Фасадные и кровельные профильные системы

 

Принцип построения и расчетные схемы.

 

   

Несмотря на то, что светопрозрачное заполнение (стеклопакет) занимает основную долю площади светопрозрачной оболочки, её главные несущие функции, связанные с закреплением на каркасе здания, а также архитектурное формообразование целиком определяются возможностями профильной системы. На элементы профильной системы, кроме того, возложены такие принципиально важные функции как стабильность геометрии пространственной оболочки в целом и герметичность стыков элементов — под действием температурных напряжений, климатических воздействий и изменяемых во времени ветровых нагрузок.

 

Таким образом, понятие «профильной системы» играет определяющую роль в современной теории конструирования светопрозрачных фасадов и кровель. Спектр архитектурных, конструктивных и технологических возможностей современных профильных систем настолько широк, что их подробное описание и систематизация может занять несколько больших томов. Соответственно в рамках настоящей работы имеет смысл привести только самую общую классификацию и рассмотреть базовые предпосылки, используемые при построении расчётных схем и в инженерных расчётах.

   

Аналогично любой строительной технологии, базирующейся на принципах индустриального домостроения, под термином «профильная система» понимается определенная номенклатура изделий заводского изготовления, предназначенная для решения специализированных задач. 

   

Разнообразие функциональных и технологических задач, которые могут быть решены при помощи той или иной профильной системы определяются номенклатурой системных профилей и материалом, из которого они изготавливаются. В рамках программы отдельного производителя, системы часто интегрируются между собой применительно к конкретной решаемой задаче.

 

Для изготовления конструкций навесных светопрозрачных фасадов наиболее часто применяются развитые и различные системы из алюминия и его сплавов (в распространённой терминологии называемые «алюминиевыми системами»), реже — системы из стали (для объектов с повышенными требованиями к прочности, огнестойкости и долговечности светопрозрачной оболочки); и комбинированные из клеёной древесины и алюминия — как правило, для элитных объектов невысокой этажности. Определённую конструктивную нишу, ограниченную остеклёнными фасадами небольшой площади и конструкциями ленточного остекления занимают профильные системы из ПВХ.

 

 

 Классификация и архитектурно-композиционные возможности светопрозрачных фасадов.

Технология изготовления конструктивных элементов.

Конструктивные особенности профильных систем для фасадного остекления.

    

Поступательное техническое совершенствование различных профильных систем, которое мы наблюдаем в течение последних пяти десятилетий,  привело практически к единой системе построения , которое мы наблюдаем у многих производителей по всему миру, а также  к сильной степени индустриализации и  унификации многих элементов этой системы. В основе этой системы лежат конструктивные и технологические принципы,  заложенные ещё в начале 60-х годов, которые начали применяться в конструировании навесных стен. На данный момент среди навесных светопрозрачных фасадов мы можем выделить 3 основные группы,  подразделяемые по конструктивному подходу  и технологии возведения. 

    

К 1 группе,  наиболее распространённой, следует отнести стоечно-ригельные системы, предназначенные для  создания пространственной фасадной оболочки, созданной из отдельных стержневых элементов (профилей горизонтальных ригелей и вертикальных стоек), соединяемых между собой под углом. 

   

Ко 2 группе относятся элементные  (или модульные) фасады, которые чаще всего применяют при строительстве высотных зданий и сооружений. В основе таких систем лежит неделимый рамный элемент— панель, чаще всего возводимый на высоту в один или два этажа, изготавливаемый в заводских условиях и в собранном виде доставляемый на стройплощадку. 

   

3-ю группу образуют так называемые спайдерные системы. Она получила распространение сравнительно недавно.  Расчётная схема этой группы исключает опирание стекла или стеклопакета по контуру. На несущих конструкциях таких фасадов закрепление светопрозрачного заполнения осуществляется в нескольких точках при помощи спайдеров, специальных крепёжных элементов, получивших своё название  из английского языка ( spider— паук).

 

 

Основные конструктивные системы современных светопрозрачных фасадов.

Стоечно-ригельная система (сборка фасада из отдельных стержневых  элементов).

 

 

1 — ригель; 2 — стойка; 3 — кронштейн;

4 —деформационный соединитель;

5 — светопрозрачное заполнение;

6 — междуэтажное перекрытие.

 

 

 Основные конструктивные системы современных светопрозрачных фасадов.

 Модульный (элементный) фасад (сборка фасада из рамных элементов заводского изготовления.

 

 

 1 - модуль (элемент); 2  — светопрозрачное заполнение; 3 — непрозрачное заполнение;

 4 — кронштейн; 5 — шпрос (ребро жёсткости)

 

 

 

Конструктивные системы  светопрозрачных современных фасадов.

Спайдерное остекление.

 

 

   

По технологии закрепления светопрозрачного заполнения на элементах профильной системы, стоечно-ригельные и модульные фасады подразделяются на стандартные (с механическим закреплением  стеклопакетов)  и структурные ( с вклеенным стеклопакетом). 

 

Для  изготовления светопрозрачных конструкций системы алюминиевых профилей  принято подразделять на  "холодные», предназначенные для  остекления неотапливаемых помещений: входных тамбуров, витрин, балконов,  лоджий и др., и «тёплые",  с  высокой тепловой  защитой , достаточной для выполнения требований, предъявляемых  при их установке в отапливаемых жилых и административных зданиях.

   

В стандартных стоечно-ригельных системах сетка образующих профильных элементов явно читается на фасаде; она создает определенное членение фасадной плоскости и является важным фактором в формировании общего композиционного и цветового решения .

   

Профильные системы из алюминиевых сплавов для изготовления «тёплых» стандартных стоечно-ригельных фасадов (с механическим закреплением стеклопакетов) образуются так называемыми «профильными системами с терморазрывом», состоящими из внутренней несущей части (основного профиля) и наружных прижимных элементов, за счёт которых осуществляется закрепление стеклопакетов в конструктивной ячейке. Наружная и внутренняя части соединяются термоизолирущей вставкой (в некоторых источниках — «термовставка» или «термомост») из низкотеплопроводного композитного материала. Наличие термовставки позволяет избежать сквозного локального промерзания конструкций по стенкам профиля вследствие высокой теплопроводности алюминия, а также в местах установки крепежных винтов, фиксирующих наружную прижимную планку.

Ширина, геометрическая конфигурация и материал термоизолирущей вставки зависит от фирмы-изготовителя. Выбор типа и материала термоизолирующих вставок определяется заданием на проектирование светопрозрачной оболочки по требованиям тепловой защиты, значениям действующих горизонтальных

нагрузок и долговечности.

   

Форма сечения и материал внешней декоративной планки и внутреннего профиля стойки и ригеля создают не только дополнительные возможности разнообразных решений композиций фасада и интерьеров, но и оказывают влияние на некоторые технические свойства конструкций. Так для получения повышенных теплозащитных показателей применяют пластиковые прижимные планки, а для улучшения показателей взломоустойчивости или огнестойкости — прижимные планки из нержавеющей стали.

   

Заполнение отдельных ячеек (полей), образуемых перекрестными профильными элементами, может быть как светопрозрачным (стеклопакеты или многослойное стекло), так и непрозрачным. Непрозрачные участки с соответствующей декоративной облицовкой (композитный материал типа Alucobond, матированное стекло и др.) включаются в композицию фасада согласно общему архитектурному решению и могут быть утеплёнными или неутеплёнными. При проектировании зданий в климатических условиях России, непрозрачные утеплённые зоны со слоем эффективного утеплителя за декоративной облицовкой обычно располагаются в уровне междуэтажных перекрытий и дополнительно выполняют функцию противопожарных поясов.

   

Для исключения проникновения дождевой или конденсатной влаги в помещение, в конструкциях стоечно-ригельных фасадов предусматривается специальная система водоотвода, характерным отличием которой является вентилирование дренажных каналов и фальцев профильных элементов.

 

  

Конструктивная схема и общий вид стандартного стоечно-ригельного фасада.

 

 

   1 — верхний контурный ригель (примыкание к парапету и кровле); 2 и 4 — основной

вертикальный несущий элемент — стойка; 3 — боковая вертикальная стойка (примыкание

к непрозрачным участкам наружных стен, внешним пилонам и др); 5 — горизонтальный

несущий элемент — ригель; 6 — элемент крепления на междуэтажном перекрытии (кронштейн,

опорная пластина и др.); 7 — заполнение конструктивной ячейки; 8 — нижний контурный ригель.

 

   

Конструктивное решение «тёплых» стоечно-ригельных фасадов с комбинированными алюминиевыми профилями.

 

 

Системы стоечно-ригельных фасадов. Общий вид и сечение по вертикальной стойке.

 

 

1 — уплотнители стекла; 2 — профиль стойки (внутренний несущий профиль); 3 — профиль ригеля (внутренний несущий профиль); 4 — термоизолирущая вставка; 5 — стеклопакет; 6 — наружная декоративная планка; 7 — опорная подкладка под стеклопакет; 8 — прижимная планка.

 

 

Стоечно-ригельные фасады со структурным остеклением позволяют создать специфический архитектурный облик здания за счёт создание сплошной гладкой поверхности остекления с минимально выраженным членением. В отличие от схемы стандартного фасада, элементы стоечно-ригельной системы структурного остекления полностью находятся за плоскостью остекления и незаметны в фасадной композиции.

  

Разновидность такого решения представляют фасады с полуструктурным остеклением, характерной особенностью которых являются видимые рамные элементы крепления с наружной стороны только в вертикальной или только горизонтальной плоскости. Если в стандартном стоечно-ригельном фасаде поля заполнений визуально и конструктивно разделяются декоративными планками, то в структурном и полуструктурном фасаде функцию визуального разделителя выполняет внешний структурный шов.

   

По технологии заполнения различают так называемые «мокрый» и «сухой» структурный шов. Технология «мокрого шва» предполагает заполнение пространства между стеклопакетами специальным атмосферостойким герметиком, устойчивым к УФ (DOW CORNING 791, DOW CORNING 756, DOW CORNING 797, DOW CORNING 795, Sikasil WS-305, Sikasil WS-605 S) обычно чёрного цвета. В технологии «сухого шва» герметизация стеклопакетов производится при помощи резиновых уплотнителей из EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer), т.е. из этилен-пропиленовый каучука различной формы — например, U-образной, вогнутой вовнутрь или выпуклой наружу.

   

В современной практике изготовления светопрозрачных конструкций под термином «структурное остекление» понимаются все конструктивные решения, предполагающие закрепление стеклопакета на рамном или створочном профиле при помощи специального клея на основе силикона, имеющего очень высокие показатели устойчивости к воздействию УФ и адгезии к материалам приклеивания (стекло с одной стороны и алюминий или сталь — с другой).                 

 

  

Принципиальное конструктивное решение и общий вид фасадов со структурным остеклением.

 

 

1 — каркас; 2 — прикленная опорная рама; 3 — структурный клей;

4 — разделительная и поддерживающая лента; 5 — ограничительный шнур;

6 — уплотнение; 7 — дренажное отверстие; 8 — установочный блок;

     

    

Для структурного остекления в европейских странах установлены строжайшие ограничения в области безопасности, предусматривающие жёсткий контроль за соблюдением технологии вклеивания и используемых материалов — недеформируемой рамки стеклопакета, определённого типа герметика, стекла с определённым видом обработки кромок, профиля со специальной анодированной поверхностью. Европейскими нормативами оговаривается, что вклеивание стекла должно производиться строго в заводских условиях специально аттестованным персоналом. Приклеивание осуществляется в соответствии с техническими инструкциями ETA. Технический допуск ETA является неотъемлемой частью рабочей документации, все работы по вклеиванию регламентируются  документом.

   

Изготовитель конструкций структурного остекления обязан соблюдать строгие требования по использованию и подготовке к переработке профилей, предназначенных для вклеивания стеклопакета. Во время перевозки, хранения и переработки профилей необходимо предохранять поверхности от любого рода воздействий, способных привести к снижению адгезии поверхности, на которую будет приклеиваться стеклопакет — механических повреждений (царапин и пр.) и химического воздействия.

    

Приклеивание стеклопакета к анодированной поверхности должно осуществляться в течение 6 месяцев после анодирования  профиля. Важным фактором является дата производства, проставленная на профильной маркировке. Изготовитель конструкций предупреждается об этом сроке. После его истечения профили не могут быть использованы для изготовления конструкций структурного остекления, поскольку за это время происходит потеря адгезионных свойств поверхности.

    

При проектировании зданий с применением фасадных систем стурктурного остекления обязательно учитывается максимально допустимая положительная и отрицательная ветровая нагрузка и допустимый наклон фасада по отношению к горизонту. Обязательными элементами системы, удерживающими заполнение, является клеевой слой, опоры и держатели стекла. При необходимости устанавливаются дополнительные страховочные опоры, обеспечивающие защиту от выпадения разных заполнений при повышенных ветровых нагрузках. Таким образом, основным принципом проектирования структурного остекления является недопустимость передачи нагрузки от собственного веса остекления на несущий клеевой слой.

   

Независимо от технологии закрепления стеклопакета (механическое или структурное вклеивание), в конструктивные ячейки стоечно-ригельного фасада могут быть вставлены открывающиеся окна. Аналогично стандартным стоечно-ригельным системам, по конструктивному решению профильные элементы для открывающихся окон представляют собой комбинированные профили с термовставками. Для повышения теплозащитных качеств оконных профилей, в пространство между термовставками вставляется полиуретановый вкладыш.

 

 

 

   Принципиальное конструктивное решение «тёплых» оконных профилей из алюминиевых сплавов.

  Оконные профильные системы

 

 

  

Все крупные производители профилей для светопрозрачных фасадов, как правило, выделяют оконные конструкции в отдельные системы, которые комбинируются с профильными элементами основного фасада и позволяют реализовать разнообразные конструктивные варианты открывающихся элементов, адаптированных по форме, цвету и типу открывания к общему архитектурно-композиционному и конструктивному решению светопрозрачной оболочки.

   

Современные системы фурнитуры для алюминиевых окон позволяют реализовать различные режимы открывания. С точки зрения новаторства и дизайна можно говорить о фурнитуре различных типов — видимой, накладной или скрытой, т.е. размещенной внутри камер профиля.  Её особенностью является то, что  скрытая  фурнитура имеет высокую степень защищенности от внешних климатических воздействий и, следовательно, —  обладает повышенной долговечностью и надежностью.

    

По типу управления современные системы фурнитуры могут быть классифицированы на 2 вида:  на механическую (ручное управление открыванием-закрыванием окна) и мехатронную, осуществляющую открывание-закрывание окон под управлением централизованных систем автоматики. Обязательным требованием для использования мехатронной фурнитуры в строительных изделиях является наличие у неё запрограммированной функции защиты от защемления.      

 

   

Интеграция открывающихся  окон в стоечно-ригельные фасады. Фасад структурный со встроенным окном. 

   Скрытая механическая оконная фурнитура

 

 

 

 

Таким образом,  в фасадную конструкцию могут быть встроены  окна любых типов открывания:  поворотные, поворотно-откидные, верхнеподвесные, среднеподвесные и т.д. В настоящее время  время наибольшую популярность получили параллельно-отставные окна наружного открывания. При применении в высотных зданиях такая схема дополнительно обеспечивает эффективное восприятие ветровых нагрузок оконной фурнитурой.

    

Возможности формообразования фасадных оболочек (создание угловых секций, величина поворотного угла и др.) определяется ассортиментным набором артикулов профильной системы. Чем более развита в ассортиментном плане и тщательно проработана технологически профильная система, тем большие возможности имеет архитектор, проектирующий светопрозрачные заполнения (оболочки) на её основе. Например, для проектирования сложного в плане (сегментированного)фасада, необходимо использование ригелей и стоек с вариабельными углами (внешним и внутренним углом сегментации).

    

Независимо от технологии закрепления светопрозрачного заполнения (стандартная или структурная), стоечно-ригельного система фасадов позволяет реализовать ни с чем не сравнимую гибкость в архитектурных решениях, удобство в транспортировке и обслуживании, а также высокую степень ремонтопригодности.

  

Вместе с тем, стоечно-ригельные фасады отличаются относительно невысокой степенью заводской готовности. Чаще всего на стройплощадку такой фасад доставляется в виде отдельных профилей, нарезанных по соответствующим размерам. И уже непосредственно на стройплощадке при монтаже ведётся дополнительная подгонка. Для снижения риска ошибки стеклопакеты на такой фасад, как правило, заказываются по окончании полного монтажа профилей, после проведения фактических замеров ячеек и составления исполнительной схемы.

   

Недостатком является то, что монтаж стоечно-ригельных фасадных систем зачастую отличается достаточно большими сроками выполнения работ и часто сопровождается невысоким качеством сборки, приводящим к многочисленным проблемам при эксплуатации. Поскольку монтаж стоечно-ригельной системы и установка заполнений, возможны только снаружи здания (со строительных лесов или вышки), технология его возведения в значительной степени зависима от человеческого фактора (квалификации монтажника), погодных условий и др.

   

Очевидно, что фактор  предсказуемости и надёжности при эксплуатации играет немаловажную роль в современной конструктивной тенденции, наблюдаемой у многих крупных производителей профильных систем, и заключающейся в переходе от поэлементной стоечно-ригельной системы навесной оболочки к большеразмерным рамным элементам (модулям), имеющим 100 % заводскую готовность.

    

Базовой конструктивной единицей (модулем) таких фасадов является неделимый рамный элемент — панель, чаще всего выполняемый на высоту в один или два этажа, полностью изготавливаемый в заводских условиях и доставляемый в собранном виде на стройплощадку. Модуль изготавливается из системных профилей и закрепляется (навешивается) снаружи на выступающие консоли  перекрытий. При необходимости панели могут выполняться высотой на два этажа и закрепляться на перекрытиях по схеме с консольным выпуском. В этом случае стыковка панелей по горизонтали осуществляется в уровне, соответствующем высоте подоконника и под потолком -  в уровне перекрытия.

     

В качестве внутреннего заполнения рамы могут быть использованы стеклопакеты, непрозрачные элементы или их комбинации, а также открывающиеся окна. Стеклопакет в раме модульного фасада может быть закреплен механически при помощи наружных штапиков или быть вклеенным по всему периметру в варианте структурного остекления. Обязательным условием проектирования рамных элементов с различным заполнением является наличие горизонтальных рёбер жёсткости, располагаемых в местах стыковки заполнений в соответствии с архитектурно-композиционным решением.

   

В месте примыкания панелей друг к другу по вертикали образуется так называемая разрезная стойка. Для каждого из примыкающих элементов (полустойки) предусматривается сложная система уплотнений из эластичного резиноподобного материала, компенсирующая температурное расширение рамных элементов и защищающая стык от продувания и проникновения влаги при дожде. Аналогично собственная система уплотнений предусматривается и для горизонтального элемента — рамного ригеля.

   

Модульные фасады, изготовленные в заводских условиях, удобны для выполнения фасадных оболочек большой площади, формируемых однотипными архитектурными модулями с повторяющимся рисунком, особенно в зданиях высокой этажности. За счёт высокой степени индустриализации, модульный (элементный) фасад отличается более высоким итоговым качеством готовой фасадной конструкции, при гораздо более коротких сроках монтажа. Навешивание модулей (т.е. непосредственно поэлементный монтаж) осуществляется изнутри здания, без возведения лесов при помощи стандартных строительных кранов.

   

Модульные фасады представляют собой перспективное технологическое решение. Вместе с тем, на сегодняшний день их применение пока еще ограничено определенными функциональными рамками. В частности, модульный фасад по всем показателям уступает стоечно-ригельному в части архитектурного формообразования.

    

Устройство водоотводов, их конструктивная идеология неприменима в  кровельном остеклении. Серьёзным недостатком модульного фасада является низкая ремонтопригодность. В случае повреждения одного из модулей готового фасада, он не подлежит ремонту. Имеющиеся на сегодняшний день технические решения предусматривают замену испорченных заполнений модуля (стеклопакетов), но не самого модуля.

 

 

   Конструктивное решение профильной системы для элементного фасада.

 

а) фасадная модульная система структурного остекления

 

б) фасадная модульная система с механическим закреплением стеклопакета:

1 - рамный профиль; 2 - стеклопакет; 3 - уплотнитель стекла;

4 - штапик; 5 - термовставка.

 

  

Расчётные схемы стержневых фасадных оболочек.

  Основные критерии инженерных расчётов.

   Выбор сечений профильных элементов

    

При построении расчётных схем стоечно-ригельных фасадов выделяют основные и второстепенные несущие элементы. Под основными понимаются элементы, непосредственно закрепляемые на несущем каркасе, воспринимающие действующие нагрузки в пределах участка между точками крепления и передающие их на несущий каркас здания. Второстепенные элементы, участвуют в формировании пространственной жесткости навесной оболочки и перераспределяют воспринимаемые нагрузки в пределах ответственного участка (конструктивной ячейки) на основные элементы.

   

В подавляющем большинстве случаев в качестве основных рабочих элементов принимаются стойки, закрепляемые на междуэтажных перекрытиях и рассчитываемые по схеме шарнирно-опертой балки на двух опорах в разрезном — при высоте стойки на 1 этаж; или неразрезном варианте — при высоте стойки на 2 этажа.

   

Несущий каркас здания, предназначенный для закрепления светопрозрачного навесного фасада обычно проектируется с перекрытиями, имеющими небольшой консольный выступ за наружную грань колонн или внутренних несущих стен. Это удобно для закрепления несущих кронштейнов на перекрытиях и, соответственно, облегчает монтаж навесной стены.

    

Вертикальное расположение основных элементов стоечно-ригельного фасада эффективно с точки зрения назначения размеров элементов и выбора профиля их сечений. Вертикальные элементы рассчитывают на нормальные (как правило, растягивающие) усилия, действующие вдоль оси стержня и на плоский изгиб. Поскольку вертикальные стоечные элементы имеют малый собственный вес, основное значение имеют изгибающие нагрузки в основном от действия ветра. Сечения основных вертикальных элементов (стоек), таким образом, должны обладать достаточным моментом сопротивления и моментом инерции только в плоскости изгиба. Наиболее хорошо работают профили, имеющие большую конструктивную высоту сечения в плоскости, нормальной к поверхности стены. На этой конструктивной предпосылке базируется ассортимент артикулов всех развитых систем стоечно-ригельных фасадов, имеющих большой ассортимент стоечных профилей с различными моментами инерции в рабочей плоскости для зданий различной этажности, возводимых в различных ветровых районах.

   

При условии вертикального расположения основных элементов, горизонтальные ригели рассчитываются на плоский изгиб под действием собственного веса и веса стеклопакетов или непрозрачных филенок по схеме шарнирной балки на двух опорах. Точки приложения сосредоточенной нагрузки от веса стеклопакета соответствуют местам расположения опорных подкладок под стеклопакет, жестко фиксируемых в ригельном профиле. Таким образом, исключается передача опорных реакций на углы стеклопакета, где имеет место наибольшая концентрация локальных напряжений.

   

Горизонтальный вариант расположения основных элементов, закрепляемых на перекрытиях или вертикальных промежуточных опорах (колоннах или стойках фахверка) применяется в стоечно-ригельных фасадах крайне редко в силу неэффективных условий работы профильных элементов и непредсказуемого распределения напряжений по навесной оболочке. В противовес схеме с вертикальными несущими элементами, где имеет место раздельное восприятие вертикальных и горизонтальных нагрузок, т.е. стойки воспринимают нагрузку от ветра, а ригели от собственного веса стеклопакетов, схема с несущими ригелями предполагает сложное загружение горизонтальных элементов с изгибом в двух плоскостях.

   

Наиболее пригодными к таким условиям загружения являются коробчатые профили квадратного сечения, обладающие примерно равными моментами сопротивления и моментами инерции в обеих плоскостях. В ассортименте производителей системных профилей они, как правило, встречаются в весьма ограниченных артикулах.

   

Определяющую роль в фактической пространственной работе навесной стоечно-ригельной оболочки играют узлы соединения стержневых элементов, учитываемых в расчётных схемах как шарнирные. При изготовлении конструкции технологические размеры ригеля принимаются с учётом температурных зазоров, обеспечивающих его свободную подвижку при температурном расширении. Ригель может быть прикреплён к стойке через винтовой канал или через Т-соединитель. Для обеспечения герметичности соединения, принимающий паз уплотнителя ригеля соединяется внахлёст с принимающим пазом уплотнителя стойки.

   

При проектировании фасадов со структурным остеклением, в расчёте учитывается дополнительная страховочная опора, поддерживающая стеклопакет в нижней точке и в обязательном порядке входящая в состав профильной системы для структурного остекления.

   

Определение проектных размеров элементов структурного остекления в Европе производится на основании документа ETAG 2002 (European Technical Approval for Bonded Glass Constructions). Согласно указанному документу, при размере конструктивной ячейки фасада со структурным остеклением свыше 1,5 x 2,5 м, должны быть обязательно проведены дополнительные прочностных расчётов на действие сочетания ветровой и климатической нагрузок по условию недопустимости разрушения герметизирующего контура стеклопакета и герметика по периметру вклеивания стеклопакета в раму. Дополнительно должна быть учтена несущая способность элементов профильной системы, определяемая на основании принятой расчётной схемы, принцип построения которых описан выше.

   

В существующей практике проектирования стоечно-ригельных фасадов, выбор требуемых прочностных характеристик (моментов инерции) основных и второстепенных профилей (стоек и ригелей), а также комбинаций их артикулов осуществляется на основании так называемого элементного статического расчета, методика выполнения которого определяется соответствующими европейскими и североамериканскими нормативными документами. Основным критерием этого расчета является величина максимально допустимого прогиба вертикальных и горизонтальных профильных элементов.

  

Указанные величины допустимых прогибов принимаются из условия недопустимости избыточной инфильтрации холодного воздуха, вызываемого сквозным продуванием фасада в местах сопряжения элементов (профилей и стеклопакетов). Вместе с тем, по поводу корректной оценки этой величины единого мнения у специалистов не существует. Так, в частности, в европейском нормативе DIN EN 13830 «Навесные фасады» на протяжении длительного периода фигурировала величина допустимого прогиба вертикальной стойки, принимаемого не более 1/200 от расчетного пролета (расстояния между точками крепления), но не превышающего фиксированного значения, равного 15 мм; и величина максимального прогиба горизонтального ригеля не более 1/500 от расчетного пролета, но не превышающего 3 мм. В новой пересмотренной редакции указанного стандарта были введены новые требования к величине допустимого прогиба, приведённые в табл., базирующиеся на спецификациях Центра оконных и фасадных технологий (Centre of Window and Cladding Technology — CWCT), апробированных и подтверждённых результатами испытаний.

 

 

(Табл)

Предельно допустимые прогибы конструктивных элементов

(согласно DIN EN 13830).

 

Рабочая длина пролёта                                                     Предельно допустимый прогиб

         0–3000 мм                                                                                           1/200

      3000–7500 мм                                                                                     мм + 1/300

       >7500 мм                                                                                                1/250

 

  

В высказываниях европейских специалистов по этому поводу справедливо отмечается необходимость ухода прежде всего от фиксированных величин допустимых прогибов, поскольку практика показывает, что при длине пролёта более 3 м, могут возникать прогибы, значительно превышающие значения 3 мм и 15 мм,  и которые в действительности не могут быть профессионально оценены.

   

Вместе с тем, очевидно, что плотность стыковых соединений, прорабатываемых для профильных систем на уровне точной механики, в гораздо большей степени зависит не от прогиба каждого отдельного профильного элемента, а от разницы в прогибах горизонтальных ригелей и вертикальных стоек, имеющих различную схему загружения. В тех случаях, когда моменты и инерции двух соединенных между собой конструктивных элементов и воспринимаемые ими нагрузки сильно отличаются друг от друга, разуплотнение стыков будет неизбежным. Таким образом, при расчете стоечно-ригельных фасадов существует необходимость говорить не только об ограничении допустимых прогибов, но и о согласовании эксплуатационных прогибов отдельных элементов.

   

Как показывает практика, спрогнозировать этот фактор на стадии проведения поэлементного прочностного расчёта для стандартного стоечно-ригельного фасада практически нереально; ровно настолько же в этом случае непредсказуемой будет погрешность, определяемая фактической работой каждого отдельного стержня.

  

Характер восприятия нагрузок рамным элементом модульного фасада принципиально отличен от стержневых элементов стандартного стоечно-ригельного фасада. Однако, в сложившейся практике назначения размеров сечений профилей применяется точно такой же элементный статический расчёт, где в качестве основного элемента принимается вертикальная полустойка. Принципиальным отличием при проектировании модульного фасада является дополнительный расчёт угловых соединений из условия восприятия монтажных нагрузок.

 

    

Условия  пространственной работы основных горизонтальных элементов стоечно-ригельного фасада.

     Сложный изгиб под действием  ветровой нагрузки и собственного веса.

 

    


Основные конструктивные принципы проектирования светопрозрачных кровель.

     Кровельные профильные системы.

 

   

В современных технологических решениях профильных систем из алюминия и стали в отдельную группу выделяются системы и подсистемы для кровельного остекления. Основным конструктивным отличием кровельных систем является принцип водоотвода, разрабатываемый с учётом того, что естественный сток воды затрудняется при уклоне менее 7–10 градусов. Для решения задачи проектирования малоуклонных (плоских) «стеклянных» кровель, в соответствующих профильных системах предусматривается специальная номенклатура уплотнений, стыковочных и герметизирующих деталей, отличная от систем, предназначенных для фасадного остекления.

   

В существующей европейской практике под термином «фасадное остекление» понимаются навесные светопрозрачные оболочки, располагаемые вертикально или под малым положительным или отрицательным углом к горизонту. Наклон наружу считается отрицательным, наклон внутрь здания — положительным. Вертикальным принято считать навесной фасад, расположенный строго вертикально или отклоняющийся от вертикали на угол не более 15 градусов. Эти ограничения фактически определяют границы применимости профильных систем, предназначенных для фасадного остекления. В практической деятельности фасадные системы нередко применяются для изготовления скатных светопрозрачных кровель с большим уклоном, однако уклон кровли менее 10 градусов в данном случае считается критическим.

   

Характерным отличием профильных систем для светопрозрачных кровель, в частности, являются конструктивные элементы, предназначенные для обеспечения водоотвода с поверхности кровли и конденсатной влаги из подкровельного пространства — скошенные под углом прижимные планки, уплотнители с канавками для отвода конденсата, дополнительные герметизирующие лента. При необходимости в конструкцию светопрозрачной кровли, могут быть интегрированы открывающиеся окна.

    

В  отличие от навесных фасадных оболочек, воспринимающих значительные ветровые нагрузки, основную долю статической нагрузки на светопрозрачные кровли составляют собственный вес стеклопакетов, снег и лёд. Эта нагрузка воспринимается опорными профильными элементами — кровельными ригелями (в распространенной практической терминологии — стойками), перераспределяющими её на несущие конструкции покрытия (балки, фермы, структурные пространственные системы).

   

В зависимости от архитектурного решения, кровельные ригели соединяются между собой под прямым или произвольным углом, образуя прямоугольные, трапецевидные или треугольные ячейки, заполняемые стеклопакетами. Таким образом, при малом угле наклона кровли, стеклопакет шарнирно опирается по четырём сторонам.

 

  

    Современные архитектурные решения светопрозрачных кровель.

      Скатные кровли зимних садов с большим уклоном.

 

 

   

 

 

  Современные архитектурные   решения светопрозрачных кровель.

      Малоуклонные (плоские)  для покрытия гражданских зданий.      

     

 

 

Открывающееся  окно в светопрозрачной кровле.

 

 

   

По мере увеличения угла наклона, происходит уменьшение горизонтальной составляющей нагрузки; основное опирание стеклопакета осуществляется внизу, а наиболее нагруженным элементом становится нижний ригель.

  

По сравнению с навесными фасадными оболочками, выбор схемы опирания ригелей и построение общей расчётной схемы светопрозрачного кровельного покрытия, часто является гораздо более сложной задачей в силу жёсткой привязки к существующим несущим конструкциям. В зависимости от их расположения, опорные кровельные ригели могут непосредственно закрепляться на несущих конструкциях покрытия по всей длине (накладные ригели) или опираться в нескольких точках по схеме шарнирной балки аналогично стоечно-ригельным фасадам. В этом случае несущие профильные элементы будут работать как прогоны, укладываемые на несущие конструкции (балки, фермы, структурные пространственные системы).

 

 

     Профильные системы из стали.

   

В настоящее время, наряду с профильными системами из алюминиевых сплавов, все более широкое применение в светопрозрачных фасадах и кровлях находят профильные системы из окрашенной и нержавеющей стали. Благодаря более высоким прочностным характеристикам стали, по сравнению с алюминием, стальные профильные элементы имеют относительно небольшие сечения, в общей композиции фасадной оболочки выглядят зрительно лёгкими и изящными.

  

Сталь прочна и устойчива к механическим повреждениям, имеет гораздо более низкие по сравнению с алюминием коэффициенты теплопроводности и температурного расширения. При применении в большепролётных светопрозрачных кровлях, не возникает опасности электрохимической коррозии и значительных по величине температурных напряжений в светопрозрачной оболочке, вследствие разницы характеристик материалов  несущих конструкций и профильной системы. Важным преимуществом стальных систем является возможность сварки профильных элементов, за счёт чего появляется возможность проектирования расчётных схем на основе жёстких рамных элементов.

  

Все это делает профильные системы из стали привлекательными для проектирования светопрозрачных оболочек, обладающих высокой пространственной жёсткостью, для применения в ответственных сооружениях — на объектах с интенсивным людским потоком, в промышленных сооружениях, школах и больницах, спортивных и развлекательных комплексах, вокзалах и аэропортах.

 

 

Здания со светопрозрачными фасадами и кровлями на основе стальных профильных систем.

Стальная фасадная профильная

 

 

 

 

 

 

Компания "Сибирь" может предложить Вам:

 

 

 

 

Возврат к списку