Aktualne wydanie

2019 11 okladka

       11/2019

 

User Menu

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

heroal 2018 Banner C50VSZ 750x150 PL mit-Rahmen1 

baner szklo budowlane

 

20190820-BANNIERE-HALIO-750x100-1D-PL

 

wlasna-instrukcja ift--baner do newslet-2019

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

  

budma 2020 - 480x120

 

Glasstec 2014 okiem naukowca i konstruktora
Data dodania: 21.12.14

W dniach 21-24 października 2014 r. w Düsseldorfie odbyły się Międzynarodowe Targi Produkcji i Przetwórstwa Szkła oraz Wyrobów Gotowych „Glasstec”. Ponad tysiąc wystawców z całego świata postawiło na międzynarodową promocję swoich produktów i usług. Zwiedzający mieli możliwość poznania innowacyjnych rozwiązań i systemów, wymiany doświadczeń z ekspertami oraz poznania tajników specjalistycznej wiedzy. Wśród licznych imprez towarzyszących, o których w następnym numerze miesięcznika, w jednej z hal odbyła się wyjątkowo interesująca wystawa „Glass Technology Life”. W artykule przestawiam imponujące prototypy, które miałem okazję zobaczyć i porozmawiać z ich twórcami.

 

 

Prototyp I: szklana kładka 

 

Na początek, konstrukcja znana jako Spannglassbeams, przy której nie można było przejść obojętnie (fot. 1). Eksponat został przygotowany przez grupę naukowców z Instytutu Konstrukcji Budowlanych Uniwersytetu Technicznego w Dreźnie. Konstrukcja może pełnić dwie funkcje: może być kładką, na przykład stanowiącą łącznik między dwoma budynkami, lub można ją wykorzystać jako konstrukcję przekrycia dachowego. Głównym elementami nośnymi 9-metrowej konstrukcji są dwie szklane belki, na których spoczywają szklane płyty wykonane ze szkła klejonego. Belki mają przekrój złożony: między dwiema taflami wykonanymi ze szkła klejonego (2x12 mm, szkło półhartowane TVG), zastosowano stalową linę o średnicy 24 mm (fot. 2). Jej głównym celem jest wprowadzenie do systemu siły sprężającej, która zwiększa jej nośność poprzez redukcję naprężeń rozciągających w dolnych włóknach przekroju belki. Siły sprężające zostają przekazane na belki za pomocą bloków kotwiących na końcach belek (fot. 3). Wprowadzenie kabla sprężającego podnosi jej nośność o ok. 50%. 

 

 

2014 12 7 1

Fot. 1. Szklana konstrukcja kładki

 

 

2014 12 7 2

Fot. 2. Detal kładki

 

 

2014 12 7 3

Fot. 3. Strefa przypodporowa

 

 

Wykorzystanie szkła półhartowanego dodatkowo zwiększa nośność poawaryjną belki – szklane tafle, w których naprężenia rozciągające osiągają wartość wytrzymałości szkła na rozciąganie, nie rozpadają się na drobne fragmenty, jak się to dzieje w przypadku szkła hartowanego, natomiast pękają w postaci większych fragmentów (fot. 4).

 

 

2014 12 7 4

Fot. 4. Sprężona szklana belka w pr.bie czteropunktowego zginania

 

(...)

 

 

Prototyp II: zespolona ściana szklano-drewniana

 

Bardzo ciekawą ideę szklano-drewnianych ścian konstrukcyjnych zaprezentowało konsorcjum Uniwersytetów Technicznych z Drezna, Växjö i Maribor. Rozwiązanie w postaci szklanej tafli wklejanej do drewnianej ramy znane jest od dawna. Jednak w tym przypadku, szkło nie pełni roli jedynie wypełnienia drewnianej ramy, a aktywnie uczestniczy w przenoszeniu obciążeń zewnętrznych. Przenosi obciążenia pionowe (np. z wyższych kondygnacji), ale równocześnie może pełnić funkcję ściany usztywniającej. Dzięki temu można zrezygnować z standardowo stosowanych stalowych stężeń, które zaburzają czystość formy. Takie podejście otwiera nowe możliwości w podejściu do projektowania budynków, ponieważ dzięki przeziernym elementom konstrukcyjnym, możliwe jest wprowadzenie większej ilości naturalnego światła do budynku.

 

W dwukomorowej szybie zespolonej, środkowa tafla o grubości 10 mm pełni funkcję nośną, natomiast zewnętrzne, o grubości 6 mm, tworzą pustkę, która wypełniona gazem szlachetnym pozwala osiągnąć dobre własności izolacyjne i akustyczne (fot. 5). Połączenie między szybą zespoloną i drewnianą ramą zrealizowane jest za pomocą klejów konstrukcyjnych. Spoina klejowa, w przeciwieństwie do łączników mechanicznych, rozkłada obciążenie na większy obszar szkła i nie generuje koncentracji naprężeń, jak to się dzieje wokół otworów na łączniki mechaniczne. Koncentracje naprężeń są niebezpieczne dla szklanych elementów, ponieważ obniżają ich nośność. Wiosną 2014 r. na Uniwersytecie Technicznym w Växjö przeprowadzone zostały badania szklano-drewnianych ścian konstrukcyjnych o wymiarach 1200×2400 mm (fot. 6).W przypadku obciążenia jedynie siłą pionową uzyskano nośność równą 190 kN, natomiast w przypadku stałej siły pionowej o wartości 100 kN, uzyskano maksymalną wartość nośności 45 kN (obciążenie poziome). W badaniach wykorzystano nowoczesny system optycznej niekontaktowej metody pomiaru przemieszczeń markerów naklejonych na konstrukcji. Uzyskane w ten sposób wektory przemieszczeń markerów w przestrzeni pozwoliły przeanalizować mechanizm zniszczenia ścian (fot. 7). W przypadku obciążenia pionowego utrata nośności związana była z wyboczeniem szklanej tafli, natomiast w przypadku obciążenia poziomego − pionowego słupa drewnianej ramy. Naukowcy konsorcjum zajmują się również zespolonymi belkami szklano-drewnianymi.

 

 

2014 12 7 5

Fot. 5. Detal zespolonej ściany szklano-drewnianej

 

 

2014 12 7 6

Fot. 6. Zespolony panel szklano-drewniany na stanowisku badawczym (źródło: glafo.se)

 

 

2014 12 7 7

Fot. 7. Wektory przemieszczeń marker.w panelu szklano-drewnianego poddanego obciążeniu pionowemu (źródło: glafo.se)

 

 

Prototyp III: bioreaktor

 

Kolejne innowacyjne rozwiązanie zaprezentowała międzynarodowa firma COLT z ponad 50-letnim doświadczeniem. Bioreaktor wbudowany w zewnętrzną elewację budynku jest pionierskim rozwiązaniem na świecie. Idea została zaprezentowana podczas Międzynarodowych Targów Budowlanych w Hamburgu w 2013 r. Jeden z budynków został wyposażony w 129 paneli o łącznej powierzchni 200 m2 (fot. 8). System wykorzystuje biomasę mikroalg żyjących w zamkniętym środowisku do produkcji odnawialnej energii, jak również, dzięki wymianie ciepła płynu z otoczeniem, jest wykorzystywany do ogrzewania budynku zimą oraz chłodzenia w okresie letnim. Dodatkowo panele wykorzystywane do zacieniania budynków w okresie silnego nasłonecznienia. Wykorzystane w bioreaktorze algi są znakomitym źródłem biomasy, ponieważ ze względu na duże tempo wzrostu oraz zdolność do szybkiego wiązania dwutlenku węgla. Uzyskana w ich działalności biomasa może być wykorzystywana do produkcji biopaliw płynnych, takich jak biodiesel czy bioetanol. Rozwiązanie może być stosowane w przypadku nowych, jak i modernizacji istniejących budynków. Panele o standardowych wymiarach 0,7x2,5 m mają możliwość obrotu wokół osi pionowej, co pozwala maksymalnie wykorzystać światło słoneczne. Panel składa się z kilku warstw szkła (fot. 9). Dwie wewnętrzne, oddalone od siebie o 18 mm, tworzą szczelny zbiornik o pojemności 24 litrów. Zewnętrzne tafle tworzą standardową szybę zespoloną, której komora wypełniona jest gazem szlachetnym. Do zbiornika, w dolnej części doprowadzone są przewody, które doprowadzają w odpowiednich interwałach czasowych powietrze, wprowadzające algi w ruch, stymulując ich wzrost i podział komórek. Sprawia to, że fasada „żyje”.

 

 

2014 12 8 1

Fot. 8. Pilotażowy projekt budynku wyposażonego w 129 paneli z bioreaktorami w Hamburgu (źródło: Colt International GMBH)

 

 

2014 12 8 2

Fot. 9. Panel z bioreaktorem zaprezentowany podczas targów Glasstec 2014

 

 

Temperatura medium osiąga 40°C i może być bezpośrednio używana do podgrzewania wody użytkowej, jak również magazynowana w specjalnej geotermicznej instalacji. Przeprowadzone badania wydajności systemu wykazały, że wydajność konwersji światła słonecznego w biomasę sięga 10%, natomiast w energię cieplną 38%. Dla porównania, jak podają wystawcy, ogniwa fotowoltaiczne charakteryzują się wydajnością 12-15%, a dachowe systemy solarne 60-65%. Ponadto system z bioreaktorami redukuje emisję dwutlenku węgla z budynku, co pomaga zoptymalizować ogólny bilans CO2 budowli.

 

Prototyp IV: całkowicie przezierny przystanek komunikacyjny

 

Na targach zaprezentowano także wizualizacje oraz fragment pierwszego na świecie całkowicie przeziernego przystanku autobusowego (fot. 10, 11), który pod koniec tego roku zostanie zrealizowany w Kopenhadze. Projekt zdobył wiele prestiżowych nagród, nie tylko za wykorzystanie szkła, ale również za wprowadzenie innowacyjnych rozwiązań i zupełnie nowe podejście do projektowania takiego obiektu. Głównymi elementami nośnymi są wspornikowe, zakrzywione panele ścienne zamocowane w podłożu i usztywnione szklanymi żebrami. Ze względów bezpieczeństwa wszystkie elementy wykonane są ze szkła klejonego. Przed przystankiem zaprojektowano interaktywny, szklany panel w kształcie fali. W warstwę folii zatopiony został wyświetlacz LED, który informuje o rozkładzie jazdy, zbliżającym się przybyciu autobusów oraz na bieżąco wyświetla informacje o aktualnym stanie komunikacji w mieście. Konstrukcja jest samowystarczalna, ponieważ panele ścienne wyposażone są w ogniwa fotowoltaiczne, które zasilają instalację wyświetlacza LED, komputer sterujący oraz urządzenie wi-fi, które pozwala na przesył informacji między przystankiem i centralną siecią komunikacji miejskiej. Z niecierpliwością czekam na realizację.

 

 

2014 12 8 3

Fot. 10. Wizualizacja przystanku autobusowego

 

 

2014 12 8 4

Fot. 11. Zaprezentowany na targach panel

 

 

Prototyp V: szklano-stalowa kratownica o rozpiętości 12 m

 

Uniwersytet Techniczny w Pizie wraz z przedstawicielem przemysłu zaprezentowali imponującą szklano-stalową kratownicę o rozpiętości 12 m (fot. 12). Prototyp jest przykładem przestrzennego ustroju konstrukcyjnego znanego jako tensegrity, w którym układy przestrzenne złożone są ze sztywnych elementów połączonych między sobą za pomocą elementów wiotkich. W tym przypadku sztywne wypełnienia w kształcie trójkątów wykonane ze szkła laminowanego są stabilizowane za pomocą napiętych lin, które zapewniają integralność i stabilność kształtu ustroju (fot. 13). Dzięki sprężeniu lin praktycznie wyeliminowano naprężenia rozciągające w szkle. Ustrój charakteryzuje się ciągliwym zniszczeniem, co oznacza, że pierwsze sygnały o zbliżającym się niebezpieczeństwie (ugięcia o dużej wartości) występują na długo przed całkowitym zniszczeniem. Dodatkowo, przypadkowe lub celowe zniszczenie szklanego wypełnienia (np. akty wandalizmu) nie doprowadza do utraty nośności całej konstrukcji. Autorzy projektu zaprezentowali wizualizacje przykładowych aplikacji konstrukcji (rys. 14).

 

 

2014 12 9 1

Fot. 12. Szklano-stalowa kratownica

 

 

2014 12 9 2

Fot. 13. Detal szklano-drewnianej kratownicy

 

 

2014 12 9 3

Fot. 14. Jedna z aplikacji belki z fot. 12-13

 

 

Prototyp VI: nowatorska metoda kontroli stanu naprężeń w szkle

 

Przedstawiciele Uniwersytetu Technicznego w Stuttgarcie zaprezentowali nowatorską metodę kontroli stanu naprężeń w szkle laminowanym giętym na zimno, które coraz częściej znajduje zastosowanie w przemyśle budowlanym i samochodowym. Technologia gięcia na zimno najczęściej znajduje zastosowanie w aplikacjach, w których jest wymóg gładkiej powierzchni, niewielkiej krzywizny i wysokiej jakości optycznej szyby. Technologia polega na laminowaniu wstępnie wygiętych tafli szkła przy wykorzystaniu folii charakteryzującej się wysoką sztywnością. Wadą takiego rozwiązanie jest stan naprężeń własnych gotowego produktu, który nie występuje w przypadku szklanych tafli giętych przy wysokiej temperaturze. Dlatego bardzo ważne jest kontrolowanie naprężeń od obciążeń zewnętrznych. 

 

Na targach zaprezentowano szklaną płytę o niewielkiej krzywiźnie wykonaną ze szkła giętego na zimno (fot. 15). Wykonano ją z czterech tafli o grubości 6 mm wykonanych ze szkła hartowanego. Do laminowania wykorzystano sztywną folię o grubości 1,52 mm. Przed laminowaniem w warstwie folii została umieszczona siatka 90 sensorów w postaci włókien szklanych o średnicy 0,195 mm. Po procesie laminowania włókna są praktycznie niewidoczne. Sensory razem z przetwornikiem oraz specjalnie opracowanym oprogramowaniem pozwalają na kontrolę naprężeń w szkle w czasie rzeczywistym. Dodatkowo, mapa naprężeń w całym elemencie jest wizualizowana na monitorze komputera wraz z pozycją stojącej na elemencie osoby. Wadą technologii jest wysoki koszt wykonania. Otwiera jednak nowe możliwości związane z prowadzonymi badaniami naukowymi szklanych konstrukcji oraz monitoringiem realizowanych nowych rozwiązań.

 

 

2014 12 9 4

Fot. 15. Szklana tafla wykonana ze szkła klejonego giętego na zimno z wbudowanymi sensorami

 

 

Prototyp VII: największa tafla szkła klejonego jako nośnik nadruku ceramicznego

 

Największy zaprezentowany eksponat, o wymiarach 3,2x14 m, wykonany ze szkła klejonego przez niemieckiego producenta. Choć już same jej wymiary robią ogromne wrażenie, szyba jest tylko tłem dla pokazania nowoczesnych technik nadruku ceramicznego. Wzór przedstawia obraz wygenerowany komputerowo oraz fragment pracy znanego niemieckiego fotografika Hubertusa Hamma. Nadruk charakteryzuje się łagodnymi przejściami między kolejnymi warstwami oraz niespotykaną do tej pory, prawie fotograficzną, jakością.

 

 

2014 12 9 5

Fot. 16. 14-metrowy element ze szkła laminowanego (źródło: messe-duesseldorf.de)

 

 

Prototyp VIII: rzeźba ze szklanej folii

 

Na koniec przykład wykorzystania nowoczesnej technologii w sztuce: rzeźba, w której wykorzystano ultracienkie szklane tafle, choć w tym wypadku można powiedzieć szklane folie, o grubości zaledwie 0,56 mm. Aby zwiększyć ich nośność opracowano specjalną technologię chemicznego hartowania takich elementów. Zazwyczaj tego typu folie stosowane są jako powłoki ochronne ekranów telefonów komórkowych i innych wyświetlaczy. Samonośna konstrukcja, która zachowuje swój kształt dzięki zakrzywionej geometrii odkształca się nawet o 5 cm pod wpływem najsłabszego podmuchu wiatru. Zamontowane w pobliżu wolnoobrotowe wentylatory wprawiają rzeźbę w płynny ruch. Trudno uwierzyć, że z tak kruchego materiału, jakim jest szkło, można taką formę zbudować.

 

 

2014 12 9 6

Fot. 17. Forma wykorzystująca ultracienkie szklane folie

 

 

dr inż. Marcin Kozłowski
Katedra Inżynierii Budowlanej
Politechnika Śląska

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 12/2014

 

 

 

01 chik
01 chik