Nasi klienci - architekci z pracowni CBRE - zaprojektowali duże szklane zadaszenie w ramach renowacji fasady i modernizacji instalacji MEP w budynku w doskonałej dzielnicy najmu w centrum Madrytu (Hiszpania). Nowy lekki szklany daszek zastąpi istniejący ciężki stary element. W tym celu wspornikowe belki szklane są strukturalnie osadzone w metalowej konstrukcji pomocniczej poprzedniego zadaszenia.
Zarówno szklana balustrada, jak i tafle szkła pokrywające podłogę są przymocowane do wspornikowych belek szklanych. System jest uzupełniony o wewnętrzny kanał odwadniający i dwa pręty na końcach, które przenoszą obciążenia boczne. W artykule opisano wnioski wyciągnięte z zastosowania szkła strukturalnego do projektowania daszków zintegrowanych z nową fasadą.
Projekt renowacji i zakres zlecenia
W lutym 2019 r. pracownia architektoniczna CBRE zleciła firmie ENAR renowację fasady budynku administracyjno-handlowego znajdującego się pomiędzy sąsiednimi nieruchomościami, przy ulicy Serrano w Madrycie.
Jego elewacja musiała odpowiadać poziomowi luksusu panującego na ulicy, przy której się znajduje. Budynek jest własnością TORIMBIA i dzieli chodnik z luksusowymi sklepami, takimi jak YSL, LOEWE, MONTBLANC, CARTIER, LOUIS VUITTON itp. Renowacja dotyczyła elewacji, wykończenia wnętrz i instalacji (MEP mechanical, electrical, and plumbing), wraz z pewnymi zmianami w głównej konstrukcji. Zaplanowane zostało także wybudowanie szeregu tarasów i zadaszenia.
Stara, wykończona kamieniem fasada z małymi przeszklonymi otworami została zastąpiona nowoczesną ścianą osłonową, złożoną z izolacyjnej powłoki wykonanej z jednej warstwy szkła oraz z szyby z powłoką przeciwsłoneczną – zintegrowanych z cienkimi słupkami ze stali nierdzewnej.
Architekci postanowili przeprojektować zadaszenie wejścia, tak aby przestrzeń zajmowana przez poprzednie zadaszenie mogła zostać dostosowana do odnowionego wizerunku budynku. Renderingi (wizualizacje) wykonane przez architektów na tym etapie przedstawiają optycznie lekką strukturę konstrukcję o prostych liniach i z przezroczystymi materiałami. Kryteria te zostały jasno określone w dokumentacji projektowej na etapie projektu technicznego, aby zapewnić odpowiednią konkurencję i ograniczenie kosztów”.
Doświadczenie i wiedza techniczna
Wspólnie z architektem zdecydowaliśmy, że najbardziej atrakcyjną opcją będzie zastosowanie elementów konstrukcyjnych z tafli szkła LOW IRON ze wszystkimi krawędziami polerowanymi na połysk, laminowanych międzywarstwą jonomerową.
To – jako główny system konstrukcyjny – sformalizuje geometrię zadaszenia, które łączone jest w całość za pomocą silikonu strukturalnego oraz elementów ze stali nierdzewnej. Zastosowanie strukturalnych elementów ze szkła laminowanego, jako wsparcia dla innych elementów, było szeroko stosowane i testowane, więc producenci, przetwórcy i instalatorzy często je wykorzystują.
Przy opracowywaniu tego projektu zadaszenia, oparliśmy się na naszej wcześniejszej wiedzy zdobytej przy analizowaniu współczesnych obiektów architektonicznych i naszych własnych wcześniejszych doświadczeń.
Niedawno wykonaliśmy hybrydowe belki metalowo-szklane w holu wejściowym Torre Europa GPD 2017 [1] oraz świetliki nad basenem w hotelu Four Seasons Canalejas, oba w Madrycie. Świetlik Four Seasons został również wykonany przez FERGA (wykonawcę elewacji) i TVITEC (dostawcę szkła), który ostatecznie wykonał elewację i zadaszenie przedmiotowego budynku.
Kryteria opracowania projektu zadaszenia
Nowe zadaszenie zajmuje przestrzeń pozostawioną przez poprzednią konstrukcję. Jest ono umieszczone 5,60 m nad poziomem chodnika publicznego i jest wysunięte 2,55 m na zewnątrz elewacji budynku.
Zadaszenie zajmuje w całości 25 m szerokości zachodniej głównej fasady budynku. Ponieważ istniejące wcześniej słupy nie mają jednakowych rozstawów modułowych, zdecydowano się rozwiązać tę sytuację poprzez ich jednorodne rozmieszczenie. Po kilku testach zdecydowano się na zastosowanie odstępu 1,03 m między wspornikami, co pozwoliło również na zaprojektowaniu modułowych odległości między osiami w przeszkleniu podłogowym na poziomie 3,09 m.
Ponieważ całkowita wysokość poprzedniej bryły wynosiła 1,28 m, a wsporniki plus szyba podłogowa mają wysokość 0,328 m, szklana bryła musiała zostać uzupełniona o balustradę, dzięki czemu osiągnęła górną wysokość 1,10 m nad podłogą przeznaczoną do chodzenia. Zdecydowano się zmaterializować to uzupełnienie za pomocą profilu L ze stali nierdzewnej odsuniętego od płaszczyzny szklanej bryły, tak aby pozostała ona konstrukcją drugorzędną
Wymagania funkcjonalne
Zadaszenie musi odprowadzać wodę z elewacji, w tym celu będzie wyposażone w rynnę wzdłuż połączenia między zadaszeniem a elewacją, podłączoną do systemu odwadniającego budynku.
Zadaszenie musi być dostępne dla personelu konserwacyjnego. W tym celu na elewacji zostaną umieszczone dwie pary drzwi wejściowych, nad przeszkloną podłogą wzdłuż elewacji zostanie umieszczony antypoślizgowy chodnik, a górna wysokość attyki wyniesie 1,10 m.
Wymagania konstrukcyjne
Zadaszenie musi być odporne na poziome oddziaływanie wiatru, zarówno czołowe, jak i boczne, na elementy pionowe (+580 Pa i -840 Pa), a także na pionowe oddziaływanie wiatru w górę i w dół (1100 Pa i -1350Pa).
Projekt systemu usztywnień bocznych konstrukcji przewidywał łączenie szklanych szyb pionowych na krawędziach wraz z szybami poziomymi umieszczonymi na pierwszym i ostatnim module oraz szybami podłogowymi.
Jednak zostało to zmienione przez wykonawcę elewacji, i ostatecznie naprężenia zostały przeniesione na budynek za pomocą dodatkowych lin mocowanych do metalowych konstrukcji, które zajmują pierwszy i ostatni moduł.
Jeśli chodzi o obciążenie użytkowe, obliczenia wykonano dla obciążenia użytkowego 500 kg/m2, oprócz poziomego obciążenia użytkowego 0,8 kN/m, chociaż obecne wymaganie normowe odnośnie niego jest ograniczone wyłącznie do obciążenia w czasie prac konserwacyjnych.
Ponadto uwzględniono obciążenie śniegiem wynoszące 0,6 kN/m2. W tym względzie należy zauważyć, że podczas realizacji projektu w Madrycie wystąpił wyjątkowy epizod opadów śniegu, znany jako burza Filomena, w wyniku której warstwa śniegu o grubości kilka centymetrów pozostała/zalegała na zadaszeniu przez wiele dni.
Limity odkształceń dla szkła tworzącego balustradę ustalono na L/100 i 25 mm. dla podłogi i wsporników L/500 oraz L/150 dla szklanej balustrady. Obliczenia SGN i SGU zostały zweryfikowane zgodnie z normą EN 16612. Dodatkowo cała konstrukcja powinna spełniać warunki bezpieczeństwa po stłuczeniu szkła, które gwarantowałyby stabilność montażu po przypadkowym stłuczeniu którejkolwiek z podstawowych szyb wchodzących w skład systemu.
Struktura konstrukcji
Zadaszenie składa się ze szklanych wsporników połączonych z budynkiem za pomocą elementów ze stali nierdzewnej pełniących funkcję zakotwień. Nad tymi elementami umieszczone są szyby, które tworzą podłogę zadaszenia. Wzdłuż przedniej i bocznych krawędzi znajduje się szklana balustrada zwieńczona profilem ze stali nierdzewnej.
Skrzynki ze stali nierdzewnej, które pełnią funkcję głównych zakotwień, przykręcane zostały na miejscu budowy do wcześniej wyregulowanych/dostosowanych cokołów, które opierają się na płycie i stabilizują do belki krawędziowej z profilu IPE, rozmieszczonej o 60 cm poniżej.
Zdecydowano się zachować tę dolną belkę krawędziową, ponieważ podpierała poprzednie zadaszenie i została sprawdzona pod kątem wystarczającej sztywności. Inżynierowie konstrukcyjni (MECANISMO) zatrudnieni przez CBRE do tych prac zweryfikowali prawidłowe przenoszenie oddziaływań na konstrukcji.
Każdy element podłogi spoczywa na płytach ze stali nierdzewnej o grubości 6 mm przymocowanych do szklanych belek o wymiarach 2,50 m x 0,3 m o składzie 10T + 1,52 GP + 10T + 1,52SGP + 10T +1,52SGP + 10T + 1,52SGP + 10T + 1,52SGP + 10T + 1,52 SGP + 10T.
Elementy te są poziome na najniższej krawędzi, ale nachylone na górze, aby utworzyć spadek, który sprzyja odprowadzaniu wody w kierunku rynny umieszczonej blisko fasady, a następnie do wnętrza budynku.
Te szklane belki są wcześniej sklejone w warsztacie za pomocą żywicy i mocowane w skrzynkach ze stali nierdzewnej z płyt o grubości 12 mm. Skrzynki mają otwór z nylonową tuleją, która przechodzi przez każdy arkusz wspornika i zapobiega jego przemieszczaniu się.
Każda podłoga o wymiarach 3,09 m x 2,17 m ma konstrukcję 6T + 1,52SGP + 10HS + 1,52SGP + 10HS i jest podtrzymywana przez 2 szklane wsporniki wzdłuż krótszego boku i 2 szklane wsporniki pośrodku.
Górna tafla szkła tworząca tę podłogę została pokryta sitodrukiem, który zapewnia jej właściwości antypoślizgowe wzdłuż 50-centymetrowego paska znajdującego się blisko fasady budynku, co ułatwia przejście personelu zajmującego się konserwacją. Szerokość ta została dopasowana do długości skrzynek ze stali nierdzewnej, które wspierają/podtrzymują dolne wsporniki budynku.
Pośrodku krawędzi każdej wspornikowej belki szklanej przykręcona jest pionowa balustrada ze szkła laminowanego o wymiarach 1,25 m x 0,15 m. Elementy te mają skład 6T + 1,52SGP + 6T + 1,52SGP + 6T i są zwieńczone blachą/ metalową płytą, która ma wymaganą wysokość bariery, zapewniającej bezpieczeństwo użytkowania, wynoszącą 1,10 m w stosunku do wykończonej podłogi. Panele balustrady tworzą ostateczny kształt zadaszenia, a pomiędzy słupkami balustrady znajduje się podwójnie laminowana pionowa szyba.
Szyby pionowe balustrad obwodowych (3,09 m x 1,28 m) mają skład 8HS + 1,52SGP + 8HSmm, są wsparte metalową płytą przyspawaną do górnej płyty wsporników i przyklejoną do jej krawędzi, natomiast u góry są mocowane do konstrukcji szklanej balustrady.
Wnioski
Jako główne konkluzje po realizacji projektu renowacji szkłem strukturalnym, możemy uzyskać następujące wnioski:
- dokumentacja z etapu projektu technicznego zadaszenia zawierała definicje wystarczające do ogłoszenia przetargu i faktycznego wykonawstwa w ramach wstępnie oszacowanych kosztów projektu, – wykonane z jonoplastu (na bazie jonomeru) międzywarstwy i elementy nadmiarowe były systemami stosowanymi w celu uzyskania stabilności po pęknięciu,
- niemniej jednak osiągnięto wysoką przezroczystość elementu, zgodnie z pierwotnymi założeniami – dzięki łatwemu w utrzymaniu systemowi odpływowemu, który utrzymuje wygląd zadaszenia w zgodzie z miejscem, w którym się znajduje.
Artykuł został oparty na wykładzie zaprezentowanym na Konferencji
GLASS PERFORMANCE DAYS 2023
Ángel Mateo Marcos Núńez, Ińaki Méndez Robles, Jesús M. Cerezo Miguel, Miguel Ángel Núńez Diaz, Mario Hormigos Martínez
Bibliografia
[1] Nuńez Díaz, Miguel Angel & Cerezo Miguel, Jesús M.2017 “Structural Glass in Building Restoration. Europe-’s Tower Entrance Hall. Madrid. Spain” Proceedings of the Glass Performance Days Conferences, Tampere, Finland: GPD pp. 71-73.
