Czytaj także -

Aktualne wydanie

2021 03 okladka1

Świat Szkła 03/2021

User Menu

 

 ET-160x600-PL-3

 

 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Tagi Globalne

Wydanie Specjalne

okladka Dom inteligentny 22

(w opracowaniu) 

 dom bez barier okladka

gotowy

20200909przeciwpozarowe przegrody budowlane

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

Katalog 2021 okladka

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

konferencja webinarium 2021 

 pl 480x100 AW Banner 201208

 

baner4 abprojekt

SSG - zasady projektowania w świetle PN-EN 13022 i ETAG 002
Data dodania: 04.11.08

Pod pojęciem „szklenie strukturalne” przyjęło się rozumieć technologię mocowanie płyt lub paneli elewacyjnych do konstrukcji budynku, gdzie klej stanowi jedyne spoiwo wiążące. Sama nazwa wywodzi się z początkowego stosowania jej do mocowania tafli szkła do fasady budynku. 

 

Wraz z rozwojem technologii silikonów, pod nazwą „szklenie strukturalne” obecnie może się kryć także klejenie konstrukcyjne takich materiałów elewacyjnych, jak: szkło, anodyzowane lub powlekane aluminium, stal nierdzewna, tytan czy też kamienie naturalne. Klejenie może dotyczyć zarówno pojedynczych paneli jak i zespołów paneli np. szyby zespolone. 

 

    Rozróżnia się pięć podstawowych typów szkleń strukturalnych (podział dotyczy rozwiązań konstrukcyjnych a niestosowanych materiałów):
    1. System dwustronny – charakteryzujący się tym, że dwa boki panelu elewacyjnego są klejone a pozostałe mocowane mechanicznie np. w ramiaku;
    2. System czterostronny – charakteryzuje mocowanie panelu elewacyjnego wyłącznie za pomocą kleju konstrukcyjnego;
    3. System sworzniowy – gdzie pojedyncza lub zespolona szyba jest mocowana za pomocą specjalnego sworznia umieszczonego w wywierconym otworze. Klej w tym wypadku spełnia podwójną rolę – mocowania sworznia w otworze i uszczelnienia. W niektórych systemach z szybą zespoloną tylko wewnętrzna szyba jest wiercona i mocowana poprzez sworzeń a zewnętrzna „wisi” na silikonie (np. system Sadev Batiment);
    4. System sworzniowy klejony – różniący się od poprzedniego tym, że sworznie są przyklejone bezpośrednio do szkła (bez wiercenia otworów), całość jest wyłącznie klejona konstrukcyjnie;
    5. System żeber szklanych – polegający na budowie elewacji z zastosowaniem żeber szklanych będących pionowymi elementami usztywniającymi. Żebra są mocowane mechanicznie do konstrukcji budynku a całość fasady, najczęściej szklanej, jest klejona klejami konstrukcyjnymi do żeber szklanych.



    W powyższym zestawieniu europejskie normy PN-EN13022 oraz ETAG002 obejmują wyłącznie pozycje 1 i 2. Pozostałe pozycje nie mają jak dotychczas żadnego prawnego (co do sposobu obliczania połączeń silikonowych) umocowania.



    Dostawcy systemów fasadowych w swoich rozwiązaniach przyjmują pewne maksymalne dopuszczalne wymiary stosowanych paneli wypełniających. W przypadku szkleń strukturalnych każdy system podaje oprócz maksymalnych wymiarów paneli również wymiary złącza silikonowego, które zapewniają wymagane bezpieczeństwo i trwałość proponowanego rozwiązania.


    Jednakże to na dostawcy silikonów konstrukcyjnych spoczywa odpowiedzialność poprawnego zwymiarowania złącza silikonowego w każdym indywidualnym przypadku. Dlatego też przy każdym projekcie fasady strukturalnej dokonuje się obliczeń wytrzymałościowych, uwzględniających warunki występujące w danym projekcie.



    Zasady obliczeń zostały opracowane przy współpracy producentów silikonów konstrukcyjnych i instytucji certyfikujących przez Grupę Roboczą UEAtc i zawarte w dokumencie Przewodnik Techniczny dla Aprobowania Klejonych Strukturalnie Systemów, stanowiącym wytyczne do obliczeń i certyfikacji systemów i silikonów konstrukcyjnych stosowanych w SSG. Zasady te zawarte w ETAG002 zostały w zasadzie powtórzone w normie EN13022. W niniejszym artykule zmiany zostały zaznaczone na zielono.



    Rozróżnia się dwa podstawowe typy konstrukcyjne, każdy w dwóch odmianach (rys. 1):

 

    TYP I – systemy podparte – gdzie ciężar panelu elewacyjnego przenoszony jest na konstrukcję nośną za pomocą podparć mechanicznych:
- odmiana 1 – zabezpieczona mechanicznie przed wypadnięciem
- odmiana 2 – nie zabezpieczona

 

 

    TYP II – systemy niepodparte – gdzie ciężar własny panelu elewacyjnego jest przenoszony na konstrukcję nośną wyłącznie za pośrednictwem złącza silikonowego:
- odmiana 3 – zabezpieczona mechanicznie przed wypadnięciem
- odmiana 4 – nie zabezpieczona



    W odróżnieniu od ETAG002 nowa norma bliżej opisuje możliwe rozwiązania konstrukcyjne, wprowadzając również klejenie strukturalne na 4 pozycji. Co ważne, w przypadku klejenia na pozycji 4 norma wymaga, by szyba wewnętrzna miała podparcie mechaniczne. Po lewej stronie rozwiązania z podparciem mechanicznym a po prawej bez.



    Przy wymiarowaniu złącza silikonowego bierze się pod uwagę:
- wpływ wiatru – należy uwzględnić parcie, ssanie i wibracje panelu elewacyjnego – dane te winny pochodzić od projektanta i uwzględniać maksymalne parcie wiatru dla danych z okresu minimum 10 lat, uwzględniając usytuowanie i kształt budynku. Dla elementów pochyłych należy podać również obciążenia śniegiem;
- wpływ temperatury – należy uwzględnić rozszerzalność termiczną składowych systemu zarówno w cyklu dobowym jak i rocznym;
- sposób przeniesienia ciężaru własnego panelu elewacyjnego.



Obliczenia dla systemów TYPU I – podpartych
    Bardzo ważnym jest prawidłowe określenie wielkości (długości) klocków nastawczych podpierających panel elewacyjny.

 

 

   Z zasady powinno się stosować dwa klocki nastawcze o grubości minimum 3 mm umieszczone w ¼ , licząc od brzegu, długości podpartej krawędzi panelu, w tym przypadku długość klocków nastawczych określa równanie:

L= S x 25/U

gdzie:
L – długość klocka
S – powierzchnia szkła w m2
U – dopuszczalna siła nacisku na materiał klocka w N/mm2



Obliczanie wielkości złącza silikonowego
Wysokość
złącza oblicza się według wzoru:

h = [ a/2 x W/q ] x 10-6 mm

gdzie:
h – wysokość złącza silikonowego w mm
a – długość krótszego boku panelu w mm
W – parcie wiatru w Pa
q – dopuszczalna elastyczność silikonu w N/mm2



Grubość złącza silikonowego oblicza się według wzoru:

e = Eo/3 x Td/td w mm

gdzie:
e – grubość złącza silikonowego w mm
Eo – moduł sprężystości silikonu dla sił stycznych w N/mm2
Td – maksymalne wydłużenie termiczne w danych warunkach
td – maksymalna dopuszczalna sprężystość silikonu przy dynamicznych siłach ścinających

 

 

Wartość Td oblicza się w zależności, który bok panelu jest podparty z równań:

Gdy b > a (podparcie strony a) to:
Td = [(Tc –Ta) x ac – (To – Ta) x av] x [(a/2)2 + b2]1/2

Gdy b > a ( podparcie strony b ) to:
Td = [(Tc –Ta) x ac – (To – Ta) x av] x [(b/2)2 + a2]1/2

gdzie:
a – szerokość panelu
b – długość panelu
Tc – maksymalna temperatura ramy nośnej – najczęściej przyjmuje się 55oC
To – średnia temperatura otoczenia – najczęściej przyjmuje się 20oC
Tv – maksymalna temperatura panelu (szkła) – najczęściej przyjmuje się 80oC
ac – współczynnik rozszerzalności termicznej materiału ramy
av – współczynnik rozszerzalności termicznej materiału panelu

    W praktyce nie dopuszcza się, by grubość złącza silikonowego była mniejsza niż 6 mm, a stosunek grubości i wysokości mieścił się w przedziale:

3e > h > e

    Z ograniczeniem, że, „h” nie może być większe niż 20 mm dla silikonów jednoskładnikowych, 30 mm dla silikonów dwuskładnikowych oraz 35 mm dla systemów przeciwwybuchowych!



Obliczenia dla systemów TYPU II – nie podpartych
    W tym przypadku przyjmuje się, że cały ciężar panelu jest przenoszony poprzez złącze silikonowe na pionowych krawędziach panelu.



Wysokość złącza oblicza się z zależności:

h = (Rv x a x b x d)/(2 x (a lub b) x ts w mm
(wybór a czy b w zależności która krawędź jest pionowa)
przy zachowaniu warunku:
h = [ a/2 x W/q ] x 10-6 w mm
gdzie:
h – wysokość złącza silikonowego
a – szerokość panelu w mm
b – długość panelu w mm
d – grubość panelu w mm
Rv – gęstość materiału panelu w N/mm3
ts – maksymalna dopuszczalna sprężystość silikonu przy statycznych siłach ścinających w N/mm2
W – parcie wiatru w Pa
q – dopuszczalna elastyczność silikonu w N/mm2

 

 

Grubość złącza silikonowego oblicza się według wzoru:
e = Eo/3 x Td/td w mm

gdzie:
e – grubość złącza silikonowego w mm
Eo – moduł sprężystości silikonu dla sił stycznych w N/mm2
Td – maksymalne wydłużenie termiczne w danych warunkach
td – maksymalna dopuszczalna sprężystość silikonu przy dynamicznych siłach ścinających

 

Wartość Td oblicza się z zależności:
Td = [(Tc –Ta) x ac – (To – Ta) x av] x [(a/2)2 + (b/2)2]1/2

gdzie:
a – szerokość panelu
b – długość panelu
Tc – maksymalna temperatura ramy nośnej – najczęściej przyjmuje się 55oC
To – średnia temperatura otoczenia – najczęściej przyjmuje się 20oC
Tv – maksymalna temperatura panelu (szkła) – najczęściej przyjmuje się 80oC
ac – współczynnik rozszerzalności termicznej materiału ramy
av – współczynnik rozszerzalności termicznej materiału panelu



    Należy przestrzegać by grubość złącza silikonowego nie była mniejsza niż 6mm a stosunek grubości i wysokości mieścił się w przedziale: 3e > h > e.



    Z ograniczeniem, że, „h” nie może być większe niż 20 mm dla silikonów jednoskładnikowych, 30 mm dla silikonów dwuskładnikowych oraz 35 mm dla systemów przeciwwybuchowych!



    W przypadku stosowania szkła, jako paneli elewacyjnych można posługiwać się zarówno pojedynczymi taflami jak i szybami zespolonymi. W tym ostatnim przypadku dopuszcza się wyłącznie zestawy złożone z dwóch tafli szkła.



Przy doborze grubości szkła należy posługiwać się podstawowymi zasadami doboru grubości szkła w zależności od powierzchni przeszklenia i stosunku boków oraz obciążenia wiatrem czy śniegiem:
    W przypadku szyb zespolonych należy określić zarówno ekwiwalentną grubość szkła jak i wielkość uszczelnienia silikonem. Jest to niezwykle istotne by nie przenosić mechanicznie doświadczeń z produkcji typowych szyb zespolonych.



    W przypadku stosowania szkła zespolonego do szkleń strukturalnych obliczenie wysokości uszczelnienia przeprowadza się z zależności:

hs = [a/2 x W/q] x 10-6 w mm

gdy grubość tafli zewnętrznej d1 jest większa od grubości tafli wewnętrznej d2
oraz

hs = [(a x W)/2q] x 10-6 w mm

gdy grubość tafli zewnętrznej d1 jest mniejsza od grubości tafli wewnętrznej d2 oznaczenia jak wyżej.

 

 

    Norma EN13022 wprowadza nieco inny sposób obliczeń w zależności od stosunku grubości szyb w zespoleniu poprzez doprecyzowany współczynnik wg poniższego wzoru:

h = 0,5 x a x W/ β x q

gdzie współczynnik β jest zdefiniowany poniżej:

 

 

    A obciążenia „W” spoiny silikonowej wiatrem, śniegiem i ciężarem własnym szkła winny być obliczane zgodnie z normami: EN 1991-1 część 1 i 3 oraz EN1991-2-4



    Należy podkreślić, że obliczenia dla systemów gdzie szyba zewnętrzna nie ma podparcia mechanicznego obliczenia wysokości uszczelnienia wykonuje się zgodnie z zasadami jak dla klejenia strukturalnego!



    Jako minimalną wysokość uszczelnienia przyjmuje się 6 mm. Grubość złącza określa szerokość zastosowanej ramki dystansowej. Z uwagi na to, że nie stosuje się ramek mniejszych niż 6 mm, to warunek minimalnej grubości uszczelnienia jest spełniony.



    Ponadto norma EN13022 opisuje sposoby podparcia szkła w zależności od rozwiązania konstrukcyjnego oraz określa minimalna grubość pojedynczej szyby, jako 6 mm. Dla szkła monolitycznego klejonego na pozycji 2 w systemach podpartych minimalna grubość klocków podpierających wynosi również 6 mm.



    Obciążenia „W” spoiny silikonowej wiatrem, śniegiem i ciężarem własnym szkła winny być obliczane zgodnie z normami: EN 1991-1 część 1 i 3 oraz EN1991-2-4



    W dalszym ciągu zagadnienia związane z ciśnieniem wewnętrznym szyb zespolonych, w zależności od obciążeń klimatycznych jak i wysokości budynku nie są omówione.



    Jak dotychczas wszelkie obliczenia dla silikonów konstrukcyjnych wykonywane są przez personel producentów szczeliw.



Ostatnio pojawiła się strona internetowa www.glazingexpert.com , która jest swoistym kalkulatorem dla szklenia strukturalnego, bazującym na wymaganiach norm europejskich oraz na przyjętych w przemyśle szklarskim rozwiązaniach wg modelu Feldmaiera i wycofanych norm prEN13474-1 i 2.



Na stronie tej można dokonać obliczeń dla wszystkich opisanych przypadków, jak również sytuacji nie opisanych w normach. Co ciekawe, obliczeń można dokonywać dla silikonów konstrukcyjnych różnych dostawców, jak DOW CORNING, SIKA, TREMCO czy KOMMERLING mających Europejską Aprobatę Techniczną, a tym samym znak CE.

 

Tomasz Wierzchowski
Doradca Techniczny

 

patrz też:

- Wkład technologii silikonowych w zrównoważoną architekturę , A.T. Wolf, Świat Szkła 5/2010

- SSG – zasady projektowania w świetle PN-EN 13022 część I i II oraz ETAG 002 , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 10/2008

- Stosowanie mas uszczelniających do fasad , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 9/2008

- Technologia wklejania szyb do konstrukcji okiennych , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 4/2007

- Silikony w mocowaniach punktowych i liniowych , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 1/2007

- Stosowanie szczeliw silikonowych w szkleniu zabezpieczającym cz. 2 , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 12/2006

- Stosowanie szczeliw silikonowych w szkleniu zabezpieczającym cz. 1 , Szymon Nadzieja, Świat Szkła 11/2006

- Uszczelnianie szklanych konstrukcji z zastosowaniem szkieł samoczyszczących , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 1/2006  

 

inne artykuły tego autora

- Zabezpieczenie szkła architektonicznego na placu budowy, Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 12/2008

- SSG – zasady projektowania w świetle PN-EN 13022 część I i II oraz ETAG 002 , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 10/2008

- Gdy kolor ma znaczenie , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 7-8/2008

- Silikony w mocowaniach punktowych i liniowych , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 1/2007

- Uszczelnianie szklanych konstrukcji z zastosowaniem szkieł samoczyszczących , Tomasz Wierzchowski, Świat Szkła 1/2006

 

więcej informacji: Świat Szkla 10/2008
 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik