно воспринимать нагрузки от других элементов [4]. Это можно осуществить путем перехода от линейных несущих элементов к системе точечных креплений, для чего в стеклянных панелях выполняются отверстия и используются стяжные винты. С помощью точечных креплений стеклянная панель может крепиться двумя способами: напрямую к несущей конструкции или через соединительные элементы, например, через крестообразные опоры «спайдеры» или через угловые консоли, входящие в состав натяжных шпренгельно-вантовых структур. Системы точечных креплений с шарнирными головками используются для уменьшения концентрации напряжений в районе отверстия в стекле при изгибе и скручивании [4].
Для достижения максимальной прозрачности конструкции, уменьшения ее стоимости и соответствия требованиям современной архитектуры с использованием доступных технологий и материалов была разработана система «усиления стеклянных панелей при помощи вант». Она состоит из нескольких точечных креплений, расположенных в определенном порядке, соответствующих вант, работающих на растяжение, и шпренгелей, работающих на сжатие, которые в сочетании со стеклянной панелью создают статически активную, но одновременно замкнутую гибридную структуру, способную воспринимать нагрузку, не зависящую от основной несущей конструкции.
Гибридные несущие структуры представляют собой комбинацию из двух несущих систем с различными функциями. Несущая способность усиленных стеклянных панелей обеспечивается за счет взаимодействия элементов конструкции. Возникающие напряжения раскладываются на составляющие и воспринимаются разными элементами комплексной системы. Стеклянная панель работает на изгиб, как балка на нескольких опорах, и на сжатие, как верхний пояс фермы с нижними растяжками. Конструктивная схема включает шпренгельные стержни, работающие как точки опоры для стеклянной панели и передающие нагрузку на диагонально расположенную систему вант, которая воспринимает нагрузку и передает ее на соответствующие точечные крепления, работая на растяжение. Присоединение вант непосредственно к точечным креплениям, а не к элементам подконструкции, обеспечивает замкнутость статической схемы и таким образом позволяет создать гибридную несущую систему.
Структурный анализ для определения несущей способности конструкции, учитывая замкнутость статической схемы, должен проводиться на основании гибридной несущей схемы «усиленной вантами стеклянной панели» и с учетом взаимодействия всех системных элементов (стекло, точечные крепления, ванты и шпренгели).
Систематизированная (и запатентованная) система усиления стеклянных панелей при помощи точечных креплений, шпренгелей и вант позволяет создавать конструкции с максимальным расстоянием между опорами. Это в свою очередь позволяет обес-печить максимальную прозрачность конструкции с уменьшенной толщиной стекла и минимальными затратами на подконструкцию, что делает всю структуру максимально прозрачной и одновременно экономичной.
Примеры применения
- Стеклянные козырьки [6].
Стеклянный козырек, предназначенный для защиты входа в здание от дождя и снега, должен, с одной стороны, выполнять свое функциональное назначение, а с другой — быть как можно более незаметным. В дополнение к указанным требованиям, вход и выход из здания не должны перекрываться различными препятствиями.
Широкие стеклянные панели, расположенные под небольшим углом к горизонту и с большим расстоянием между опорами, держатся на вантах прикрепленными вторым концом к фасаду здания и на точечных креплениях, расположенных на консолях, прикрепленных к стене. Реализация максимального вылета козырька стала возможной за счет системы усиления стеклянных панелей, состоящей из шпренгелей диаметром 16 мм и вант диаметром 6 мм. Дополнительные опорные элементы конструкции не требуются.
Стеклянные козырьки, изображенные на фотографиях, демонстрируют возможность создания легких подвесных структур с минимальным использованием несущих стальных конструкций, максимальной прозрачностью, минимальной толщиной стекла и максимальной безопасностью за счет высокой остаточной несущей способности. Последний факт был подтвержден немецкими органами архитектурно-строительного надзора, которые даже не потребовали дополнительных экспериментальных испытаний остаточной несущей способности на случай разрушения стекла.
- Замок Juval (Северная Италия) [1], [3], [5].
Стеклянная крыша предназначена для сохранения развалин замка от дальнейшего их разрушения. При этом современная крыша не оказывает заметного влияния на внешний вид исторического здания. Именно эти две противоречивые задачи легли в основу конструктивного решения с применением усиленных вантами стеклянных панелей с максимальной прозрачностью и минимальным числом стальных несущих элементов.
Усиленные вантами стеклянные панели рассчитаны на восприятие нагрузки до 185 кг/кв. м (с учетом снеговой нагрузки и собственного веса). Стеклянная панель состоит из ламинированного стекла (триплекс) 2х8 мм, ламинированного PVB-пленкой 1,52 мм. Стекло подвергалось искусственному старению (Heat Soak Test). Благодаря тому, что усиливающие ванты расположены снизу стеклянной панели, проведение теста на остаточную несущую способность в случае разрушения стекла не потребовалось. Точечные крепления стекла обеспечивают стеклянным панелям статически определенную схему фиксации, а возможность регулировки положения крепления в трех плоскостях позволяет избежать дополнительных напряжений в стекле при монтаже конструкции. Государственные органы охраны исторических памятников без возражений согласились с использованием решений, направленных на сохранение внешнего вида здания.
- Торговый пассаж в Киршберге (Люксембург) [2].
Стеклянный фасад должен был перекрыть просвет шириной 17 м и высотой 23 м между двумя блоками зданий. При этом в атриум должно было поступать максимальное количество дневного света (для сокращения эксплуатационных издержек).
За счет использования стеклянных панелей с усилением вантами и шпренгелями с двух сторон удалось увеличить расстояние между горизонтальными балками опорной конструкции до 3,6 м, т. е. уменьшить количество горизонтальных балок на 50% по сравнению с обычными системами остекления с 4-точечным монтажом стеклянных панелей. В конструкции использовано закаленное стекло толщиной 10 мм, и только на верхних 20 м конструкции пришлось применить стекло толщиной 12 мм, поскольку этого требуют местные правила строительства. Стеклянные панели усилены посередине — снаружи и внутри — дополнительными шпренгельными стойками и растянутыми вантами RODAN для восприятия нагрузок от положительного или отрицательного ветрового давления.
Сниженная стоимость фасада, с одной стороны, и максимальная прозрачность фасада, с другой, явились наиболее оптимальным решением для торговой галереи. Элементы усиления стеклянных панелей идентичны вантам и шпренгелям основной подконструкции фасада.
В условиях повышенных требований к архитектурному дизайну и снижения себестоимости конструкций стекло как строительный материал должно использоваться в качестве структурного элемента, воспринимающего нагрузки в статически активной конструкции.
Усиленные вантами стеклянные панели открывают неограниченные возможности для проектирования и сооружения прозрачных и экономичных стеклянных конструкций с высоким уровнем безопасности.
Обширные исследования и огромный практический опыт проектов, реализованных в течение последних 8 лет, поражают функциональностью и практичностью использования подобных систем и доказывают их преимущества перед обычными вариантами остекления.
Литература
1. GLAS Architecture + Technology: Glass Roof Structures. 1/97. Специальное издание.
2. GLAS Architecture + Technology: Glass Facade Kirchberg Luxembourg. 2/98. Специальное издание.
3. GLAS Architecture + Technology: Glass Bowls. 3/99. С. 44–47.
4. A. Compagno: Load-bearing Glass. GLAS Architecture + Technology. 12/99. С. 60–66.
5. R. Danz: Juval Casde, GLAS Architecture + Technology, 12/99 . С. 78–79.
6. D. Schulte: Structural Glazing by DORMA-Glas. Презентация учебного курса компании DORMA. 01/OS.
| Автор: Дирк Шульт Дата: 14.08.2006 Журнал Стройпрофиль 5-06 Рубрика: светопрозрачные конструкции Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |