Стеклянные конструкции. Несущие конструкции для стеклянных фасадов

 

В современных конструкциях кубатурных объектов все чаще встречаются стеклянные фасады, в которых стеклопакеты имеют фиксированную или линейную опору для несущих конструкций. 

В этих решениях мы находим связи, которые мы редко находим в литературе или в применимых национальных стандартах. Такие соединения включают в себя канатные анкеры, соединения для натяжения стеклянных ребер или соединения стекла с PVB. 

В статье рассматриваются проблемы стальных несущих конструкций, канатных и стеклянных ребер. Он также обсуждает использование некоторых связей в этих структурах. Он занимается проблемами проектирования и реализации стеклянных фасадов. Описанные случаи являются лишь частью проблем, а выбранные случаи, по мнению автора, актуальны с точки зрения конструкции.

Рамка или безрамка?

 Стеклянные фасады можно разделить на два основных типа, то есть фасады, выполненные в каркасной или безрамной системе. В первом случае стеклянная панель крепится к стальным элементам (например, к профилям JANSEN) или к алюминиевым профилям. Тем не менее, в бескаркасных системах структурного остекления стеклянная панель прикреплена к независимой несущей конструкции.

Безрамные стеклянные фасадные системы дают дизайнерам больше свободы в формировании остекленных объемов, чем в каркасных системах. В каркасных системах четкое разделение стеклянных панелей создает впечатление перегородки. Кроме того, видимые пятна и грязь накапливаются на внешней стороне стекла, а профиль — снаружи. Преимущество каркасных систем — определенно более низкая стоимость фасада. Это в основном связано с использованием более тонкого стекла, которое всегда должно быть больше с точечной опорой, чем с линейной опорой.

Следует помнить, что при проектировании каркасных конструкций вес фасада должен опираться на конструкцию верхнего потолка, чтобы используемые профили растягивались. Несоблюдение этого требования приводит к тому, что несущие конструкции сжимаются, а не растягиваются. Стержень сжатия имеет размеры, которые намного больше, чем у натяжного стержня. Это приводит к увеличению ширины профиля. Правильно выбранные профили для крепления несущей конструкции линейно стекла может иметь ширину, например. Для стальных профилей, но не более 50 мм. Этот профиль должен работать как растянутый и изогнутый. Изгиб профиля вызван ветровой нагрузкой. Использование алюминиевых профилей увеличивает размеры конструкции, поскольку у алюминия модуль Юнга в три раза меньше, чем у стали.

Безрамные системы структурного остекления дают дизайнерам большую свободу в формировании остекленных объемов. Суть их заключается в точечном креплении стеклянных панелей к независимой несущей конструкции. Создается впечатление, что перед нами гладкая стеклянная поверхность. Это впечатление усугубляется использованием стеклянных ребер в качестве несущих элементов. Поэтому стеклянные фасады могут иметь различные цвета, принимать любую форму и форму. Важным вопросом при проектировании и реализации этих конструкций является правильный выбор соединений. Эти соединения следует выбирать не только по причинам прочности, но и по эстетике и экономичности используемого соединения. Простота подключения также является важным элементом при выборе строительного решения.

Проблемы на этапе

разработки концепции При разработке концепции всей установки важным вопросом является правильный выбор статических диаграмм и используемой системы. Правильная концепция, выбор схем строительства, снижает затраты на реализацию данного проекта, в частности, для больших фасадов.

Загрузка...
Загрузка...

В зависимости от выбранной фасадной системы, должна быть предусмотрена дополнительная опорная конструкция для переноса нагрузок от собственного веса фасада и от ветра. Это важно при использовании фасадов с подвесной структурой, например, типа JANSEN или алюминиевых профилей, в которых профили подвешены к потолкам. Значительный вес стеклянных панелей переносит значительные вертикальные усилия на верхние этажи потолков. Приняв решение несущей конструкции из веревок или полотен из стекла нужно будет принимать большие осевые силы и ребра жестко закреплены на стекле, в том числе изгибающих моментов.

Правильно подобранная концепция и учет дополнительных сил (со стороны фасада) облегчают проектирование и последующую реализацию задачи. Важным фактором при выборе типа фасадов и стеклянных покрытий является определение стоимости. Стеклянные фасады оказывают существенное влияние на конечную стоимость всей инвестиции. Информирование инвестора о стоимости данного фасада на этапе предварительного проектирования влияет на правильное решение. Практические изменения в системе остекления на более дешевые и более экономичные при выполнении задачи приводят к необходимости адаптации данной конструкции к другой системе. Это включает передачу силы другого типа, и корректировка, адаптирующая конструкцию к новой ситуации, увеличивает ненужные инвестиционные затраты. Чем позже происходит изменение системы, тем выше стоимость.

 Другой проблемой является разделение стеклянных панелей в зависимости от соотношения поверхности к толщине и соотношения поверхности к цене за 1 м 2 . В зависимости от климатической зоны, тип крепежа, правильные размеры стеклянных панелей и их толщина должны быть выбраны для достижения минимальной цены.


Проблемы на стадии подготовки и реализации проекта.

Независимо от используемой системы, правильное разделение стеклянных панелей имеет важное значение. Их размеры и способ поддержки влияют на толщину отдельных стекол. Стоимость всей стеклянной панели зависит от толщины отдельных слоев. Несмотря на конструктивные и экономические условия, размеры стеклянных панелей следует выбирать в основном с точки зрения архитектуры и эстетики.

В каркасных системах конструкция должна учитывать:
— соответствие предельному предельному состоянию,
— соответствие предельному предельному состоянию,
— эстетичность и экономичность решений.

    Эстетичность решения, то есть правильный выбор формы профиля, его относительно небольших размеров, важна, поскольку она влияет на окончательный вид фасада. Разделение стеклянных панелей должно соответствовать производственной мощности, а также учитывать оптимальные размеры панели из-за толщины стекла, что связано с окончательной стоимостью стеклянной панели.

    Жесткие требования к несущей конструкции (L / 500; L / 350; L / 300) означают, что предельное состояние использования часто определяет размеры поперечного сечения стержня, а не предельное состояние несущей способности. В частности, для алюминиевых профилей, у которых модуль Юнга в три раза меньше с модулем продольной упругости стали (E alum << E steel ). Поэтому стальные профили JANSEN популярны и очень конкурентоспособны по сравнению с аналогичными алюминиевыми профилями.
    Наиболее распространенные отказы на объектах, в которых профили использовались для крепления стеклянных панелей, в основном связаны с использованием профилей с меньшим поперечным сечением, чем требуется при расчете статической прочности. Стеклянные фасады теряют свою герметичность из-за сильных ветров и осадков. Автор столкнулся с несколькими такими случаями, в которых использовались поперечные сечения с меньшей жесткостью, чем в результате расчетов, что в результате привело к утечке перегородки.

    В бескаркасных системах, в которых стеклянные панели закреплены точками, несущие конструкции передают более высокие нагрузки на основную конструкцию, чем в каркасных системах. Это особенно относится к несущим конструкциям каната или использованию стеклянных ребер.

   

  На рис. 1 показана несущая конструкция каната кровельного покрытия здания PKO BP SA в Белостоке. Подобные конструкции были сделаны позже в Варшаве (с компанией POLRING).
Конструкция рулевой тяги была разработана. Верхний ремень был спроектирован с помощью веревки диаметром 8 мм, а нижний ремень — с помощью каната диаметром 12 мм. Поперечные скобы были спроектированы с помощью стержней диаметром 6 мм, а стойки — с трубами диаметром 60,3 / 5,0. Стержни решеток, а также диагонали были предварительно сжаты. Кровля в форме параболы имела размеры 8,6х11,55 м. Стальная конструкция была изготовлена ​​из кислотостойкой стали, то есть из хромоникелевой стали. Стальные канаты были закреплены в специально разработанных держателях, а стержни были закреплены в рукавах.

Это решение позволило получить небольшие размеры не только отдельных элементов, но и отдельных узлов. Проектирование представленной конструкции требует знания не только основ строительства, но и знаний механики. Важным элементом реализации объекта является предварительное напряжение конструкции, т. Е. Последовательность сжатия отдельных канатов и стоек, а также метод проверки сжатия.

    Подобные ферменные конструкции могут быть изготовлены для фасадов. Главное с такими структурами — правильное решение геометрии решетки. Поскольку нижний и верхний фланец решетки выполнен из канатов, спроектированная конструкция должна иметь три оси симметрии, то есть в плоскости решетки, вертикальную ось, проходящую через центр решетки, и горизонтальную ось, проходящую через геометрический центр решетки. Распространенные решения для поддержки каната, в которых отсутствие какой-либо оси симметрии вызывает трудности при натяжении каната.

 

Это связано с изменением геометрии решетки при натяжении канатов. В решетчато-канатных конструкциях, в которых также имеются диагонали кабеля, важен порядок натяжения канатов. Важно закрепить канат, сделать соответствующие нити (трапецеидальные нити рекомендуется для ручного натяжения) и соединения между канатом и стойкой решетки. Последнее соединение должно быть выполнено таким образом, чтобы при сборке обеспечивалось перемещение каната. Только после натяжения канатов следует обеспечить полную фиксацию ремня в стойке.

    Габаритные размеры опорной конструкции, в частности канатных баров имеют важное значение из-за их формы зависит от размера сил, передаваемых к структуре. Прежде всего важна высота решетки, поскольку от нее зависит величина сил, передаваемых основной конструкции. Вертикальное смещение также зависит от высоты решетки. Чем выше решетка, тем меньше эти смещения. Рекомендуемая высота решетки находится в диапазоне L / 6-L / 8 (L — длина решетки).
    Материалами, используемыми для изготовления опорных конструкций, обычно являются хромоникелевые стали, относящиеся к аустеническим сталям. Эти стали должны иметь минимум 17% хрома. Сталь разных марок, используемая в конструкции, должна быть разделена изоляционными материалами из-за разности электрических потенциалов различных стальных компонентов (разность потенциалов приводит к коррозии).

    Правильный выбор канатов в несущих конструкциях важен и оказывает существенное влияние на работу несущих конструкций фасада. Этот выбор зависит не только от выполнения условий нагрузок и предельных состояний обслуживания, но и от условий строительства. Помимо прочего, выбор каната зависит от способа крепления.

По сути, мы делим канаты на три основных типа:
— открытые, скрученные, изготовленные из нержавеющей стали,
— открытые, скрученные, оцинкованные,
— полностью закрытые.

    Открытые крученые канаты из нержавеющей стали обычно изготавливаются из стали, аналогичной параметрам стали Х17Н14М2. Здесь следует упомянуть, что ассортимент хромоникелевых сталей в западных странах определенно больше, чем в нашей стране, отсюда и отсутствие польских эквивалентов маркировки. Открытые витые веревки состоят из отдельных витых проводов. Недостатком этих канатов является низкий модуль Юнга и необходимость закрепления за счет использования наперстков. Кроме того, открытые канаты из нержавеющей стали не устойчивы к воздействию хлоридов.

По этим причинам мы используем полностью закрытые канаты в стеклянных конструкциях. Эти веревки имеют высокий модуль Юнга (около 175 ГПа). Важным преимуществом этих канатов является их высокая прочность при воздействии сил, действующих на поверхность каната. Это преимущество позволяет использовать зажимы и держатели с относительно небольшими размерами на канатах.

Кроме того, сочетание толстой закрывающей проволоки и внутреннего наполнения обеспечивает хорошую защиту от коррозии. Правильный выбор стали для зажимов и держателей также очень важен, особенно с закрытыми канатами из хромоникелевой стали (разница в электрохимическом потенциале должна быть как можно меньше, чтобы не образовывалось звено).
На рис. 2 показано крепление замкнутого каната из хромоникелевой стали по авторскому проекту на объекте TVN в Варшаве. В рукаве закреплена веревка диаметром 8 мм.
    При выборе решения должны быть определены следующие размеры:
— длина крепления каната,
— внутренний и внешний диаметр муфты (внешний диаметр не должен быть слишком большим),
— установите резьбу на регулировочный винт, в зависимости от того, как натягивается веревка,
— установите длину резьбы на регулировочном винте. (с учетом всех отклонений от конструкции, которые могут возникнуть при реализации объекта),
— определить диаметр штифта и толщину листового металла, к которому прикреплена гильза,
— определить внешний диаметр гильзы.

    Все размеры анкеровки должны быть выбраны в соответствии с силой разрыва каната, чтобы после разрыва каната все спроектированные анкеры были разрушены. Поскольку эти анкеры имеют решающее значение в решениях всей конструкции, предлагается выполнить лабораторный тест для проверки несущей способности данного соединения. В представленной анкеровке были проведены неразрушающие испытания (после затягивания каната) до силы 50 кН (разрывное усилие каната составляло 60 кН), проверяя правильность выполнения анкеровки каната. Во время крепления канатов постулируется каждый раз проверять соединение, вводя определенное растягивающее усилие в мастерской или на строительной площадке.

При проектировании канатных конструкций и их креплений необходимо:
— выбрать как можно меньший диаметр канатов, чтобы передаваемые силы на конструкцию были небольшими,
— конструкционная система должна быть подобрана таким образом, чтобы обеспечить одинаковую работу проектируемых соединений,
— размеры всей крепежа должны быть сведены к минимуму, чтобы все конструкция выглядела эстетично и легко.

Пленки ПВБ в ламинированных шахтах

    Правильный выбор толщины стекла влияет не только на безопасность конструкции, но и на стоимость всего фасада. Разница в цене в зависимости от толщины стекла значительна, а его грамотный выбор очень важен. Мы не всегда можем использовать отдельные листы из-за их ограниченной толщины (максимальная толщина листа составляет 19-25 мм). Тогда мы должны использовать панели, соединенные с фольгой PVB. Соображения безопасности также требуют использования многослойного стекла. Многослойное стекло состоит из двух или более слоев стеклянных панелей, соединенных вместе всей поверхностью с помощью смол или PVB (поливинилбутиральной) пленки.
Многослойное безопасное стекло в основном изготавливается из ПВБ. Стеклянный ламинат получают в автоклавном процессе при температуре около 140 ° С и прессуют при давлении около 10 атмосфер (1 МПа). До настоящего времени размеры многослойного стекла не учитывали эффект склеивания с помощью фольги, и предполагалась возможность свободного скольжения стекла относительно стекла (этот подход, среди прочего, предусмотрен в немецком стандарте DIN).

В этом случае вся нагрузка на многослойное стекло делится по весу в зависимости от жесткости каждого стекла. Недавние исследования показывают, что композитные слои, несмотря на растяжение и ползучесть, показывают заметные свойства связывания. В работе [1] представлены напряжения и прогибы в зависимости от модуля упругости фольги для стеклопакета размером 1500х2000 мм, сочлененного по краям и нагруженного на поверхности. Диаграмма не включает реологические влияния, то есть влияние времени.
    На рис. 3 показано, что при относительно небольших значениях модуля формальной упругости прогиб пластины значительно уменьшается. Для более высоких значений модуля упругости формальной фольги можно говорить о полном анастомозе. В ходе лабораторных испытаний, проведенных в зарубежных центрах, было установлено, что даже низкая жесткость пленки оказывает существенное влияние на деформацию слоистых листов и распределение напряжений. Приведенные исследования показывают значительное влияние температуры на несущую способность многослойного стекла. При низких температурах стекло полностью расплавляется. При более высоких температурах, выше 23 o C, с ростом температуры величина напряжения сдвига, передаваемого пленками, уменьшается.

По этой причине сотрудничество в области кино следует рассматривать по-разному в северных (например, в Швеции) и южных (например, в Греции) странах. Кратковременные нагрузки также способны нести гораздо больше, чем долговременные. Это важно при выборе толщины многослойного стекла, нагруженного ветром, нагрузка которого классифицируется как кратковременная нагрузка. Методы определения размеров многослойного стекла можно найти в публикации [2, 3], в которой представлен вязкоупругий метод расчетов с использованием реологического метода и с учетом нелинейного поведения материала при загрузке и разгрузке.

    Проводимые в настоящее время исследования в зарубежных центрах позволяют нам найти значительные резервы несущей способности стеклопакетов с помощью ПВБ. В таблице 1 представлены расчеты для стеклянных сэндвич-панелей толщиной 2×6 мм, размерами 1300×1300 мм и шарнирно закрепленных опор. Из таблицы видно, что для рассматриваемой стеклянной пластины напряжения и прогибы без учета анастомоза соответственно на 54% и 114% выше, чем те, которые получены в результате испытаний.

Таблица 1 содержит расчеты, выполненные с использованием программы «MEPLA», в зависимости от жесткости пленки. Эта программа была разработана в Ахенском техническом университете для расчета композитных сэндвич-панелей. Современные зарубежные стандарты для определения размеров многослойного стекла не включают в себя сотрудничество пленок. Исследования подтверждают необходимость перевода положительных результатов в стандартные схемы, чтобы при выборе толщины стекла можно было с уверенностью учитывать резервы нагрузки, создаваемые ламинированием.

Вытягивание стеклянных ребер

    Другим важным соединением, часто встречающимся в стеклянных конструкциях, является соединение стеклянных ребер между собой с помощью предварительно напряженных болтов через стальные листы. Стальные листы чаще всего изготавливаются из хромоникелевой стали. На рис. 4 показана идея вытягивания стеклянных ребер.
Соединение должно соответствовать следующим требованиям:
— накладные листы должны быть гладкими и равномерно прилегающими к стеклу,
— между листом и ребром должна быть изолирующая прокладка с хорошей прочностью, эта прокладка не должна быть повреждена во время сжатия (например, сделана из пластика с хорошей параметры прочности, так называемые HIPS),
— изоляционные гильзы должны быть размещены в отверстиях, где будут установлены компрессионные болты , —
хромоникелевые листы должны передавать изгибающий момент (изготовленный из аустенической стали с хорошими параметрами прочности),
— болты должны быть натянуты в порядке, указанном в таблице 2, и это сжатие следует разделить на несколько этапов.
    В таблице 2 мы отмечаем, что затягивание болтов при вытягивании ребер всегда должно производиться с помощью винтов, расположенных в середине пролета. Здесь важен порядок, поскольку натяжение болтов не должно создавать растягивающее усилие в стеклянном ребре, поскольку стекло имеет низкую прочность на растяжение.


Примеры крепления на веревке

В настоящее время на рынке существует множество систем крепления на веревке. Эти системы хорошо отточены. Значения грузоподъемности отдельных соединений указаны, поэтому их легко использовать. Недостатком разработанных систем является прежде всего цена единицы товара, которая для более крупных фасадов составляет довольно большой процент при реализации такой конструкции.

Альтернативой может быть создание индивидуальных соединений, адаптированных к вашим решениям. Индивидуальные и сделанные решения в польских мастерских в несколько раз дешевле готовых систем. Кроме того, вы можете проверить продукт в национальных исследовательских центрах. Дополнительным преимуществом таких решений является использование нержавеющих сталей любого химического состава.В то время как системные решения обычно основаны на двух марках нержавеющей стали. Это ограничение, потому что правильный выбор аустенической нержавеющей стали должен зависеть от среды, в которой будет работать конструкция.

     Подводя итог, можно сказать, что использование индивидуальных решений для крепления канатов (см. Рис. 1) значительно снижает затраты на внедрение. Недостатком отдельных решений является повышенная нагрузка на конструктора, который должен детально разработать все соединения анкеровки, резьбовых соединений и т. Д. Пример анкеровки каната с возможностью регулировки силы натяжения показан на рис. 5.

 

    Основываясь на многолетнем опыте проектирования и строительства стеклянных фасадов и проведенной экспертизе фасадов и остекления, мы можем сделать вывод:
    1. Важнейшим этапом проектирования и строительства стеклянных фасадов и покрытий является концептуальный этап и правильный метод оценки стоимости проекта. Включая подготовку подходящей конструкции для переноса нагрузок с фасадов, например, крепления канатов или веса навесных фасадов.
    2. Простота конструктивных решений, простые статические диаграммы (в основном для канатных конструкций) важны, потому что задача легче для сборочных бригад.
    3. Сложные статические диаграммы, в частности статические диаграммы, в которых отсутствие одного элемента делает систему нестабильной, относятся к схеме повышенного риска отказов и не должны использоваться.
    4. Не следует использовать системы неопределенной конструкции с канатами без трех осей симметрии (объяснение в пункте 3).
    5. Собственные анкерные системы значительно снижают затраты на реализацию стеклянных покрытий и фасадов.

Загрузка...
2017. Все права защищены. Сайт создан - nevada232@mail.ru