Artykuł ten bada potencjał cienkiego szkła do zastosowań architektonicznych i raporty na temat dwóch koncepcji cienkiego szkła.
Pierwsza dotyczy elastycznych i adaptujących się cienkich paneli szklanych, które mogą zmieniać swój kształt w odpowiedzi na czynniki zewnętrzne (np. warunki atmosferyczne) i wymagania użytkowników.
Druga koncepcja dotyczy cienkich szklanych paneli kompozytowych, w których cienkie szklane okładziny są łączone z elementami rdzenia (drukowanymi w 3D).
Koncepcje te są badane poprzez prototypowanie i eksperymenty laboratoryjne. Na podstawie wstępnych wyników badań cienkiego szkła widać, że obie koncepcje są bardzo obiecujące i zachęcają do dalszych szczegółowych badań.
Wstęp
Naukowcy i studenci z TU Delft i TU Dresden badają możliwości zastosowań architektonicznych bardzo cienkiego szkła. Podstawową ideą jest przyjęcie takiego szkła, które zwykle stosuje się na smartfonach i zastosowanie go w budownictwie.
Zaletą tego cienkiego, wzmocnionego chemicznie szkła glinokrzemianowego jest jego mała grubość (w zakresie 0,1 - 2 mm), wysoka wytrzymałość i wysoka elastyczność.
Daje to możliwość konstruowania bardzo lekkich, ale wytrzymałych przeszkleń elewacyjnych. W porównaniu z tradycyjnymi przeszkleniami uzyskuje się zatem znaczną redukcję masy, co bezpośrednio przekłada się na łatwiejszy montaż i mniejszą ilość energii zużywanej podczas transportu.
Projekty dodatkowo koncentrowały się na możliwościach zbudowania fasady wodoszczelnej i szczelnej na przenikanie powietrza w stanie zamkniętym.
Ponadto, ze względu na wysoką elastyczność, szkło można łatwo wyginać w temperaturze pokojowej, bez potrzeby stosowania kosztownych i energochłonnych technik kształtowania na gorąco.
Daje to możliwości łatwego tworzenia atrakcyjnych architektonicznie krzywizn oraz konstruowania adaptujących się i elastycznych przeszkleń elewacyjnych.
Obecny artykuł jest przyczynkiem do poszukiwań projektowych z użyciem cienkiego szkła. Opisuje koncepcje projektowania przeszkleń z takim szkłem i małoskalowe prototypy, które niedawno opracowano w TU Delft w serii projektów magisterskich.
Zaproponowano analizy przebiegające dwiema odrębnymi drogami, które pokrótce opisano poniżej
Adaptujące się cienkie szkłona fasadach
Pierwsza koncepcja wykorzystuje wysoką elastyczność cienkiego szkła do tworzenia adaptujących sie fasad szklanych. Ogólna idea jest taka, że takie fasady mogą wielokrotnie, powtarzalnie zmieniać swój kształt w odpowiedzi na czynniki zewnętrzne.
Na przykład, poprzez wygięcie cienkiego szkła, można utworzyć otwory wentylacyjne, aby zapewnić przepływ powietrza przez wewnętrzną przestrzeń podwójnej fasady (tzw. podwójnej skóry).
Ponadto krzywiznę cienkich, szklanych paneli elewacyjnych można regulować, aby zmieniać opór stawiany zmieniajacemu się obciążeniu wiatrem lub w celu ciągłej optymalizacji orientacji cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych, które można nakładać na warstwy cienkiego szkła.
Niektóre przykłady opracowanych koncepcji adaptujących się fasad z zastosowaniem cienkiego szkła pokazano na rys. 1-3.
Ze względu na wysoką wytrzymałość i elastyczność, procedury testowe opracowane dla tradycyjnego szkła nie zawsze są odpowiednie dla szkła cienkiego, a zatem powinny być stosowane nowe procedury badawcze.
Rys. 1. Projekt adaptującej się fasady z cienkiego szkła i jej makieta, opracowane w pracy magisterskiej Rafaela Ribeiro Silveiry
Kompozytowe cienkie szklane panele elewacyjne z rdzeniami wykonanym na drukarce 3D
Drugą drogą w ramach badań jest usztywnienie cienkich szklanych paneli za pomocą materiału rdzenia drukowanego w 3D.
W rezultacie powstają bardzo sztywne, a jednocześnie bardzo lekkie panele mogące służyc jako oszklenie fasadowe, które oferują korzyści w postaci łatwiejszego montażu i zmniejszenia energii transportowej.
Aplikacja cieńszego szkła, bez dodatkowych środków, spowodowałoby zbyt duże odkształcenia oszklenia okien, tym samym przekraczając wymagania dotyczące stanu granicznego użytkowalności.
Chociaż może to nie stanowić bezpośredniego zagrożenia bezpieczeństwa, duże odkształcenie i potencjalnie związane z nim drgania oraz odkształcenia optyczne mogą powodować dyskomfort i niedogodności dla mieszkańców budynku.
Rys. 2. Projekt adaptującej sie fasady z cienkiego szkła opracowany w pracy magisterskiej Ozhana Topcu
Rys. 3. Makieta adaptującej się fasady z cienkiego szkła z kompozytami zachowującymi pamięć kształtu (shape memory alloy – SMA), opracowana w pracy magisterskiej Bahareha Miri
Rys. 4. Panele kompozytowe z cienkiego szkła z rdzeniem wydrukowanym w 3D. Projekt prototypu i studium przypadku opracowany w pracy magisterskiej Tima Neeskensa
(...)
Podziękowanie
Z wdzięcznością doceniamy materialne wsparcie firmy AGC dla opisanych powyżej badań. Na podziękowanie zasłużyli także wszyscy studenci (Michele Akilo, Stella Brugman, Marina Guidi, Marc den Heijer, Lorenzo Lazzaroni, Bahareh Miri, Tim Neeskens, Rafael Ribeiro Silveira, Charbel Saleh, Ozhan Topcu, Congrui Zha), współsprawcy (prof. James O / Callaghan , prof. Tillmann Klein, prof. Rob Nijsse, dr Michela Turrin, dr Marcel Bilow, dr Fred Veer, dr Martin Tenpierik, dr Lennert van der Linden) oraz zewnętrzni opiekunowie (ABT, Octatube, prof. Maurizio Froli, dr Francesco Laccone, prof. Tomaso Trombetti).
Artykuł został oparty na wykładzie zaprezentowanym na Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2019, która odbyła się w dniach 26-28 czerwca 2019 r. w Tampere w Finlandii
Christian Louter
Technische Universitat Dresden, Germany
Bibliografia
Więcej informacji ogólnych i odniesień do literatury podano w pełnym artykule autorstwa Loutera i in., który jest dostępny pod adresem: http://heronjournal.nl/63-12/9.pdf.
1. Akilo, M., Design and analysis of a composite panel with ultra- thin glass faces and a 3Dprinted polymeric core. MSc thesis, University of Bologna, 2018.
2. Cervio, M., Muciaccia, G., Rosato, G., The Effect of Edge Processing in Thin Glass for Cold Bending Applications. In Challenging
Glass Conference Proceedings, volume 6, pages 685- 690, Delft, 2018.
3. Datsiou, K.C., Design and Performance of Cold Bent Glass. PhD thesis, University of Cambridge, 2017.
4. Hundevad, J., Super lightweight glass structures – a study, In Proceedings of the GlassCon Global Conference. pages 314- 327, Philadelphia, 2014.
5. Lambert, H., O’Callaghan, J., 2013. Ultra-thin High Strength Glass Research and Potential Applications. Proceedings of the Glass Performance Days 2013, pages 95-99, Tampere, 2013
6. Mainil, T. (2015). Exploratory investigation on the cold bending of thin glass. MSc thesis, Ghent University, 2015.
7. Maniatis, I., Nehring, G., & Siebert, G., Studies on determining the bending strength of thin glass. ICE Publishing. Structures and Buildings, 169, 393-402, 2014.
8. Miri, B., Flexible Transparency With Smart Materials: A study on adaptive thin glass facade developed with Shape memory alloy. Master’s thesis, Delft University of Technology, 2018.
9. Neeskens, T., Thin glass composites: based on a structural efficiency increasing design strategy. Master’s thesis, Delft University of Technology, 2018.
10. Neugebauer, J., A movable canopy. In Proceedings of the International Conference on Building Envelope Design and Technology. Advanced Building Skins, pages 318-325, Graz, 2015.
11. Neugebauer, J. Determining of Bending Tensile Strength of Thin Glass. In Challenging Glass Conference Proceedings, volume 5, pages 419-428. Ghent, 2016.
12. Neugebauer, J., Wallner-Novak, M., Lehner, T., Wrulich, C., Baumgartner, M., Movable thin glass elements in façades. In Challenging Glass Conference Proceedings, volume 6, pages 195-202, Delft, 2018.
13. Oliveira Santos, F., Louter, C., Ramôa Correia, J., Exploring Thin Glass Strength Test Methodologies. In Challenging Glass Conference Proceedings, volume 6, pages 713-724, Delft, 2018.
14. Ottens, R., High Strength Thin Glass as Stiff Structural Fabric: A feasibility study of tensioning a thin, rectangular, chemically strengthened, flat glass sheet into a forced anticlastic surface with a stretchable composite connection, that remains capable of transferring the applied tensile load. MSc thesis, Delft University of Technology, 2018.
15. Overend, M., Butchart, C., Lambert, H., Prassas, M., The mechanical performance of laminated hybrid-glass units, Composite Structures, Volume 110, Pages 163-173, 2014.
16. Ribeiro Silveira, R., Flexible transparency: A study on thin glass adaptive façade panels. Master’s thesis, Delft University of Technology, 2016.
17. Ribeiro Silveira, R., Louter, C., Klein, T., Flexible Transparency - A Study on Adaptive Thin Glass Façade Panels. In Challenging Glass Conference Proceedings, volume 6, pages 135- 148, Delft, 2018.
18. Schneider, J., Thin Glasses - A future envelope? The Future Envelope 9 – Conference on the Building Envelope. pp 54-69, Delft 2015
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacji: Świat Szkła 12/2019
