- zamocowania o 0 stopniu swobody (odmiana F)
- zamocowania o 1 stopniu swobody (odmiana L1)
- zamocowanie o 2 stopniach swobody (odmiana L2)
Szkło mocowane mechanicznie Część 2
- Szczegóły
- Kategoria: Wydanie 5/2010
Mechaniczne mocowanie elementu szklanego do samonośnej konstrukcji przy pomocy łączników przeprowadzanych przez otwór w szkle lub podpierających szkło na krawędziach pozwoliło na stworzenie jednolitej – bez wyraźnych podziałów – płaszczyzny elewacji o dowolnym kącie nachylenia. Elewacja taka nie mogłaby powstać bez właściwości wytrzymałościowych współczesnego szkła budowlanego a także wyrafinowanej specyfiki elementów mocowań punktowych tego szkła.
Systemy z połączeniami sztywnymi przenoszą obciążenia zewnętrzne lecz, zarazem, wywołują naprężenia wewnętrzne w okolicach punktu mocowania. Dodatkowy element pośredni między sztywnym mocowaniem płyty szklanej, a konstrukcją daje dodatkowy punkt swobody, a w praktyce luźniejsze tolerancje montażowe.
Fot. 1. Aksonometria i widok z góry krzyżaka z wkładkami umożliwiającymi przesuw rotul. Strzałki pokazują możliwe stopnie swobody. W prawym dolnym ramieniu krzyżaka punkt stały mocowania tafli.
W zależności od rodzaju, zamocowania utwierdzone mogą umożliwiać przemieszczenie tafli szkła w płaszczyźnie przegrody lub też nie. Przemieszczenie to może występować między oszkleniem a łącznikiem stalowym lub między łącznikiem a konsolą wsporczą (tzw. spider, pająk).
Fot. 2
Z tego punktu widzenia rozróżnia się :
Konsola wsporcza (spider, pająk, krzyżak) – przekazuje obciążenia od łączników na konstrukcję nośną przegrody. Konsole wsporcze o różnym kształcie i wyprofilowaniu, najczęściej są jedno-, dwu-, trój- lub czteroramienne, chociaż dostępne są też konsole mające 8 ramion (fot. 2).
Fot. 3
Główki konsoli służące do mocowania łączników (tzw. rotul) leżą najczęściej w jednej płaszczyźnie (łączą tafle szkła leżące w jednej płaszczyźnie), ale są też konsole z ruchomymi ramionami które mogą łączyć łączniki mocujące tafle szkła leżące w dwóch czy czterech płaszczyznach (fot. 3), niewielki kąt między taflami lub połączenie szyb giętych może zniwelować połączenie przegubowe (fot. 4).
Fot. 4. Mocowanie oszklenia na kopule BLUE CITY w Warszawie
Konstrukcję wsporczą przeszkleń mocowanych mechanicznie, przenoszącą obciążenia zewnętrzne, może stanowić:
- konstrukcja słupowa (fot. 5), słupowo-ryglowa lub kratownicowa (fot. 6), z elementów aluminiowych, stalowych lub drewnianych;
- konstrukcja cięgnowa (prętowo-linowa) (fot. 7);
- żebra szklane (fot. 8).
Fot. 5
Fot. 6
Fot. 7. Schemat szklanego dachu z oszkleniem mocowanym mechanicznie i cięgnową konstrukcją wsporczą
Fot. 8
Konstrukcje wsporcze cięgnowe (fot. 9)
Konstrukcje cięgnowe, ze względu na swoją transparentność, zyskały szerokie grono zwolenników wśród architektów. Szczególnie popularne są trzy koncepcje konstrukcji wsporczych (chociaż elementy mocowań mechanicznych ze względu na łatwą modyfikację rozwiązań pozwalają na wykonanie bardzo nietypowych projektów):
Typ 1. Kratownica główna z pomocniczym systemem cięgien.
- Kratownice wykonane są w najbardziej klasyczny sposób (ze sztywnych profili stalowych).
- Konstrukcja charakteryzuje się dużą sztywnością.
- Rozwiązanie najbardziej ekonomiczne.
Typ 2. Kratownica z olinowaniem w kształcie łuku.
- Układ nie przekazuje sił od napięcia cięgien na brzegową konstrukcję otworu okiennego.
- Szybki montaż.
- Średni zakres transparentności przeszklenia.
- Średni koszt.
Typ 3. Kratownica cięgnowa.
- Przekazuje najwyższe obciążenia od napięcia cięgien na brzegową konstrukcję otworu okiennego.
- Wymaga zwiększonej sztywności konstrukcji otworu okiennego.
- Konstrukcja jest lekka.
- Zapewnia maksymalną transparentność.
Fot. 10. Ze względu na fakt że w systemie bezramowym Pilkington Planar można mocować tafle o wymiarach maksymalnych 4,8x2,4 m, fasady z delikatnie zarysowanymi podziałami o dużej przejrzystości, sprawiają wrażenie jednorodnych szklanych powierzchni
Fot. 11. Efekt jednorodności i przejrzystości przeszklenia bezramowego osiąga się przede wszystkim dzięki zastosowaniu lekkiej konstrukcji nośnej dla szkła.
W przegrodach mocowanych mechanicznie może byś stosowane zarówno szklenie pojedyncze jak i szyby zespolone:
- Szklenie pojedyncze – to szkło laminowane lub hartowane
Fot. 12. W elewacjach szklanych istotna rolę odgrywają połączenia. Sposób w jaki będziemy mocować tafle szklane determinuje wygląd całej fasady. Im połączenia będą mniejsze tym lepsze będą wrażenia estetyczne. Miniaturyzacja połączeń i konstrukcji wsporczej, z czym mamy do czynienia przy oszkleniu mocowanym punktowo, sprawia że na pierwszy plan wysuwa się szkło.
Szkło hartowane poddawane jest specjalnej obróbce termicznej w celu dostosowania wytrzymałości szkła do obciążeń – zwiększenie wytrzymałości na rozciągania, zwiększenie odporności na szoki termiczne i naprężenia związane z nierównomiernym naświetleniem tafli (część tafli w cieniu a część w słońcu). Szkło hartowane mocowane punktowo powinno mieć grubość co najmniej 10 mm. Zaleca się, aby szkło hartowane przeszło badaniem HST (Heat Soak Test), co znacznie zmniejsza ryzyko samoistnego pęknięcia zamontowanej tafli szklanej.
Szkło wzmocnione termicznie (tzw. półhartowane) , które ma mniejszą wytrzymałość mechaniczną od szkła hartowanego i nie jest szkłem bezpiecznym, ale zachowuje po zbiciu pewną wytrzymałość resztkową – jest stosowane zwykle jako element szkła laminowanego
Szkło laminowane (warstwowe, klejone) jest polecane do szklenia dachów (tzw. overhead glazing). W swoim składzie może mieć różne rodzaje szkła: zwykłe float, wzmocnione termicznie lub hartowane termicznie. W zależności od projektowanych obciążeń dobiera się typ i grubość szkła. Zwykle tafla zewnętrzna ma grubość 10 lub 12 mm, a tafla wewnętrzna 6 lub 4 mm
Fot. 13
W systemie mocowania punktowego mogą być również konstruowane przegrody ze szkłem ognioochronnym (fot. 13).
- Szklenie izolacyjne – to szyby zespolone jednokomorowe (2 tafle szkła) lub dwukomorowe (3 tafle szkła).
W szybach jednokomorowych zewnętrzna tafla nie powinna mieć grubości mniejszej od 10 mm, a wewnętrzna – nie mniejsza niż 6 mm. Szyby są zespalane przy użyciu mas silikonowych, odpornych na promieniowanie UV. W szybach zespolonych stosowanych na przekrycia dachowe, zaleca się aby szyba wewnętrzna była ze szkła laminowanego.
Fot. 14
Dostępne jest też rozwiązanie szyb zespolonych mocowanych punktowo, w którym ciśnienie powietrza na zewnątrz konstrukcji i wewnątrz przeszklenia jest wyrównywane dzięki specjalnym otworom, które pozwalają konstrukcji oddychać. W efekcie szyba ma nieco mniejsze własności termoizolacyjne, ale jest odporna na wahania ciśnienia wewnętrznego (spowodowanego wahaniami temperatury) i dlatego jej zewnętrzna powierzchnia jest zawsze płaska, nawet jeśli użyte zostały tafle o dużych rozmiarach (fot. 14).
Fot. 15
Φ – średnica otworu lub wyfrezowania
e – grubość oszklenia
d1 = 4e jeżeli e ≥ 15 mm
d1 = 6e jeżeli e ≤ 12 mm
d2 ≥ 2e
Zalecenia konstrukcyjne dotyczące rozmieszczenie otworów i obróbki krawędzi szkła – wg UEAtc [5]
- Zaleca się aby odległość otworów od brzegów była zgodna z rysunkiem (fot. 15).
- Zaleca się fazowanie krawędzi szkła pod kątem 45°.
Fot. 16
Projektowanie oszkleń mocowanych mechanicznie
Projektowanie oszkleń mocowanych mechanicznie sprowadza się przede wszystkim do odpowiedniego doboru grubości i wielkości szyb oraz doboru odpowiedniego rodzaju łączników (rotul) i rodzaju konsol (spiderów). Następnie należy zaprojektować konstrukcję wsporczą przegrody.
Przegrody ścienne (pionowe i pochyłe) mocowane mechanicznie powinny spełniać oczywiście analogiczne kryteria, jak lekkie ściany osłonowe aluminiowo-szklane czyli spełniać wymagania dotyczące:
- bezpieczeństwa i funkcjonalności (nośność, sztywność, odporność na uderzenia, bezpieczeństwo pożarowe, bezpieczeństwo użytkowania, odporność na korozję),
- użytkowania (szczelność na wodę i powietrze, izolacyjność cieplna, izolacyjność akustyczna, spełnianie warunków higienicznych, zdrowotnych i ochrony środowiska oraz zapewnienie oszczędzania energii).
W obliczeniach sprawdzających nośność i sztywność elementów uwzględniany jest ciężar elementów oraz obciążenia wynikające z warunków zewnętrznych – czyli parcie i ssanie wiatru oraz ciężar śniegu (w tym wpływ jego długotrwałego zalegania w przypadku ścian pochylonych i przekryć dachowych) (fot. 16).
Rys. 17
Producenci konsoli (pająków) i łączników (rotul) podają dopuszczalne naprężenia, które zdolne są przenosić ich wyroby, co pozwala dobrać właściwy produkt, dostosowany do pracy w projektowanej konstrukcji (fot. 17).
Podstawowym celem obliczeń jest więc określenie nośności i sztywności elementów szklanych, co można przeprowadzić na drodze obliczeniowej lub doświadczalnej.
Przy projektowaniu oszkleń mocowanych mechanicznie, wykonanych z szyb zespolonych, zwykle uwzględnia się tylko szybę zewnętrzną, poddaną bezpośredniemu obciążeniu, nie uwzględniając współpracy wewnętrznej tafli szkła w szybie zespolonej – chociaż prowadzone są badania pozwalające tę współpracę oszacować. W miesięczniku „Świat Szkła” były publikowane artykuły poruszające tą tematykę [6], [7], [8], [9]
Metoda obliczeniowa wg Wytycznych UEAtc [5] podaje sposób postępowania dla oszklenia pojedynczego, ze szkła hartowanego lub ze szkła laminowanego, mocowanego w 4 lub 6 punktach za pomocą łączników przegubowych. Metoda ta pozwala na sprawdzenie ugięć i naprężeń w ½ długości boków elementów szklanych i w ich środku oraz promień krzywizny oszklenia [1].
Metoda obliczeniowa wg MES (metody elementów skończonych) pozwala projektować oszklenia ze szkła pojedynczego i zespolonego, mocowanych za pośrednictwem łączników przegubowych lub utwierdzonych. Szersze omówienie tej metody opisywane było w artykułach publikowanych w miesięczniku Świat Szkła [1], [2], [3].
Robert Sienkiewicz
Literatura:
[1] Artur Piekarczuk, Ściany osłonowe z oszkleniem mocowanym mechanicznie cz. 2, „Świat Szkła” 6/2005.
[2] Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Analiza numeryczna konstrukcji szklanych mocowanych punktowo cz. 1, „Świat Szkła” 4/2009.
[3] Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Analiza numeryczna konstrukcji szklanych mocowanych punktowo cz. 2, „Świat Szkła” 6/2009.
[4] Tomasz Wierzchowski, Silikony w mocowania punktowych i liniowych, „Świat Szkła” 1/2007.
[5 ] UEAtc technical report on the Approval of Structures with Externally-Attached Glazing
(Wytyczne techniczne UEAtc w prawie aprobat technicznych ścian z mocowanymi oszkleniami zewnętrznymi), CSTB 1998.
[6] Artur Piekarczuk, Weryfikacja badawcza numerycznych metod obliczeń szyb zespolonych, „Świat Szkła” 10/2008.
[7] Artur Piekarczuk, Obliczanie ugięć szyb wielkoformatowych, „Świat Szkła” 4/2008
[8] Zbigniew Respondek, Modelowanie obciążeń klimatycznych szyb zespolonych cz. 1, „Świat Szkła” 12/2004.
[9] Zbigniew Respondek, Modelowanie obciążeń klimatycznych szyb zespolonych cz. 2, „Świat Szkła” 1/2005.
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
patrz też:
- Badania mocowania punktowego szkła, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 9/2010
- Oszklenia mocowane punktowo - wymagania, metody badań i oceny , Krzysztof Mateja, Świat Szkła 9/2010
- Szkło mocowane mechanicznie Część 2 , Robert Sienkiewicz, Świat Szkła 5/2010
- Szkło mocowane mechanicznie Część 1 , Robert Sienkiewicz, Świat Szkła 4/2010
- Moc szklanych żeber , Piotr Pęczek, Świat Szkła 5/2010
- Mocowanie punktowe szkła , Świat Szkła 4/2010
- Analiza numeryczna konstrukcji szklanych mocowanych punktowo Cz. 2, Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Świat Szkła 6/2009
- Analiza numeryczna konstrukcji szklanych mocowanych punktowo Cz. 1, Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Świat Szkła 4/2009
- Badanie doświadczalne konstrukcji szklanych mocowanych punktowo, Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Świat Szkła 3/2009
- Łączniki do punktowego mocowania szkła Cz. 3, Zbigniew Czajka, Świat Szkła 3/2009
- Konstrukcje wsporcze fasad szklanych , Jan Gierczak, Świat Szkła 2/2009
- Projektowanie szklanych konstrukcji mocowanych punktowo, Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Świat Szkła 2/2009
- Łączniki do mechanicznego mocowania szklanych elewacji Cz. 2, Zbigniew Czajka, Świat Szkła 2/2009
- Łączniki punktowe w szklanych konstrukcjach, Barbara Szczerbal, Dariusz Włochal, Adam Glema, Tomasz Łodygowski, Świat Szkła 1/2009
- Stosowanie mas uszczelniających do fasad, Szymon Nadzieja, Świat Szkła 9/2008
- Łączniki do mechanicznego mocowania szklanych elewacji Cz. 1, Zbigniew Czajka, Świat Szkła 6/2008
- Specyfika połączeń metalowo-szklanych i metody analizy, Maciej Cwyl, Świat Szkła 4/2008
- Rozwój fasad budynków reprezentacyjnych w oparciu o konstrukcje cięgnowe, Maciej Cwyl, Świat Szkła 2/2008
- Konstrukcje cięgnowe w budownictwie wielkopowierzchniowym, Maciej Cwyl, Świat Szkła 11/2007
- Podstawy projektowania przeszkleń mocowanych punktowo, Marek Czupkiewicz, Świat Szkła 7-8/2007
- Wymagania techniczne i kryteria oceny ścian osłonowych wg PN-EN 13830 Cz.1, Krzysztof Mateja, Świat Szkła 4/2007
- Silikony w mocowania punktowych i liniowych, Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 1/2007
- Modelowanie i analiza połączeń punktowych, Marcin Cwyl, Leszek Kwaśniewski, Wojciech Żurawski, Świat Szkła 10/2006
- Badania punktowych połączeń klejonych w konstrukcjach fasad metalowo-szklanych, Marcin Cwyl, Wojciech Żurawski, Świat Szkła 7-8/2006
- Fasada w "optyce łuskowej" , Świat Szkła 2/2006
- Mocowania punktowe jako takie, Maksymilian Rejman Novaglas , Świat Szkła 12/2005
- Mocowania punktowe – utrzymają wiele, Gerhard Bertsch Langle Glas, Świat Szkła 11/2005
- Delikatne formy budowlane, Franz-Jörg Dall, Świat Szkła 9/2005
- Ściany osłonowe z oszkleniem mocowanym mechanicznie Cz. 2, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 6/2005
- Ściany osłonowe z oszkleniem mocowanym mechanicznie Cz. 1, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 5/2005
- POLIEDRA SKY GLASS fasada z punktowym mocowaniem szkła, METRA, Świat Szkła 3/2005
- Polski rodowód, GLASS-MAL, Świat Szkła 3/2005
- Bezramowe przekrycia i fasady szklane, Jan Gierczyk, Świat Szkła 10/2004
- Sprawdzone narzędzia, GUARDIAN, Świat Szkła 9/2004
- Połączenia w elewacjach szklanych, Jan Gierczak, Świat Szkła 6/2004
- Uwarunkowania techniczne projektowania i realizacji, Marcin Brzezicki, Świat Szkła 6/2004
- KDG w Warszawie, Krzysztof Sznajder, Maria Białoskórska POLRING-GLAS Świat Szkła 5/2004
- Pierwsza wrocławska podwójna fasada, Marcin Brzezicki, Magdalena Baborska-Narożny, Świat Szkła 5/2004
- Oszklenie mocowane mechanicznie – znak czasu, Bartosz Stasieńko Jordahl-Pfeifer, Świat Szkła 4/2004
- SPINIG – punktowe mocowanie szkła, GLASS-MAL, Świat Szkła 4/2004
- Przegrody z oszkleniem mocowanym punktowo, Krzysztof Mateja, Świat Szkła 12/2003
- Kopuła nad BLUE CITY, Jadwiga Wrzesińska , Świat Szkła 12/2003
- STRUCTURA system mocowania punktowego, Glaverbel, Świat Szkła 12/2003
- Planar – nowa śruba, Świat Szkła 12/2002
- Okucia punktowe DORMA, Świat Szkła 7/2002
- Szklane ściany mocowane mechanicznie Cz. 3, Jolanta Lessig, Świat Szkła 4/2002
- Szklane ściany mocowane mechanicznie Cz. 2, Jolanta Lessig, Świat Szkła 2-3/2002
- Szklane ściany mocowane mechanicznie Cz. 1, Jolanta Lessig, Świat Szkła 1/2002
więcej informacji: Świat Szkła 5/2010
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
