Coraz intensywniejsze stosowanie szkła w budownictwie i architekturze powoduje, że materiał ten podlega postępującej analizie badaczy i praktyków. W jej wyniku powstają opracowania naukowe, raporty konferencyjne i doniesienia z praktyki inżynierskiej – publikowane w pismach fachowych i wydawnictwach książkowych.

Specyficzny charakter mają podręczniki serii „Glasbau” wydawane przez wydawnictwo Ernst&Sohn w Berlinie – bardzo cenione w Niemczech i na rynku międzynarodowym edytorów technicznych.

W roku bieżącym ukazał się już kolejny podręcznik, Weller B., Tasche S.: Glasbau 2013, opracowany w Instytucie Budownictwa Uniwersytetu Technicznego w Dreźnie – jednym z czołowych tego typu w Niemczech. Wydaje się, że warto przyjrzeć się tej książce bardziej szczegółowo, niż to się czyni w zwykłej recenzji.

W książce zamieszczono 27 prac wielu autorów – głównie z Niemiec, ale też z Austrii i USA. Treść książki rozmieszczono w czterech podstawowych częściach. Są to:

1. Budowle i projekty
2. Wymiarowanie i konstrukcja
3. Badania i rozwój
4. Efektywność energetyczna i sprawy trwałego rozwoju

W części A znajduje się 6 prac, a mianowicie:

• Muzeum Enzo Ferrari – fuzja dwóch światów projektowania.

Przedstawiono budynek nowego muzeum samochodów marki ferrari i maserati w Modenie – charakteryzujący się aluminiową powłoką dachu w formie karoserii sportowego samochodu, wzbogaconą przestrzennie wygiętą fasadą ze szkła.

• Pérez Art. Museum w Miami: Oszklenia odporne na tajfuny.

Konstrukcję fasady budynku stanowi układ słupów z wysoko wytrzymałego betonu włóknistego z przyłączonymi profilami ze stali uszlachetnionej – stanowiącymi oparcie dla podwójnych szyb ze szkła laminowanego o wymiarach 5,20×2.30 m, wcześniej w takich warunkach nie stosowanych. Ich wytrzymałość potwierdzono eksperymentalnie.

• Raport z projektowania: Lekka powłoka otuliny z klejonego szkła akrylowego w fabryce Vitra WSL.

Przedstawiono osiągnięcia specjalistów japońskich w wykorzystaniu spotęgowanej możliwości pracy szkła akrylowego (pleksiglasu) w warunkach innowacyjnej technologii klejenia.

• Innowacyjna i energetycznie oszczędna technologia fasad na przykładzie budynku Bankowego KfW we Frankfurcie n. Menem.

Kreditanstalt für Wiederaufbau: KfW (Zakład Kredytowy dla Odbudowy) respektuje zasady zrównoważonego rozwoju. Przyjęto je innowacyjnie w budowie centrali tego zakładu – z punktu widzenia potrzeb architektury i budownictwa. Istotnym energetycznym czynnikiem jest tu różnokolorowa łuskowa fasada budynku.

• Sprytny dom, inteligentna fasada: Centrum Turystyczne i Wystawowe w Oldenburgu

Przedstawiono zabiegi w zróżnicowanym kształtowaniu szklanej fasady przebudowanego budynku użyteczności publicznej, stanowiącego pomnik techniki.

• Palacio de Communicaciones – swobodnie uformowany dach szklany dla nowego ratusza w Madrycie.

Nowy ratusz w Madrycie umieszczono w roku 2011 w odrestaurowanym budynku byłej poczty głównej miasta. Ważnym zabiegiem było tu zbudowanie lekkiego, szklanego zadaszenia nad wewnętrznym dziedzińcem o powierzchni wynoszącej ok. 3000 m². Wykonano je w postaci podwójnie zakrzywionej, rusztowej powłoki stalowej o trójkątnych polach ze szkła, częściowo uchylnych, przy rozpiętościach wynoszących ok. 45 m.

Część B obejmuje 7 prac:

• DIN 18008 Części 1-5: Nowości uregulowań.

Po opublikowaniu w grudniu 2010 r. końcowego brzmienia normy DIN 18008 Części 1 i 2, nadano w październiku 2011 r. końcowy kształt także częściom 3, 4 i 5 tej normy. W ten sposób powstały uregulowania oparte już całkowicie na koncepcji cząstkowych współczynników bezpieczeństwa. Nadal trwają prace właściwe dla odpowiedniego przystosowania Części 6 tej normy. Praca przynosi odnośne informacje szczegółowe i podaje szereg zastosowań praktycznych.

• Nośność niemonolitycznych szklanych dźwigarów zespolonych dużych rozpiętości.

W dachach i fasadach, a także kładkach dla pieszych, stosuje się dziś coraz częściej szklane elementy nośne. Artykuł przynosi szczegóły wykonania dźwigara z bezpiecznego szkła zespolonego o rozpiętości równej 21 m.

• Raport przejściowy Grupy Zadaniowej „Wytrzymałość Krawędziowa” Związku Branżowego „Konstrukcyjne Budownictwo ze Szkła”.

Grupa powstała w październiku 2009 r. Składa się z przedstawicieli szkół wyższych i przemysłu szkła. Bada wytrzymałość krawędziową tafli szklanych, w zależności od jakości ich obróbki (skrawanie, obrębianie, szlifowanie, itp.), przy grubościach tafli wynoszących 4, 6 i 8 mm.

• Siatka ze stali szlachetnej dla szkła odpornego na eksplozje.

Bada się pracę tafli szklanych ze szkła zespolonego wzmocnionych wewnętrznie siatką stalową – poddanych wybuchom w warunkach różnych sposobów zamocowania brzegów.

• Długoterminowe zachowanie się elementów wprowadzania sił do szkła zespolonego.

Problem badano doświadczalnie w Instytucie Budownictwa Lekkiego Uniwersytetu w Stuttgarcie, jako projekt badawczy. Odnosi się do technologii częściowego zatapiania metalowych przyłączeń w polimerowej warstwie pośredniej tafli ze szkła.

• Oszklenia zdolne do przenoszenia obciążeń drogowych.

Podano odnośną praktykę projektowania opartą o normę DIN 18008-5:2010-10 – co się tyczy bezpieczeństwa udarowego i nośności rezydualnej przedmiotowego oszklenia.

• Szklane podparcia ścienne obciążone osiowym ściskaniem ze zginaniem.

Zbadano analitycznie i doświadczalnie stateczność wyboczeniową tych konstrukcji – typową dla praktycznych przypadków szklanych fasad.

Część C zawiera 8 prac:

• Koncepcja postępowania przy kontroli połączeń klejonych w budownictwie ze szkła.

W szklanych konstrukcjach połączenia klejone ulegają procesom starzenia, co wymaga bieżącego nadzoru – szczególnie tam, gdzie wymagany jest duży stopień bezpieczeństwa konstrukcji stal-szkło. Stosowna koncepcja kontroli polega na umieszczaniu w szkle kapsułek z materiałem barwnym, które – ulegając zniszczeniu – ukazują początek odnośnego procesu awarii konstrukcji.

• Przezroczyste kleje dla połączeń stali i szkła

Transparentne i wysoce wytrzymałe kleje stają się dziś w budownictwie ze szkła alternatywą dla stosowanych już wcześniej klejów silikonowych. Artykuł przedstawia badania doświadczalne właściwe dla klejów akrylowych, żywic epoksydowych i poliuretanów – w różnych warunkach termicznych.

• Rozwój klejonych konstrukcji ze szkła i drewna – wymiarowanie i zastosowania.

Klejenie połączeń szkło-metal jest w niektórych kręgach krytykowane – głównie z powodu różniących się naprężeń powstających w szkle i metalu wskutek działania temperatury. Sprawy te są znacznie korzystniejsze przy współdziałaniu szkła i drewna, co wykorzystuje się szeroko w produkcji okien. Praca ukazuje odpowiednie szczegóły.

• Klejone elementy ze szkła zespolonego.

Sprawę tę zbadano najpierw numerycznie. Warunkiem wstępnym było tu ustalenie potrzebnych parametrów materiałowych. Klej potraktowano jako najbardziej podatny materiał zespolenia. Wykonano też odpowiednią weryfikację doświadczalną (fot. 5).

• Charakterystyka optyczna szkód powierzchniowych pojedynczej tafli szklanej ze szkła bezpiecznego w oszkleniach fasad i dachów.

W warunkach zwiększania się wymiarów tafli szklanych w fasadach i dachach stosuje się coraz częściej pojedyncze szkło bezpieczne (Einscheibensicherheitsglas: ESG). Tafle tego szkła, podczas codziennego użytkowania (czyszczenie, chodzenie, itp.) doznają uszkodzeń powierzchniowych. Wyodrębniono tu typowe zarysowania szkła. W interpretacji wykorzystano inwazyjną kontrolę fluoroscencyjną makro- i mikroskopową.

• Doświadczalna i numeryczna analiza awarii krawędzi tafli ze szkła wskutek temperatury.

W nowoczesnych szklanych otulinach budynków i w modułach solarnych powstają naprężenia w szkle wskutek oddziaływań termicznych. Prowadzi to niekiedy do pękania szkła. Sprawy te zbadano doświadczalnie i numerycznie, w warunkach zróżnicowania grubości tafli i jakości obróbki ich krawędzi.

• Tafle szklane mające własności fotokatalityczne i zwiększone przewodnictwo.

Artykuł dotyczy głównie modułów fotowoltaicznych, które wymagają zabiegów czyszczenia powierzchniowego.

• Badanie zjawiska zmęczenia wstępnie uszkodzonego szkła ciągnionego przy obciążeniu cyklicznym.

Elementy poddane obciążeniom ruchomym i periodycznie zmiennym w czasie trzeba często sprawdzać z tytułu niebezpieczeństwa ich zmęczenia. W budownictwie ze szkła sprawy te są jeszcze w początkowym stadium badań. Artykuł przynosi wstępne informacje na ten temat.

W części D przedstawiono 6 prac:

• Budynek trójtarczowy w Dusseldorfie – pomnik krajobrazu.

Ukończony w roku 1960 budynek biurowy firmy Thyssen Krupp stał się w Niemczech ikoną nowoczesnej architektury – głównie z uwagi na walory jego fasad. Artykuł przynosi informacje o obecnej sanacji tego budynku.

• Mobilność otuliny budynku? Przeciwstawienie koncepcji pasywnej i aktywnej.

Obecnie widoczne są tytułowe dwa trendy. Pasywne otuliny blokują wnętrza budynków możliwie dobrze przed wpływami zewnętrznymi. Otuliny aktywne dopuszczają ingerencję warunków zewnętrznych, wychodząc naprzeciw istniejącym potrzebom energetycznym – np. za pomocą ruchomych przegród wewnętrznych.

• Ochrona przed słońcem w przestrzeni między szybami.

W toku zabiegów dotyczących zabezpieczenia właściwego klimatu w budynku podniesiono zagadnienie tworzenia klimatu za pomocą odpowiedniego urządzenia przestrzeni między szybami oszklenia dwu- i trójdzielnego.

• Ochrona akustyczna za pomocą szkła.

W obliczu narastającego obciążenia hałasem mieszkańców miast powstaje zapotrzebowanie na stosowną ochronę. Trzeba to uwzględniać już na etapie projektowania. Wobec zwiększonego udziału szkła w konstrukcji budynków, należy je odpowiednio przygotować. Artykuł przynosi informacje oparte na wytycznych „Ochrona akustyczna przy stosowaniu szkła” i na przynależnych niemieckich uregulowaniach normowych.

• Pierwotna oszczędność energii za pomocą oszkleń wypełnionych gazami szlachetnymi.

Stosując nowoczesne oszklenia wieloszybowe, także te wypełnione gazami, można znacznie obniżyć zapotrzebowanie na energię. Wykazuje się to na przykładzie domu jednorodzinnego i ekstrapoluje na całościową gospodarkę energią.

• Analizy statyczne dla wymiarowania modułów solarnych.

Urządzenia fotowoltaiczne są w toku eksploatacji wystawione na wpływy wiatru, śniegu i temperatury. Jako części budynku muszą one odpowiadać właściwym tu przepisom budowlanym, co wymaga też odniesień do potrzeb analizy obliczeniowej – ich samej konstrukcji i stosownych przyłączeń.

Przywołane tu szkicowo artykuły cytowanej książki przynoszą wiadomości o tym, czym żyje dziś „świat szkła” za granicą. Wiadomości te mogą być cenne także dla środowiska specjalistów w Polsce i stąd jest rzeczą nader pożądaną, aby poznać tę książkę bliżej.

Prof. Zbigniew Cywiński
Politechnika Gdańska

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacj: Świat Szkła 09/2013