Newsletter

Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

2017 3 okładka

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

 

 

baner mochnik colorimo 750X100

 

Żebra szklane
Data dodania: 30.09.13

Szklane fasady i stropy nadają budynkowi szczególnych walorów architektonicznych. Elementy tego typu wymagają odpowiedniego podparcia. Jednym z rozwiązań w tym zakresie są szklane żebra.

 

Z czego zrobić szklane żebro?

Ściany fasadowe bazujące na szklanych żebrach zazwyczaj projektowane są jako klasyczne, z linią poziomą lub pionową oraz jako strukturalne z mocowaniem mechanicznym i strukturalnym ramowym. Żebra wytwarza się ze szkła hartowanego oraz laminowanego folią PVB. Zastosowanie szkła laminowanego PVB pozwala na zmniejszenie szerokości elementu bez konieczności stosowania bocznych usztywnień.

Nieco rzadziej uwzględnia się inne rodzaje folii, takie jak np. EVA czy też Sentry Glass. Zazwyczaj o wielkości żeber decydują ograniczenia w odniesieniu do wielkości tafli. Jeżeli w konstrukcji żebra przewidziano szkło hartowane, to zazwyczaj wysokość żebra osiąga 4800 mm. Z kolei, w przypadku laminowanego szkła hartowanego – 4500 mm. Żebra bazujące na laminowanym szkle hartowanym osiągają grubość mieszczącą się pomiędzy 21 a 25 mm.

Grubość konstrukcji ze szkłem hartowanym wynosi od 15 do 19 mm. O zastosowaniu szkła laminowanego decydują również względy bezpieczeństwa, bowiem szkło laminowane składa się z dwóch lub więcej warstw tafli szklanych, które połączone są ze sobą całą powierzchnią poprzez żywice lub folie PVB. Laminat szklany z folią PVB powstaje poprzez proces autoklawizacji w temperaturze wynoszącej około 140°C. Oprócz tego przeprowadzane jest prasowanie pod ciśnieniem osiągającym 10 atmosfer (1 MPa). Niejednokrotnie zastosowanie znajduje szkło laminowane próżniowo.

 

2013-09-13-2

Fot. 1. Żebra szklane w konstrukcji elewacji. Muzeum Żydów Polskich, Warszawa (fot. K.Z.)

 

W zależności od przyjętego rozwiązania architektonicznego konstrukcja wsporcza może być umieszczona na zewnętrznej lub wewnętrznej stronie elewacji. Żebra szklane najczęściej produkuje się przy użyciu szkła bezbarwnego lub tzw. ekstrabiałego. Dla uzyskania odpowiedniej barwy można zastosować folię inną, niż bezbarwna, będącą warstwą laminatu lub zastosować szkło barwione w masie.

 

2013-09-13-1

Fot. 2. Żebro szklane współpracujące z konstrukcją aluminiową

 

Szkło hartowane oraz laminowane, które uwzględnia się w konstrukcji szklanych słupów, zazwyczaj jest mocowane do konstrukcji punktowo. Niejednokrotnie zastosowanie znajdują systemy amortyzatorów, dzięki którym jest możliwa swobodna praca podkonstrukcji przy zapewnieniu odporności na drgania szkła. Szklane panele elewacyjne mogą być mocowane do żeber przy użyciu klejów silikonowych odpornych na promieniowanie UV.

Uzyskane w ten sposób połączenie cechuje wytrzymałość szkła przy zapewnieniu maksymalnej przejrzystości konstrukcji. Odpowiednio przeprowadzony proces doboru grubości szkła zdecydowanie wpływa nie tylko na bezpieczeństwo konstrukcji ale i koszt jej wykonania. Nie zawsze stosuje się tafle pojedyncze ze względu na ich ograniczoną grubość.

 

2013-09-13-3

Fot. 3. Obiekt o konstrukcji szklanej z prawie wszystkimi elementami ze szkła. Pręt/rura stalowa jest tu tylko stężeniem elewacyjnych tafli szklanych, które są mocowane do siebie i do żeber nośnych za pomocą stalowych mocowań punktowych

 

Łączenie żeber

Stosując odpowiednie systemy połączeń żeber zyskuje się niemal nieograniczone ich długości. Połączenia żeber zazwyczaj bazują na śrubach sprężających i blachach stalowych, które wykonuje się ze stali chromowo-niklowej. Projektując połączenie tego typu należy zwrócić uwagę aby blachy nakładkowe były gładkie i równomiernie przylegały do tafli szklanej. Z kolei pomiędzy blachą a żebrem istotną rolę odgrywa przekładka izolująca o wysokim poziomie wytrzymałości.

Przekładka nie może ulec uszkodzeniu podczas sprężania. W otworach, gdzie umieszczone są śruby, należy zastosować tulejki izolujące. Blachy chromowo-niklowe muszą przenosić moment zginający. Stąd też wykonanie blach tego typu powinno bazować na stali austenicznej o dobrych parametrach wytrzymałościowych.

Dodatkowo, sprężanie śrub powinno być podzielone na kilka etapów. Zatem dokręcanie śrub przy łączeniu żeber należy przeprowadzać od śrub położonych w środku rozpiętości. Ważne jest bowiem aby przy sprężaniu śrub nie powstawała w żebrze szklanym siła rozciągająca, bowiem szkło ma niską wytrzymałość na rozciąganie.

 

2013-09-14-1

Fot. 4. Oryginalny element mocujący żebro szklane z taflą elewacyjną i elementem stężającym w postaci stalowej liny (fot. K.Z.)

 

Mocowania

Istotą walorów architektonicznych szklanych żeber są odpowiednie mocowania. Zazwyczaj stosowane są rozwiązania konstrukcyjne bazujące na mocowaniu punktowym. Jest ono szczególnie przydatne z racji możliwości realizowania wyjątkowo skomplikowanych i nietypowych rozwiązań architektonicznych przy zachowaniu transparentności i lekkości konstrukcji. Idealnie ze szkłem komponuje się stal nierdzewna, stąd też zazwyczaj z tego materiału wykonywane są elementy mocujące.

Szkło jest mocowane bezpośrednio do konstrukcji wsporczej za pomocą płytek sprężystych. Oferowane są również mocowania, które eliminują potrzebę stosowania płytek sprężystych. Poprzez rotację stalowego sworznia połączonego z konstrukcją wsporczą jest możliwa absorpcja obciążeń zmiennych i rozszerzalności cieplnej.

Warto również zwrócić uwagę na „mocowania sejsmiczne”. Ich kluczową cechą jest przejmowanie znacznych ruchów bocznych (jak przy trzęsieniu ziemi) przez samonastawne ramię, przy zachowaniu płaskiego profilu. Mocowania tego typu nabyć można jako dwu- i czteropunktowe.

 

2013-09-14-2

Fot. 5. Po lewej uchwyt stalowy łączący dwie części żebra i jednocześnie umożliwiający zaczepienie stalowej liny usztywniającej konstrukcję. Po prawej uchwyt, który dodatkowo łącz y cztery tafle szkła elewacyjnego.

 

W przypadku punktowego mocowania szyb poszczególne elementy są mocowane za pomocą elementów stalowych, które łączą płyty szklane z konstrukcją nośną. Mocowanie mechaniczne bazuje na specjalnych elementach wprowadzanych do otworów. Na etapie projektowania rozmieszczenia otworów bierze się pod uwagę naprężenia i przemieszczenia. Są uwzględniane maksymalne naprężenia projektowe, które nie mogą być przekroczone dla najbardziej uciążliwych warunków.

Ważne pozostaje aby nie dochodziło do kontaktu pomiędzy metalem a szkłem. Stąd też zastosowanie znajdują elastyczne podkładki wykonane z aluminium, nylonu itp. Podkładki, o kształcie talerzyków, są umieszczane po obu stronach tafli. Niejednokrotnie w podkładkach uwzględnia się również wypustki, dzięki którym jest zapewniona ochrona przed kontaktem wnętrza otworu z trzpieniem śruby.

 

2013-09-14-3

Fot. 6. Sposób wykończenia połaczenia szklanej ściany z takimi żebrami a sufitem (fot. K.Z.)

 

Montaż żebra do konstrukcji budynku

Żebra szklane od dołu i od góry są mocowane do elementów konstrukcyjnych budynku. Zazwyczaj do montażu obu mocowań przewiduje się aluminiowe uchwyty, które przytwierdzane są do sufitu lub podłogi. Ważne jest aby masa szklanych paneli i żeber była przenoszona przez połączenie znajdujące się na wierzchołku żebra. Bardzo często żebro z jednej strony jest instalowane w słupie aluminium, który na dole i na górze przytwierdza się uchwytami do tafli szklanej. W takim rozwiązaniu uchwyt żebra jest wpuszczany w podłogę lub parapet. Z kolei krawędź znajdująca się od wnętrza budynku jest poddana procesowi szlifowania i polerowania.

 

2013-09-14-4

Fot. 7. Dach na żebrach szklanych – biurowiec NDI w Sopocie. Zastosowano system WGSpider, jedyny systemem punktowego mocowania szkła w całości produkowany i zaprojektowany w Polsce oraz montowany, jako cała konstrukcja (okucie plus szkło), przez samego producenta. System WGSpider jest stosowany również do montażu żeber szklanych. Rozwiązanie posiada dedykowany system amortyzatorów, pozwalający na swobodną pracę podkonstrukcji, dając gwarancję odporności na drgania i pracę szkła pod obciążeniem. Sposób rozmieszczenia poszczególnych elementów systemu (rotuli, żeber szklanych, konsol mocujących), odległości między nimi, rozmiary – ze względu na niepowtarzalność każdej projektowanej konstrukcji – wymagają za każdym razem indywidualnych przeliczeń. System jest zawsze dostosowywany do wymagań inwestora, architekta, z zachowaniem maksymalnego bezpieczeństwa (fot. WG-SYSTEM).

 

Przykłady architektoniczne

Interesującymi walorami architektonicznymi cechuje się miejska biblioteka w fińskim Seinäjoki. Budynek ten został zaprojektowany przez architekta Alvara Aalto. W dobudowanych budynkach elewację stanowi kompozycja szkła i miedzi. Szklane fasady wykonano w systemie szklenia strukturalnego, z wykorzystaniem superbezbarwnego szkła o obniżonej zawartości żelaza i szkła niskoemisyjnego. Żebra ze szkła podtrzymujące fasadę poprowadzone są przez całą wysokość elewacji. Mocowanie szkła do żeber bazuje na stalowych mocowaniach dwu- i czteropunktowych. Stalowe mocowania, połączone ze sobą za pomocą prętów, przewidziano na obu węższych bokach żebra.

 

2013-09-15-2

Fot. 8. Miejska biblioteka w fińskim Seinäjoki.

 

Z kolei w Muzeum Historii Żydów Polskich konstrukcja jednej ze ścian szklanych bazuje na szybach zespolonych, które są zawieszone za pomocą nierdzewnych rotul systemowych na żebrach szklanych. Żebra połączono między sobą za pomocą specjalnych blach oraz tulei ze stali nierdzewnej. Oprócz tego żebra podwieszono do konstrukcji budynku za pomocą wsporników stalowych. W rozwiązaniu przewidziano żebra szklane składające się z dwóch warstw szkła hartowanego o grubości 19 mm.

Tafle poddano procesowi laminowania z grubością warstwy laminującej wynoszącej 1,52 mm. Projektanci przewidzieli szerokość żebra wynoszącą 796 mm. Dla zapewnienia dylatacji konstrukcyjnej wsporniki trzymające żebra szklane umieszczone są w specjalnych łożach, które pozwalają na poziome przemieszczenia w płaszczyźnie fasady szklanej. Tym sposobem wsporniki są wzajemnie połączone elementami stalowymi a konstrukcja będąca oparciem dla szklanych żeber stanowi jedną część.

W tym rozwiązaniu istotną rolę odgrywa system lin w czterech poziomach umieszczonych od środka budynku łącząc wewnętrzne krawędzie szklanych żeber. Blachy łączą żebra szklane poprzez tuleje. Celem wyeliminowania niedokładności w wykonaniu otworów oraz dla równomiernego rozłożenia siły na styku tulei i żeber zastosowano specjalną żywicę. Z kolei połączenie blach łączących z tulejami zaprojektowano z uwzględnieniem luzu zapewniającego aplikację zaprawy.

Tym sposobem likwidowane są niedoskonałości wynikające z rozstawu w blachach w odniesieniu do rozstawu otworów w żebrach szklanych. Dla rozdzielenia blach stalowych od żeber oraz szkła zastosowano specjalną przekładkę z poliamidu PA66.

 

2013-09-15-4

Fot. 9. Transparentna ściana w Muzeum Historii Żydów Polskich.

 

Interesujące rozwiązanie stanowią systemy specjalnych amortyzatorów, które zapewniają swobodną pracę podkonstrukcji, gwarantując odporność na drgania i pracę szkła pod obciążeniem. Warto przypomnieć, że najbardziej narażone na uszkodzenia i pęknięcia są otwory, gdzie wprowadzono rotule mocujące. Miejsca wokół otworów w szkle cechują się kruchością i są najmniej odporne na uszkodzenia, które powstają podczas pracy całej tafli szkła. Stąd też amortyzatory z rotulami typu grzybkowego zapewniają odpowiednie poddawanie się tafli szkła pod naporem wiatru czy też obciążeń.

 

2013-09-15-1

Fot. 10. Żebra szklane – Teatr Rozrywki w Chorzowie. Szkłem najczęściej stosowanym do żeber szklanych jest szkło bezpieczne hartowane, laminowane, np. dwie formatki 8 mm wzmocnione 4 foliami. Takie rozwiązanie daje bezpieczeństwo, że szkło po stłuczeniu nie rozpryśnie się, ale zostanie zatrzymane na folii i drugiej formatce. Grubość szkła i liczba oddzielających je folii dobierane są odpowiednio do projektu. Również szerokość żeber szklanych i ich liczba zależy od wielkości aplikacji. Konsole, pająki i rotule łączące system WGSpider, stosowane do mechanicznego „spinania” całej konstrukcji, w większości realizacji wykonane są ze stali nierdzewnej i wyprodukowane przy użyciu precyzyjnego urządzenia do cięcia strumieniem wody Water Jet. Jego zaletą jest precyzyjna dokładność cięcia – 0,1 mm. Daje to gwarancję, że wyprodukowane przy jego użyciu okucia są idealnie dopasowane, a ich walory estetyczne sprawiają, że inwestorzy chętnie je eksponują w widocznych miejscach. Szkło może być barwione w masie, np. na kolor zielony, niebieski lub z folią matową, może być też emaliowane na dowolny kolor palety RAL (fot. WGSYSTEM).

 

Proces projektowania

Na etapie projektowania należy uwzględnić przede wszystkim wymagania w zakresie bezpieczeństwa i funkcjonalności. Stąd też ważna jest odpowiednia nośność, sztywność, trwałość, a także odporność ogniowa i ochrona antykorozyjna. Nie bez znaczenia są wymagania użytkowe, czyli szczelność na wodę i powietrze, izolacyjność cieplna i akustyczna oraz właściwości w zakresie higieny i estetyki.

 

2013-09-15-3

Fot. 11. Zamocowanie dolnej części żebra szklanego.

 

Obliczając nośność i sztywność należy określić wytrzymałość oszklenia i jego zamocowania, wytrzymałość stalowych łączników mocujących oszklenie oraz wytrzymałość i sztywność oszklenia. Obliczając ten ostatni parametr trzeba wziąć pod uwagę ciężar własny oszklenia, obciążenie wiatrem, obciążenie śniegiem oraz obciążenie ścian pochylonych i pokrycia dachowego.

 

2013-09-16-1

Fot. 12. Żebra szklane niekiedy są montowane po stronie zewnętrznej elewacji (fot. K.Z.)

 

Nie bez znaczenia są odpowiednie właściwości w zakresie odporności na uderzenia. Istotne jest bowiem, aby ściana cechowała się wytrzymałością, która wystarczy do przeniesienia obciążeń od możliwych do przewidzenia uderzeń. Projektant musi uwzględnić odpowiednie bezpieczeństwo pożarowe, bowiem ściany powinny odpowiadać wymaganiom wynikającym z przewidywanego zakresu stosowania i obowiązujących przepisów.

 

 

Dopuszczalna odkształcalność powinna być tak ograniczona, aby siły ścinające nie zniszczyły połączenia między szybami zespolonymi. Na etapie projektowania fasad szklanych, w tym szklanych żeber, kluczowe miejsce zajmuje odpowiedni wybór gatunku stali i ewentualnego zabezpieczenia przed korozją. Stąd należy uwzględnić wpływ środowiska zewnętrznego, przeznaczenia pomieszczeń oraz sposobu działania zamocowania. Uszczelnienia stosowane między elementami oszklenia muszą być wykonywane ze spoiw uszczelniających odpornych na działanie promieniowania UV, a także innych czynników atmosferycznych.

 

 

Zachowanie szczelności ścian na wodę i powietrze w dużym stopniu zależy od odporności na czynniki zewnętrzne stosowanych spoiw uszczelniających, jakości wykonania uszczelnień między elementami oszklenia oraz od ich konserwacji. Z kolei izolacyjność cieplna ściany zależy od izolacyjności szyb łącznie z mostkami cieplnymi w miejscu punktowego zamocowania elementów oszklenia. Kluczowe miejsce zajmuje zapewnienie komfortu cieplnego pomieszczeń w okresie letnim, z zapewnieniem odpowiedniego zabezpieczenia przed przegrzewaniem. Istotny problem stanowi możliwość skraplania się pary wodnej na powierzchni szyb od strony pomieszczeń oraz na metalowych elementach mocowania punktowego. Projektant powinien uwzględnić również właściwości w zakresie izolacyjności akustycznej.

 

2013-09-16-2

Fot. 13. Szklane żebra wkraczają również do rezydencji prywatnych

 

Na etapie procesu projektowania należy wziąć pod uwagę ryzyko samoistnego pęknięcia szyb. Stąd też należy przewidzieć konsekwencje wpływu zniszczenia na bezpieczeństwo użytkowników oraz osób, które znajdują się w pobliżu ściany budynku. Oprócz tego ważne jest takie zaprojektowanie konstrukcji, aby była możliwość jej mycia wystąpienia niebezpieczeństwa dla pracowników wykonujących tą czynność, użytkowników budynku oraz osób znajdujących się w jego pobliżu.

 

Ważne jest, aby projektant ocenił możliwość wykonania ściany uwzględniając przede wszystkim odchyłki wymiarowe szkła, odchyłki usytuowania otworów do mocowania oraz odchyłki położenia łączników mocujących. Należy wziąć również pod uwagę wymiary łączników mocujących i ich zdolność do kompensowania odchyłek wymiarowych i zmian wymiarów. Istotną rolę odgrywa uwzględnienie ewentualnego odkształcenia i ruchów szkieletów nośnego lub wtórnego. Ważna jest przy tym możliwość regulowania łączników mechanicznych z elementami oszklenia i ze szkieletem nośnym.

 

Nie mniej ważną kwestią, którą należy uwzględnić na etapie projektowania szklanych fasad z żebrami, są uszczelnienia. Stąd też nie może występować niezgodność chemiczna między materiałami stosowanymi do mocowania oszkleń, uszczelnień oraz przekładkami w oszkleniach warstwowych.

 

2013-09-16-3

Fot. 14. Krótkie odcinki żeber wzmacniają konstrukcję miejscowo. 

 

Podsumowanie

Szklane żebra stanowią konstrukcję nośną, którą wykonuje się ze szkła hartowanego i laminowanego. Standardowa długość pojedynczego żebra szklanego jest zależna od producenta szkła i wynosi zazwyczaj około 4,5 m. Żebra szklane mogą być łączone, przez co zyskuje się niemal nieograniczoną długość elementu nośnego.

 

Podstawowym założeniem stosowania szklanych żeber jest podparcie pionowe/liniowe szkła w celu przeniesienia obciążenia od ssania oraz parcia wiatru na elewacje. Pionowe żebro szklane zazwyczaj mocuje się punktowo do szkła, natomiast dolny uchwyt mocowany jest do podłogi a górny do sufitu. Decydując się na zastosowanie szklanych żeber jako elementu konstrukcji podparcia, architekt zyskuje szerokie możliwości w zakresie wyboru mocowań.

(...)

 

Damian Żabicki

 

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

 

 

 

 

01 chik