Czytaj także -

Aktualne wydanie

2019 07 okladka

 

       7-8/2019

 

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

 LiSEC SS Konfig 480x120

  

VITRUM Swiat Szkla Web

 

ift 480x105px RFT19 engl 

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Miejsce nauki w inżynierii szkła i konstrukcji szklanych Część 2
Data dodania: 29.01.11

Temat szkła w konstrukcjach budowlanych poruszył autor ogólnie, z podkreśleniem najważniejszego jego atrybutu – transparentności – w pracy Inżynieryjne problemy transparentności konstrukcji budowlanych, opublikowanej w „Świecie Szkła” 11/2010 [1]. Natomiast podstawy odpowiedniej analizy naukowej zapoczątkowano niedawno w pierwszej części artykułu Miejsce nauki w inżynierii szkła i konstrukcji szklanych [2]. Niniejsza publikacja jest jego kontynuacją. Omawiane tu pozycje bibliografii [2.4], [2.5] i [2.6] wyszczególnione są w tymże artykule [2].

[2.4] Rozważono tu sprawy gięcia szkła laminowanego i związanych z tym nowych możliwości w projektowaniu. Szkło takie można giąć na budowie w zwykłej temperaturze, dopasowując jego tafle do zadanej krzywizny powierzchni konstrukcji i ich miejsc zamocowania. Tafle te składają się z warstw szkła hartowanego, powiązanych wzajemnie folią z PVB (poli-winylo-butyralu). Izolacja cieplna tych laminowanych tafli ze szkła hartowanego jest podobna do tej dla tafli ze szkła zwykłego. Lepszą izolację otrzymuje się poprzez podwojenie tafli laminowanych z pozostawieniem między nimi wolnej przestrzeni.

Mechanizm pracy takiego szkła przy gięciu polega na tym, że powstałe w wyniku technologii produkcji powierzchniowe naprężenia ściskające (por. [2], rys. 1) rosną po stronie wklęsłej nadal i maleją po stronie wypukłej – nie osiągając tam jednak rozciągania. Im cieńsza jest pojedyncza tafla, tym mniejszy może być promień krzywizny. Folia PVB zalegająca w szkle ma tę właściwość, że łączy jego warstwy na stałe, lecz umożliwia też ich wzajemny przesuw. To właśnie ma istotne znaczenie w pracy szkła laminowanego (rys. 1).

Rys. 1. Naprężenia dodatkowe przy zginaniu szkła laminowanego (bez nałożenia na rodzimy stan naprężeń) – bez poślizgu (na lewo) i z poślizgiem w folii (na prawo) [wg [2]-[2.4]]

Tafle szkła laminowanego produkowane są typowo do wymiarów 4,5x2,5 m. Przykładowy promień gięcia wynosi 3 m dla tafli o długości równej 2 m i szerokości – 1 m. Tafle takie wygodniejsze są w transporcie, gdyż mogą być dostarczone na budowę jako płaskie.

Laminowane szkło gięte na zimno zastosowano po raz pierwszy w 1997 r. w konstrukcji wiaty peronowej na stacji Hertogenbosch (rys. 2). Innym przykładem użycia tego szkła może być przykrycie centralnego dworca autobusowego w Amsterdamie (rys. 3).

Dach tego dworca ma długość równą 360 m, przy rozpiętościach, rozstawionych co 12,5 m stalowych łuków, wynoszących 65 m. Łuki połączone są płatwiami co 3 m. Zastosowane tu tafle są 3 m długie i 1,1 m szerokie.

Rys. 2. Wiata peronowa w Hertogenbosch, Holandia [wg [2]-[2.4]]

Rys. 3. Dach dworca autobusowego w Amsterdamie – etap projektowania [wg [2]-[2.4]]  

[2.5] Tematem są tu sposoby łączenia oddzielnych elementów szklanych, uwzględniając nowoczesne, eleganckie i elastyczne połączenia śrubowe, a także klejone i wynikłe wskutek topnienia szkła.

Obecna wiedza w dziedzinie konstrukcyjnego zastosowania szkła dotyczy już całych belek, płyt, ścian i słupów szklanych, obciążonych oddziaływaniem stałym, ruchomym, wiatru, a nawet – udarowym, wywołanym np. pociskami.

Właściwe tu ograniczenia wymiarowe, z tytułu technologii produkcji, magazynowania i transportu, wynoszą 3,20x6,00 m.

Znaczy to, że w budownictwie, w przypadku większych rozpiętości aniżeli 6 m, trzeba stosować konstrukcyjne styki.

