Szklane konstrukcje są nieodzownym elementem nowoczesnej architektury. Jednym z przykładów współczesnego zastosowania szkła jest szyb i kabina windy. Warto przyjrzeć się nieco bliżej rozwiązaniom tego typu.
Była ona podniesiona na pewną wysokość a po jej zwolnieniu stanowiła siłę napędową dla urządzeń. Oprócz tego dźwigi, za pomocą odpowiedniego systemu lin, były połączone w jeden mechanizm, który dawał możliwość jednoczesnego wjazdu na arenę 20 gladiatorów. Mówiąc o historii wind warto zwrócić uwagę na urządzenia napędzane siłą ludzkich mięśni lub poprzez zwierzęta pociągowe.
Szklana winda w architekturze
Nie ma wątpliwości co do tego, że szczególnych walorów architektonicznych nadają budynkowi windy szklane. Stanowią one bowiem istotny element dekoracyjny i wzbogacający architekturę wnętrza oraz elewacji budynku. Na uwagę zasługuje wiele wariantów przeszklenia szybów i kabin z możliwością wyboru odpowiedniego kształtu w postaci zaokrąglenia lub wielokątów.
Na etapie projektowania architekci biorą również pod uwagę stopień przeszklenia konstrukcji. Szklany może być bowiem sufit, podłoga, ściany i drzwi. Walory estetyczne szklanej windy podkreśla rodzaj zastosowanych materiałów wykończeniowych. Najlepszy efekt wizualny nadają wykończenia bazujące na stali nierdzewnej.
Nawet klasyczna architektura może zyskać po dodaniu lekkich wizualnie, przeszklonych szybów windowych
Wymagania dla szkła
Warto podkreślić, że zgodnie z wymaganiami Ustawy o dozorze technicznym z dnia 29 listopada 2000 r. (Dz. U. nr. 122 z 2001 r.) urządzenia dźwigowe na etapie ich projektowania, wytwarzania, naprawy i modernizacji, obrotu oraz eksploatacji podlegają dozorowi technicznemu. Tym sposobem również projekty wind szklanych muszą być uzgadniane z właściwym urzędem. W szczególności chodzi o odpowiednie materiały i konstrukcje wykonania ścian kabiny, szybu oraz skrzydeł drzwi.
Podkreśla się, że każda ściana kabiny musi mieć taką wytrzymałość aby siła 300 N, przyłożona w dowolnym miejscu prostopadle do ściany, skierowana od wnętrza kabiny na zewnątrz i równomiernie rozłożona na powierzchni koła lub kwadratu wielkości 5 cm2 nie powodowała żadnych odkształceń trwałych oraz odkształceń sprężystych większych niż 15 mm. Na etapie projektowania architekt powinien zwrócić uwagę, że w ścianach przeszklonych powinno być zastosowane szkło warstwowe.
Te oryginalne windy można spotkać w marokańskim Agadirze
Ściany powinny wytrzymać próbę uderzenia młotem wahadłowym, co szczegółowo opisano w jednym z załączników normy. W przypadku przeszklonych ścian kabin, które są usytuowane na wysokości mniejszej niż 1,1 m od podłogi, należy uwzględnić poręcz na wysokości 0,9 i 1,1 m. Istotne jest aby w takiej konstrukcji poręcz była mocowana niezależnie od szkła.
Zwraca się uwagę, że segmenty drzwi wykonanych ze szkła muszą być zamocowane w taki sposób, aby mogły przenosić przykładane siły wymagane przez normę bez uszkodzenia mocowań szkła. Jeżeli uwzględniono drzwi o szerokości przekraczającej 150 mm to należy zastosować szkło warstwowe o odpowiedniej wytrzymałości. Aby zapobiec możliwości wciągnięcia przez elementy ruchome rąk dziecięcych, drzwi automatyczne rozsuwane poziomo z napędem mechanicznym, które są wykonane ze szkła o szerokości przekraczającej 150 mm, muszą uwzględniać rozwiązania minimalizujące takie zagrożenie.
Szyb windowy hotelu Westin, Warszawa
Dla zapewnienia bezpiecznej pracy dźwigu ściany szybu muszą mieć taką wytrzymałość mechaniczną aby po przyłożeniu w dowolnym miejscu prostopadle do ściany, z jednej lub drugiej strony, siły 300 N, równomiernie rozłożonej na powierzchni koła lub kwadratu wielkości 5 cm2, nie powstawały żadne odkształcenia trwałe oraz odkształcenia sprężyste większe niż 15 mm.
Kabina windowa ze szkła gietego
Oprócz zapisów określonych w normach zharmonizowanych z dyrektywą dźwigową PN-EN 81.1(2):2002 kluczowe są wymagania dotyczące obudowy ze szkła wynikające z normy PN-EN 356:2000. To właśnie ten dokument określa wymagania stawiane badaniom i klasyfikacjom odporności na atak szyb ochronnych stosowanych w budownictwie.
Podparcie szkła
Jeżeli projektant przewidział punktowe mocowanie szkła, to poszczególne elementy podparte są 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 wszelkie naprężenia i przemieszczenia.
Kabina windowa ze szkła , wielokątna
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 w tym celu 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. W przypadku podparcia brzegowego ciągłego struktura podparcia powinna być sztywna.
Odkształcenia przy podłodze pod obciążeniem nie mogą być większe niż 1/500 długości danego boku. W środkowej części płyty poddanej obciążeniu roboczemu strzałka ugięcia nie powinna przekraczać 1/200 najkrótszego wymiaru. Nie może to być jednak wartość przekraczająca 10 mm, natomiast szerokość podparcia nie powinna być mniejsza niż 1,5-krotność grubości płyty. Jeżeli grubość płyty przekracza 30 mm szerokość podparcia może być równa grubości płyty.
Płyta najczęściej jest osadzana na elastycznej uszczelce, która wraz z upływem czasu nie traci swojej elastyczności. Twardość uszczelki musi mieścić się pomiędzy 70-80 IRH. Jeżeli płyty są lekko nachylone kluczową rolę odgrywa klinowanie boczne. Istotne jest aby współpłaszczyznowość punktów podparcia nie miała odchyleń przekraczających 2 mm. Niejednokrotnie są uwzględniane zaciskowe uchwyty brzegowe, gdzie tafla opiera się całkowicie na mocowaniu, kształtem przypominającym literę U. Mocowanie obejmuje całą grubość tafli i jest oddzielone od szkła za pomocą uszczelek.
Szklany szyb windowy
Walorów estetycznych nadaje budynkowi szklany szyb windowy. Powstaje on zazwyczaj w efekcie obudowania taflami szklanymi, które mocowane są punktowo do stalowej konstrukcji szybu. Istotną rolę odgrywają przy tym okucia. Ważne pozostaje aby na etapie projektowania uwzględnić wymagania względem wytrzymałości, drgań, a także naprężeń i obciążeń powstających w stalowej konstrukcji oraz w taflach szklanych. Niejednokrotnie jako okucia stosuje rotule stałe lub przegubowe oraz stożkowe pozwalające na całkowite zlicowanie z taflą szklaną lub płaskie. W niektórych konstrukcjach uwzględnia się mocowania punktowe.
Badania wytrzymałości
Warto dodać, że odpowiednie badania wytrzymałościowe mogą być przeprowadzone przez podmiot zewnętrzny. Na przykład Centralne Laboratorium Dozoru Technicznego w Poznaniu wykonuje badania wytrzymałości szklanych elementów stosowanych do budowy szybów, kabin i drzwi przystankowych dźwigów podlegających Dyrektywie 95/16/WE, wdrożonej do prawa polskiego rozporządzeniem Ministra Gospodarki w sprawie zasadniczych wymagań dla dźwigów i ich elementów bezpieczeństwa.
Badania wykonuje się metodami określonymi w normach zharmonizowanych PN-EN 81-1 i PN-EN 81-2. Wyniki pomiarów mogą być wykorzystywane w procesie oceny zgodności dźwigów przez organ nadzoru rynku dla potwierdzenia spełnienia zasadniczych wymagań bezpieczeństwa, jak i przez właścicieli dźwigów dla sprawdzenia parametrów technicznych szklanych obudów. W ramach badania szklanych elementów stosowanych do budowy szybów, kabin i drzwi przystankowych dźwigów jest przeprowadzona:
-- próba uderzenia bijakiem miękkim o masie 40 kg,
-- próba uderzenia bijakiem twardym o masie 10 kg,
-- pomiar odkształcenia sprężystego tafli szklanej po przyłożeniu siły 50 N rozłożonej na powierzchni 10 cm2 w środku geometrycznym szyby,
-- pomiar grubości szkła,
-- badanie zgodności osadzenia tafli szklanej w ramie z dokumentacją techniczną.
Przykład szklanej windy
Przykładem zastosowania szklanej windy może być budynek Galerii Sztuki Polskiej XIX wieku w Sukiennicach. Winda w okrągłej klatce schodowej przystosowana jest dla osób niepełnosprawnych. Pomiędzy arkadami z żeliwnymi kolumnami podpierającymi granitowe schody porusza się kabina z podwójnymi, półokrągłymi drzwiami. Przeszklony szyb jest wsparty na słupach.
Architekci postawili na prostotę bębna szybu i okrągłą kabinę, a także na maksimum szkła, dwa kolory stali i ukrycie mechanizmów. Stąd też wszystkie napędy starannie schowano. Efektem jest więc płaski dach kabiny w całości przeszkolony. Projektanci musieli uwzględnić ograniczenia w postaci zabytkowego charakteru budynku oraz konieczności spełnienia wszystkich wymagań dyrektywy dźwigowej i norm branżowych. Kabina o masie 1340 kg jest przeszklona szkłem o grubości 13,5 mm. Jej średnica wewnętrza wynosi 146 cm przy wysokości 212 cm.
Wykończenia
Odpowiednio dobrany materiał oraz kształt wykończeń powinien zapewnić równowagę pomiędzy trwałością a estetyką konstrukcji szklanej. Pod względem wyglądu ze szkłem dobrze współgra stal nierdzewna, stąd też właśnie z tego materiału wykonuje się większość dostępnych wykończeń. Podstawę stanowią płytki sprężyste, które można dostosować do każdego kąta nachylenia konstrukcji. Są również oferowane mocowania eliminujące potrzebę stosowania płytek sprężystych.
Poprzez rotację stalowego sworznia połączonego z konstrukcją wsporczą jest możliwa absorpcja obciążeń zmiennych i rozszerzalności cieplnej. Odlewane mocowania sejsmiczne przejmują z kolei znaczne ruchy boczne przez użycie nastawnego ramienia, zachowując jednocześnie niezwykle płaski profil. Zastosować można także odlewane mocowania dwui czteropunktowe, łączące mocowanie szkła z konstrukcją wsporczą wykonaną ze stali i ze szkła.
Szyb windowy i winda w warszawskim Centrum Olimpijskim
Szklane platformy dla osób niepełnosprawnych
Istotnym elementem budynków użyteczności publicznej są platformy do transportu osób niepełnosprawnych. Konstrukcja urządzeń tego typu niejednokrotnie bazuje na szkle. Warto podkreślić, że montaż platformy nie wymaga prac budowlanych, budowania szybu oraz nadszybia i podszybia. Platforma dostarczana jest z szybem z paneli blaszanych lub szklanych montowanych bez spawania w sposób nieuciążliwy dla otoczenia.
Zastosować można drzwi standardowe metalowe, malowane z małą szybą lub dużą taflą szklaną, a także drzwi aluminiowe przeszklone z dwiema lub jedną taflą szklaną oraz drzwi o klasie odporności ogniowej. Zarówno panele szklane i przeszklenie drzwi wykonane jest ze szkła bezpiecznego, hartowanego i laminowanego.
Podsumowanie
Nowoczesne budownictwo, dla uzyskania dodatkowych walorów estetycznych, nie obejdzie się bez konstrukcji szklanych. Dzięki odpowiednim procesom produkcyjnym szkło cechuje bardzo szerokie spektrum zastosowania. Jednym z nich są szyby i kabiny wind usytuowanych zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz budynku. Pamiętać jednak należy, że projektanci muszą uwzględnić dodatkowe czynnika, takie jak chociażby specjalne okucia, spełniające warunki przewidziane dla szybów windowych.
Nie bez znaczenia pozostają również drgania wywoływane przez windę, a które muszą być wchłaniane przez szklane elementy. Mocowania stosowane w konstrukcjach szklanych znacznie różnią się od stosowanych w tradycyjnych elementach bazujących na szkle. Ważne pozostaje bowiem kompensowanie naprężeń i obciążeń powstającej na skomplikowanych konstrukcjach, którymi są szklane szyby windowe.
Jednak efekty, jakie zyskuje się dzięki szklanym szybom i kabinom windowym, są warte przezwyciężenia trudności na etapie projektu. Bez wątpienia konstrukcje szklane doskonale komponują się z budynkami zarówno zabytkowymi, jak i nowoczesnymi. Dodatkowych walorów estetycznych nadaje odpowiednio dobrane i zainstalowane oświetlenie.
Damian Żabicki
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
patrz też:
- Windy panoramiczne , Andrzej Wątły , Świat Szkła 01/2003
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
więcej informacj: Świat Szkła 2/2013
