X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В современном возведении зданий остекление фасадов как в малоэтажном, так и в высотном строительстве занимает главенствующую роль. Оно позволяет придать современный облик любым типам зданий и сооружений(промышленным, гражданским). Изменяя состав стекла различными примесями, можно совершенствовать его физико-механические и эстетические свойства, что позволяет расширить область применения стекла в архитектуре(остекление фасада, оконные и дверные блоки, ограждения, перегородки ,полы, крыши и даже лестницы). С каждым годом число населения в городах растет, а земли под строительство становится все меньше, поэтому возведение высотных зданий становится все более популярным. Витражное остекление эстетично смотрится, дает хорошее естественное освещение для помещений. Но при остеклении зданий с повышенной этажностью может возникнуть ряд проблем, которые необходимо решить архитектору еще на стадии проектирования здания.

В остеклении высотных зданий необходимо учитывать изменение давления с высотой, ветровую нагрузку, климатический фактор региона строительства, разницу температур как внутри здания, так и снаружи для подбора нужного стеклопакета(перепад температур),условия инсоляции(нагрев стекла зимой и летом),которые необходимо решить архитектору еще на стадии проектирования здания.

При эксплуатации стеклопакеты претерпевают различные разрушающие негативные воздействия: ветровая нагрузка ,перепады температур, механические воздействия.

В последнее время популярным становится сплошное остекление фасада здания. С увеличением высоты здания увеличивается площадь остекления, меняются условия его эксплуатации, а также действующие на него нагрузки и воздействия(с увеличением высоты здания ветровое давление увеличивается, температура и атмосферное давление падает). Так, выше 22 этажа должны быть установлены только нераскрывающиеся окна, потому что на такой высоте открытое окно опасно для жизни, возрастает угроза сквозняков и, следовательно, произвольного захлопывания окон. Кроме того, высотные здания испытывают большие ветровые нагрузки, а с учетом конфигурации здания окна могут не только разрушиться, но и будут вырваны ветром.

Однако для того, чтобы стекло могло с успехом применяться в современном строительстве, помимо выполнения своих основных функций оно должно удовлетворять установленным требованиям по целому ряду показателей, таких как:

безопасность;

прочность (стойкость к нагрузкам и воздействиям);

оптические характеристики (коэффициенты пропускания, отражения и поглощения света, солнечной энергии, ультрафиолетового излучения, оптические искажения, цвет);

тепловые характеристики (сопротивление теплопередаче, температура внутренней поверхности остекления, воздухо- и водопроницаемость);

звукоизоляция;

долговечность;

специальные характеристики (в том числе огнестойкость, стойкость к ударам, взрывобезопасность, пулестойкость, стойкость к пробиванию отверстий и др.).

Современные клееные стеклопакеты – это достаточно герметичные конструкции из 2-3-х стекол с осушенным воздухом или благородными газами (инертными газами) в межстекольном пространстве. Но в использовании широкоформатного остекления есть и свои недостатки. Один из них-линзование. Линзование - выгибание стекла в стеклопакете с ту или иную сторону в зависимости от температурных перепадов на улице. Чем толще стекло в таком стеклопакете, тем менее выражено линзование. Неправильное изготовление, транспортировка и установка стеклопакета тоже может повлиять на образование в нем линзы. Зимой воздух нагревается и расширяется, а зимой холодный воздух сжимается внутри стеклопакета. Изза этого изменяется объем стеклопакета и меняется его геометрия: плоское стекло выгибается наружу или вовнутрь.

Проектирование остекления следует производить с учетом архитектурно-планировочных решений здания или сооружения, климатических и геологических особенностей района, в котором предполагается строительство, назначения, расположения, функциональных особенностей и предполагаемых условий эксплуатации здания, сооружения или помещения. Регионы России очень сильно различаются по своим климатическим условиям.

В холодный период года появляются и теплотехнические проблемы. При сближении стекол в центре стеклопакета вполне возможно промерзание с появлением на поверхности внутреннего стекла эллиптического пятна инея. Еще хуже ситуация может стать при наличии между стеклами декоративной раскладки. Стекла при сближении могут надавить на металлический профиль и треснуть. В сильные морозы прогиб стекол может привести к их слипанию в центральной зоне, промерзанию или даже к разрушению стеклопакета.

При многоэтажной застройке проблема линзования стоит еще более остро. При больших перепадах высот на стекло действует различное давление, которое вызывает искажение стеклопакета.

Немаловажен и эстетический вид таких стекол. При искажении, стекло дает и неправильное изображение. Отражения от таких стекол кривые, что значительно портит архитектурно-художественный образ не только самого здания, но и окружающих построек. Наиболее ярко искаженное изображение можно наблюдать на тонированных стеклах.

Рис.1 Бизнес-центр «Купеческий двор»

Рис.2 Бизнес-центр «Риверсайд-Дон».

Бизнес-центр «Риверсайд-Дон» - это 17 этажный, ступенчатый, террасированный бизнес-центр класса А. Фасад выполнен преимущественно из стекла с добавлением отделочных пластиковых панелей. Панорамное остекление ведущих европейских производителей Schuco и Graverbel придает фасаду представительский вид. Форма здания плавная,обтекаемая,что позволяет снизить ветровую нагрузку на фасад. В основе конструкциижелезобетонный каркас. Сплошное остекление достигается за счет крепления стеклопакетов к верхним и нижним перекрытиям пола и потолка(высота этаже достигает 3м).

Рис.3 Кинотеатр «Ростов»

Рис.4 Здание по пер Островского г.Ростов на Дону.

Рис.5 Здание по улице Социалистическая г. Ростов на Дону.

Как можно заметить, в городе очень много остекленных зданий, как больших бизнес-центров, так и малых построек.

С момента герметизации внутренняя нагрузка оказывает давление на стекла и деформирует их. По мере деформаций стекол происходит изменение внутреннего объема[2]. Изменение внутреннего объема связано с внутренним давлением и описывается уравнением Менделеева — Клапейрона:

=const (1)

где Р₀ и Р₁— начальное и конечное давления газа; и V₀ и V₁ —

начальный и конечный объемы газа;

Т₀ и Т₁ — начальная и конечная температуры газа.

Поскольку при изменении объема и давления в данном случае температура изменяется незначительно, то можно считать температуру Т константой. Следовательно, при увеличении внутреннего объема снижается внутреннее давление. То есть наличие деформаций влияет на величину нагрузки. Нагрузка воспринимается одновременно двумя способами. Часть нагрузки воспринимается за счет сопротивления стекол деформациям, а часть компенсируется за счет изменения объема газа при деформациях стекол.

Эффект линзы, невооруженным взглядом начинает проявляться при прогибе стекла 1/350.

Меры для снижения эффекта линзования стеклопакетов:

Использование более толстого стеклопакета (например, «триплекс», толстые закаленные стекла)

Отверстие в стеклопакете для нивелирования давления между внутренними и наружными средами(разгерметизация)

Использование тонкого капилляра для выравнивания давлений

Создание воздушных клапанов в стеклопакете

Чтоб минимизировать эффект линзы сейчас активно используют стеклопакеты с инертными газами, а именно аргоном.

По своим эксплуатационным характеристикам стеклопакеты с аргоном значительно отличаются от обычных стеклопакетов, заполненных сухим воздухом. Они характеризуются повышенными изолирующими свойствами, защищают помещение от ультрафиолетового излучения и имеют улучшенные оптические характеристики. Благодаря наполнению аргоном стеклопакет значительно меньше искажает изображение. Если в стеклопакетах с воздухом иногда возникает эффект линзы, из-за которого изображение за окном может быть неодинаковым при разных температурах, то при установке стеклопакетов с аргоном этого не происходит.

Рис.6 Пример стеклопакета с аргоном

Рассмотрим максимальные площади стеклопакетов (таблица 1) и их ориентировочный вес (таблица 2).

Таблица 1. Максимальная площадь стеклопакета

Стеклопакеты	Максимальная площадь стеклопакета, м2,при толщине стекол:
	4мм	5мм	6мм
Однокамерные	3,6	5	7
Двухкамерные	2,5	3,5	4,5

Таблица 2. Ориентировочная масса стеклопакета

Стеклопакеты	Вес стеклопакета, кг/м2,при толщине стекла, мм
	4мм	5мм	6мм
Однокамерные	21	25,5	30
Двухкамерные	31	37,5	45

При создании стеклопакетов имеющих размеры больше 1000*1400 во избежание образования эффекта линзы при отрицательных температурах рекомендуется использовать стекло толщиной 6мм.

Одной из важнейших характеристик стекла является коэффициент направленного пропускания света. Чем больше значение этого коэффициента, тем большей степенью прозрачности обладает стекло и тем меньше его цветовой оттенок. С увеличением толщины коэффициент направленного пропускания света снижается, и более заметным становится зеленоватый или голубоватый оттенок стекла.

Таблица 3. Коэффициент направленного пропускания света

Толщина стекла, мм	Коэффициент направленного пропускания света
1,0 1,5	0,90
2,0 2,5 3,0	0,89
3,5 4,0 5,0	0,88
6,0	0,87
7,0	0,85
8,0	0,83
10,0	0,81
12,0	0,79
15,0	0,76
19,0	0,72
25,0	0,67

В однокамерном стеклопакете – 2 стекла, следовательно, количество света от общего светового потока, через такую конструкцию будет проходить 80%[4]. Если заменить стеклопакет на двухкамерный, т.е. из трех стекол – света станет меньше на 8%. Такие характеристики, как сопротивление теплопередаче (чем больше, тем окно теплее) и звукоизоляция (чем больше, тем тише) у двухкамерного стеклопакета выше на 27 и 7% соответственно. Поэтому не рекомендуется ставить окна с однокамерными стеклопакетами стандартного исполнения (алюминиевые дистанционные рамки, обычные стекла) в отапливаемые помещения, типа квартир, школьных классов и т.д.

Таким образом, можно сделать вывод, что подбор остекления является важной составляющей проектирования здания. Подобрать остекление необходимо на стадии проектирования, а не на стадии возведения здания.

Неправильный подбор стекол в стеклопакете не только сказывается на эстетике фасадов, но и может привести к травмам находящихся вблизи людей. Однако необходимо отметить, что линзы на фасадах могут возникать и по причине неправильной технологии сборки стеклопакетов.

Несмотря на сложность устройства конструкции многоэтажных зданий, полное фасадное остекление его возможно. Архитектор должен заранее просчитать нагрузку, работать с формой здания, правильно сочетать материалы и использовать современные , инновационные методы остекления фасада.

Таким образом, решая все задачи только в комплексе, архитектор сможет запроектировать прочное, безопасное здание, которое прослужит много лет.

Литература

Чесноков А.Г., Черемхина Е.А., «Проектирование остекления высотных зданий для сложных климатических условий», ОАО «Институт стекла»,

Москва

http://glassinfo.ru/articles/2007_05__proektirovania_osteklenia_visotn_zdani_v_pl ohom_climate.pdf

Плотников А.А., Стратий П.В. Численно-аналитическая методика расчета прогибов стекол герметичного стеклопакета от климатической (внутренней) нагрузки/ А.А. Плотников, П.В. Стратий //ФБГОУ ВПО «МГСУ», Вестник МГСУ .-Москва,2014.С.71-76.

Выбор окон. Стеклопакеты с аргоном [Электронный ресурс].http://vbokna.ru/okna/steklopakety/s-argonom(дата обращения: 19.01.2016)

Сравнение стеклопакетов окна по светопропусканию-режим доступа: http://www.wikipro.ru (дата обращения: 20.01.2016)

О максимальных размерах стеклопакетов-режим доступа:

http://vprofile.ru/education/detail.php?ID=56 (дата обращения: 20.01.2016)

Код для цитирования: Скопировать