Klasyczny sposób łączenia „na styk” tafli ze szkła odbywa się poprzez ich obustronne, odcinkowe pokrycie stalowymi przykładkami i wzajemny docisk śrubami. Między szkłem i stalą umieszcza się elastyczny materiał, najczęściej neopren (kauczuk syntetyczny).

Otwory połączenia przygotowane są w szkle i stali już wcześniej, przy czym średnice otworów w szkle są większe od tych w stali, aby uniknąć nacisku trzpienia śruby na czułe szkło. Dokręcenie nakrętek zapewnia optymalny docisk wzajemny obu tych materiałów – z wywołaniem potrzebnych sił wzajemnego tarcia. Takie połączenie ma tę niedogodność, że zaburza transparentny charakter całej konstrukcji (rys. 4).

Rys. 4. Klasyczny styk szklanych płyt za pomocą przykładek stalowych [wg [2]-[2.5]]

Ogólnie, każde połączenie powinno przenosić trzy typy sił: osiowe – ściskanie lub rozciąganie, momenty zginające z obszarami ściskania i rozciągania przekroju oraz siły tnące prostopadłe do osi łączonych elementów. Takie połączenie tworzy tzw. węzeł konstrukcyjny. Osiowe ściskanie można przenieść dość prosto wzajemnym dociskiem elementów szklanych poprzez elastyczne medium.

Przeniesienie osiowego rozciągania jest trudniejsze, ponieważ wymaga dokładnej osiowości połączenia, z eliminacją dodatkowego zginania. Do tego ideału można dobrze się zbliżyć, nawiercając w obu szklanych elementach dość duże pojedyncze otwory i wypełniając je plastycznymi „korkami”, przez które – i przez obustronne wąskie przykładki stalowe – przechodzą następnie trzpienie śrub. Wywołuje to na styku „korków” i szkła dość równomierne ściskanie, ale też znaczne koncentracje naprężeń w łączonym szkle (rys. 5).

Rys. 5. Naprężenia w szklanych elementach styku osiowego rozciągania [wg [2]-[2.5]]

Podobne połączenia, odpowiednio uzupełnione, możliwe są też dla przeniesienia zginania i ścinania. Opisane połączenia znalazły już swoje zastosowania w praktyce, ale są krytykowane.

Najlepszym połączeniem dwóch elementów jest takie, które zapewnia im pełną integralność. W dziedzinie szkła jego klejenie jest najbardziej obiecujące. Najczęściej stosuje się tu klej UV, epoksydowy i silikonowy. Oba pierwsze są klejami mocnymi i sztywnymi.

Klej silikonowy jest słabszy i dość podatny, co jednak jest niekiedy właśnie pożądane. Połączenia klejone mogą być swym kształtem i ideą zbliżone do spawanych w stali (rys. 6) lub drewnie (rys. 7).

Rys. 6. Połączenia szkła typu „spawanego” [wg [2]-[2.5]]

Rys. 7. Połączenie szkła typu „ciesielskiego” [wg [2]-[2.5]]

Wykonane naroże szklanej ramy pokazane jest na rys. 8. Wydaje się, że przyszłościowym łączeniem szkła będzie roztapianie połączeń w węzłach i ich powtórne schładzanie do zwykłej temperatury. Badania są w toku.

Rys. 8. Naroże szklanej ramy [wg [2]-[2.5]] 

[2.6] Przeanalizowano tu połączenia wysokiej wytrzymałości elementów ze szkła hartowanego.

Przykładowo, problem ten pojawia się w szklanych belkach dużych rozpiętości (rys. 9) i zawieszonych kurtynach; połączenia są tu sworzniowe. W tych warunkach dąży się do wyznaczenia nośności konstrukcji szklanych w budynkach. Przyjęte tutaj rozwiązania nawiązują do tych odpowiednich dla szklanych fasad.

Rys. 9. Szklane belki przekrycia laboratorium Muzeum w Louvre w Paryżu [wg [2]-[2.6]]

W obliczeniach stosuje się metodę elementów skończonych właściwą przy modelowaniu naprężeń rezydualnych – wynikających z procesu produkcji szkła hartowanego. Inny model stosuje się dla określenia termiczno-mechanicznego zachowania się szkła.

W drugim etapie obliczeń bada się naprężenia powstające wskutek działania w połączeniu metalowego sworznia (rys. 10). Numerycznie wyznaczone naprężenia zweryfikowano doświadczalnie, bliższego porównania jednakże brak. Nałożenie obu ww. stanów naprężeń prowadzi do ustalenia kryteriów wymiarowania tych konstrukcji.

Rys.10. Punktowe przyłącze tafli szklanej do metalowego użebrowania [wg [2]-[2.6]]

Wskutek działania różnych, ciągle jeszcze nie rozpoznanych dostatecznie czynników, wiedza w zakresie długotrwałego zachowania się szkła jest dość uboga. Dlatego, stosowany we Francji globalny współczynnik bezpieczeństwa przyjmuje się równy 7. Przy budowaniu konstrukcji ze szkła wymagane są też doświadczenia w pełnej skali wymiarów elementów konstrukcyjnych.

Wspomniany współczynnik wynika z wartości równej 3,5 dla materiałów kruchych (niepewności w obszarze materiału i obciążenia), pomnożonej przez 2, co łączy się z obniżaniem się wytrzymałości szkła w czasie 50 lat użytkowania konstrukcji.

Projektując szklane konstrukcje trzeba mieć na uwadze znacznie różniące się stany naprężeń w samych elementach i w obszarach ich połączeń. W zastosowanej w obliczeniach metodzie elementów skończonych konieczne było modelowanie trójwymiarowe – z uwzględnieniem zjawisk reologicznych w materiale.

Zwykle ustala się mechaniczne zachowanie się szkła i historię cieplną całej płyty w procesie hartowania szkła. Wszystkie te sprawy są bardzo skomplikowane, wieloparametrowe – w szczególności co się tyczy przewodnictwa ciepła i naprężeń rezydualnych procesu produkcji szkła.

Do tego dochodzi jeszcze niełatwa analiza działania metalowych łączników tafli szklanych do sieci metalowego rusztu prętów lub cięgien.

W krótkim omówieniu tych spraw nie sposób głębiej w nie wnikać. Ważna powinna być tu świadomość, że one istnieją i mocno wpływają na rzeczywistą nośność szklanych konstrukcji. Odnośnie szczegółów autor odsyła więc Czytelników do całości omawianego artykułu [2.6].

cdn.
prof. Zbigniew Cywiński
Politechnika Gdańska

Bibliografia
[1] Cywiński Z.: Inżynieryjne problemy transparentności konstrukcji budowlanych, „Świat Szkła” 11/2010.
[2] Cywiński Z.: Miejsce nauki w inżynierii szkła i konstrukcji szklanych. Część 1 , „Świat Szkła” 12/2010.

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym

inne artykuły tego autora:

- Miejsce nauki w inżynierii szkła i konstrukcji szklanych. Część 3, Zbigniew Cywiński, Świat Szkła 2/2011

- Miejsce nauki w inżynierii szkła i konstrukcji szklanych. Cz. 2 , Zbigniew Cywiński, Świat Szkła 1/2011

- Miejsce nauki w inżynierii szkła i konstrukcji szklanych Część 1 , Zbigniew Cywiński, Świat Szkła 12//2010 

- Inżynieryjne problemy transparentności konstrukcji budowlanych , Zbigniew Cywiński, Świat Szkła 11/2010

patrz też:

- Szklane ściany nośne , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 1/2011

- Północnoamerykańskie normy do projektowania szkła ,  Marcin Kozłowski, Świat Szkła 12/2010

- Europejskie normy do wymiarowania szkła, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 9/2010

- Szklane schody w Toronto, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 7-8/2010

- Realizacje, które inspirują, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 6/2010

- Właściwości i odmiany szkła konstrukcyjnego, Marcin Kozłowski, Świat Szkła 5/2010

- Szkło jako materiał konstrukcyjny , Marcin Kozłowski, Świat Szkła 4/2010

- Projektowanie bezpiecznych przeszkleń w ścianach osłonowych ze szkłem , Artur Piekarczuk, Świat Szkła 2/2010

- Weryfikacja badawcza numerycznych metod obliczeń szyb zespolonych , Artur Piekarczuk,  Świat Szkła 10/2008

- Wpływ warunków podparcia na wyniki obliczeń ugięć szyb wielkoformatowych pod obciążeniem równomiernie rozłożonym, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 4/2008

- Metoda projektowania szyb zespolonych, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 3/2008

- Metoda obliczeń ugięć okien PVC pod obciążeniem wiatrem , Artur Piekarczuk, Świat Szkła 7-8/2006 

- Ściany osłonowe z oszkleniem mocowanym mechanicznie Cz. 2, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 6/2005

- Ściany osłonowe z oszkleniem mocowanym mechanicznie Cz. 1, Artur Piekarczuk, Świat Szkła 5/2005

- Modelowanie obciążeń klimatycznych szyb zespolonych. Część 2 , Zbigniew Respondek, Świat Szkła 1/2005

- Modelowanie obciążeń klimatycznych szyb zespolonych. Część 1 , Zbigniew Respondek, Świat Szkła 12/2004 

więcej informacji: Świat Szkła 1/2011

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik