LiSEC SS Konfig 480x120

  

VITRUM Swiat Szkla Web

 

ift 480x105px RFT19 engl 

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Szklane stropy
Data dodania: 20.06.12

 O zainteresowaniu szkłem, jako materiale konstrukcyjnym, decydują przede wszystkim właściwości związane z przenikaniem światła. Szklane stropy stanowią bardzo dobre rozwiązanie w miejscach, gdzie wymaga się doświetlenia pomieszczeń światłem naturalnym i stworzenia niepowtarzalnych a zarazem nowoczesnych efektów architektonicznych.

 

Za stosowaniem szkła w budownictwie przemawia również wysoki moduł Younga, który wynosi 70 000 Mpa, co jest zbliżone do właściwości aluminium. W odniesieniu do innych materiałów budowlanych, takich jak stal czy też beton, szkło cechuje się wysoką wytrzymałością na ściskanie, wynoszącą 800-1000 Mpa. Wytrzymałość szkła na rozciąganie i zginanie jest mniejsza i wynosi 30-90 Mpa. Szkło nie daje ostrzeżeń o utracie nośności, tak jak to ma miejsce w przypadku stali lub drewna.

O zainteresowaniu szkłem, jako materiale konstrukcyjnym, decydują przede wszystkim właściwości związane z przenikaniem światła. Szklane stropy stanowią bardzo dobre rozwiązanie w miejscach, gdzie wymaga się doświetlenia pomieszczeń światłem naturalnym i stworzenia niepowtarzalnych a zarazem nowoczesnych efektów architektonicznych.

 

Za stosowaniem szkła w budownictwie przemawia również wysoki moduł Younga, który wynosi 70 000 Mpa, co jest zbliżone do właściwości aluminium. W odniesieniu do innych materiałów budowlanych, takich jak stal czy też beton, szkło cechuje się wysoką wytrzymałością na ściskanie, wynoszącą 800-1000 Mpa. Wytrzymałość szkła na rozciąganie i zginanie jest mniejsza i wynosi 30-90 Mpa. Szkło nie daje ostrzeżeń o utracie nośności, tak jak to ma miejsce w przypadku stali lub drewna.

 

Strop jest poziomym elementem konstrukcyjnym,  który oddziela poszczególne kondygnacje budynku. Strop przenosi obciążenia na pionowe elementy. Są również przenoszone obciążenia stałe, czyli ciężar własny i ścianek działowych. W konstrukcjach bazujących na stropach szklanych niejednokrotnie obciążenia przenoszą liny. Nie bez znaczenia pozostaje również przenoszenie przez strop obciążeń użytkowych. Przez oddzielenie pomieszczeń minimalizuje się przenikanie dźwięku i ciepła. Kluczową rolę odgrywa ograniczanie przez strop rozprzestrzeniania się ognia.

 

Rodzaje szkła w stropach
Szklane stropy wykonuje się jedynie ze szkła, które można poddać hartowaniu. Jest to więc szkło: barwione w masie, idealnie białe optiwhite oraz piaskowane lub trawione. W konstrukcji typowej płyty szklanej umieszcza się przynajmniej dwie tafle szkła połączone ze sobą żywicą lub specjalną folią. Tym sposobem cała konstrukcja jest utrzymywana w całości w razie rozbicia jednej tafli szkła (tylko jako dekoracyjne elementy ścian działowych lub mebli ze szkła).

 

Typowe wykonanie płyty najczęściej składa się z trzech warstw szkła, z których dwie dolne są szkłem niehartowanym lub półhartowanym. Warstwa zewnętrzna stanowi szkło hartowane. Odpowiednia grubość szkła jest obliczana indywidualnie dla projektu, z uwzględnieniem parametrów takich, jak chociażby wymiar poprzeczny i podłużny, rodzaj podparcia czy też wielkość obciążenia. W konstrukcji płyt najczęściej uwzględnia się grubości 24, 28, 32 i 46 mm.

 

Fot. 1. Szklane przekrycie nad budynkiem Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego

 

  

Fot. 2. Dodatkowych walorów estetycznych szklanym stropom dodają wykończenia ze stali szlachetnej (fot. Biuro Inżynierskie Zioberski)

 

Krawędzie mogą być załamane, szlifowane i polerowane. Opcjonalnie zastosowanie znajduje nadruk lub powłoka antypoślizgowa. Nadruk na szkle może  powstać za pomocą emalii mineralnej (ceramicznej), która jest nakładana metodą sitodruku. W czasie wypalania przebiegającego w wysokiej temperaturze nałożona emalia wtapia się w powierzchnię szkła.

 

Krawędzie mogą być załamane, szlifowane i polerowane. Opcjonalnie zastosowanie znajduje nadruk lub powłoka antypoślizgowa. Nadruk na szkle może  powstać za pomocą emalii mineralnej (ceramicznej), która jest nakładana metodą sitodruku. W czasie wypalania przebiegającego w wysokiej temperaturze nałożona emalia wtapia się w powierzchnię szkła.

 

Podparcie
W przypadku podparcia brzegowego ciągłego ważne jest, aby struktura podparcia była sztywna. Odkształcenia przy stropie pod obciążeniem nie mogą być większe niż 1/500 długości danego boku. W środkowej  części płyty poddanej obciążeniu roboczemu strzałka ugięcia nie powinna przekraczać 1/200 najkrótszego wymiaru.

 

Nie może to być jednak wartość  przekraczająca 10 mm, natomiast szerokość podparcia nie powinna być mniejsza niż 1,5-krotność grubości płyty. Jeżeli grubość płyty przekracza 30 mm szerokość podparcia może być równa grubości płyty. Płyta najczęściej jest osadzana na elastycznej uszczelce, która wraz z upływem czasu nie traci swojej elastyczności. Twardość uszczelki musi mieścić się pomiędzy 70-80 IRH.

 

Jeżeli płyty są lekko nachylone kluczową rolę odgrywa klinowanie boczne. Istotne jest, aby współpłaszczyznowość punktów podparcia nie miała odchyleń przekraczających 2 mm. Niejednokrotnie są uwzględniane zaciskowe uchwyty brzegowe, gdzie tafla opiera się całkowicie na mocowaniu, kształtem przypominającym literę U. Mocowanie obejmuje całą grubość tafli i jest oddzielone od szkła za pomocą uszczelek.

 

W przypadku punktowego mocowania szyb poszczególne elementy są mocowane za pomocą elementów stalowych, które łączą płyty szklane z konstrukcją nośną. Mocowanie mechaniczne bazuje na specjalnych elementach wprowadzanych do otworów.

Na etapie projektowania rozmieszczenia otworów bierze się pod uwagę naprężenia i przemieszczenia.

 

Są uwzględniane maksymalne naprężenia projektowe, które nie mogą być przekroczone dla najbardziej uciążliwych warunków.  Ważne pozostaje, aby nie dochodziło do kontaktu pomiędzy metalem a szkłem. Stąd też zastosowanie znajdują elastyczne podkładki wykonane z aluminium, nylonu itp. Podkładki, o kształcie talerzyków, są umieszczane po obu stronach tafli. Niejednokrotnie w podkładkach wyprofilowane są również wypustki, dzięki którym jest zapewniona ochrona przed kontaktem wnętrza otworu z trzpieniem śruby.

 

Strop na linach
Jeżeli w konstrukcji wsporczej szklanego stropu będą uwzględnione liny nośne, to na etapie projektowania bierze się pod uwagę stany graniczne nośności i użytkowania oraz warunki konstrukcyjne. W zależności od sposobu kotwienia uwzględnia się różne  rodzaje lin. Liny otwarte, skręcane mogą być wykonane ze stali szlachetnej lub powlekane galwanicznie. Składają się z pojedynczych, skręcanych drutów.

 

Ich wadą jest niski moduł Younga oraz konieczność kotwienia poprzez zastosowanie kausz. Dlatego też w konstrukcjach szklanych częściej uwzględnia się liny całkowicie zamknięte o wysokim module Younga (około 175 GPa). Tym sposobem jest możliwe uwzględnianie na linach zacisków lub uchwytów o stosunkowo niewielkich gabarytach. Dzięki zastosowaniu grubych drutów zamykających zyskuje się dobrą ochronę antykorozyjną.

 

Przy wyborze odpowiedniego połączenia należy uwzględnić wymiary, takie jak długość zakotwienia liny oraz średnicę wewnętrzną i zewnętrzną tulei. Zewnętrzna średnica nie może być zbyt duża. Istotny jest gwint oraz jego długość w śrubie regulacyjnej. Ustala się także średnicę sworznia oraz blachy, do której jest mocowana tuleja. Nie bez znaczenia pozostaje także średnica zewnętrza tulei. Średnica lin powinna być jak najmniejsza aby przekazywane siły na konstrukcję były małe.

 

 

Fot. 3. Podparcie krawędzi szklanego stropu. Z lewej liniowe na kątowniku stalowym, z prawej liniowe na szklanych dźwigarach (fot. Biuro Inżynierskie Zioberski)

 

Fot. 4. Podparcie punktowe szklanego stropu (fot. Biuro Inżynierskie Zioberski)

 

Szklane stropy ogniotrwałe
Na rynku są oferowane stropy szklane o odporności ogniowej od REI 15 do REI 120. Typowy strop tego typu składa się z konstrukcji nośnej wykonanej z odpowiednio dobranych profili stalowych oraz specjalnej konfiguracji szyb: ognioodpornych na stronie wewnętrznej oraz specjalnie wzmocnionych szyb nośnych na stronie zewnętrznej.

 

Na zewnętrz można uwzględnić pokrycie antypoślizgowe. Specjalna warstwa żelu, oddzielająca tafle szkła, ma za zadanie ograniczanie ilości ciepła, które jest przewodzone i przenoszone w procesie konwekcji. Żel obniża temperaturę na stronie szyby niewystawionej na działanie temperatury. Tym sposobem podczas pożaru pęka szyba skierowana w stronę ognia. Warstwa żelu zaczyna tworzyć nieprzezroczystą ochronną warstwę izolacyjną. Wzrost temperatury na powierzchni szkła jest ograniczony do 140°C.

 

Zgodnie z klasyfikacją ogniową szkła konstrukcja szklana w klasie E zapewnia szczelność i ochronę przed płomieniami i spalinami. Jeżeli konstrukcja szklana zapewnia szczelność i ochronę przed płomieniami i spalinami, gwarantując częściową izolację cieplną a wartość promieniowania cieplnego wynosi 15 kW/m2, mowa jest o klasie EW. Klasa EI oznacza z kolei konstrukcję szklaną zapewniającą szczelność i ochronę przed płomieniami, spalinami oraz zwiększoną izolacją cieplną. Promieniowanie cieplne jest przy tym ograniczone do 140 K powyżej temperatury pomieszczenia i maksimum 180 K w danym punkcie.

 

Elementy wykańczające
Odpowiednio dobrany materiał wykończeń oraz ich kształt powinien zapewnić równowagę pomiędzy trwałością a estetyką. Ze szkłem pod względem wyglądu dobrze współgra stal nierdzewna, stąd też właśnie z tego materiału wykonuje się większość dostępnych na rynku okuć i mocowań. Podstawę stanowią płytki sprężyste, które można dostosować do każdego kąta nachylenia konstrukcji. Są również oferowane mocowania eliminujące potrzebę stosowania płytek sprężystych.

 

Poprzez rotację stalowego sworznia połączonego z konstrukcją wsporczą jest możliwa absorpcja obciążeń zmiennych i rozszerzalności cieplnej. Odlewane mocowania sejsmiczne przejmują z kolei znaczne ruchy boczne przez użycie nastawnego ramienia,  zachowując jednocześnie niezwykle płaski profil. Zastosować można także odlewane mocowania dwu - i czteropunktowe, łączące szkło z konstrukcją wsporczą wykonaną ze stali i ze szkła.

 

Fot. 5. Strop z pustaków szklanych VETROARREDO

 

Stropy z pustaków szklanych
Pustaki szklane (luksfery) cieszą się dużym uznaniem w budownictwie. Bazują one na dwóch wytłoczonych  częściach, które są zgrzane ze sobą tworząc zamkniętą przestrzeń wypełnioną rozrzedzonym powietrzem. Największe szklane pustaki mają wymiary 30x30x10 cm a najmniejsze 11,5x11,5x8 cm. Nabyć można również modele wentylacyjne i narożne. Luksfery wykonane z bezbarwnego szkła przepuszczają do 75% światła padającego prostopadle do ich powierzchni. Światło to cechuje się miękkością i jednorodnością.

 

Przepuszczalność światła pustaków kolorowych mieści się pomiędzy 50 a 70%. Zaletą pustaków szklanych jest również odporność na uderzenia. Jak zatem powstają stropy z pustaków szklanych? Na rynku są oferowane modułowe systemy pozwalające na montaż stropowych kształtek szklanych. Jest więc możliwe produkowane gotowych konstrukcji betonowo-szklanych bezpośrednio na budowie. Na kompletny system składają się powtarzalne kształtki, które po złożeniu w różnych kombinacjach przed i podczas zalewania utrzymują pustak w żądanym miejscu oraz stanowią formę dla zaprawy i są wykończeniem dla  spoin betonowych pomiędzy pustakami.

 

Przy obliczaniu wytrzymałości na zginanie przyjmuje się, że szkło i żelbet są jedną wspólnie pracującą całością. Przy obliczaniu wytrzymałości na ścinanie zakłada się z kolei, że wymiarowana szerokość żebra żelbetowego przenosi wyłącznie siły poprzeczne. Wykonawca powinien zwrócić szczególną uwagę na betonowanie, które musi być wykonane wyjątkowo starannie. Przed ułożeniem kształtek szklanych w płycie żelbetowej powleka się białą farbą olejną ich boki, które będą łączone zaprawą.

 

Tym sposobem zachowuje się barwę oraz współczynniki przenikania i rozpraszania światła. Oprócz tego kształtki powleka się emulsją asfaltową posypaną czystym piaskiem. Uzyskane powłoki łagodzą wpływ skurczu i zmian temperatury szkła i żelbetu. Jeżeli strop jest narażony na działanie opadów deszczu należy pozostawić niezabetonowaną warstwę o grubości 5 mm. 

 

Po wyschnięciu i stwardnieniu betonu warstwę uzupełnia się kitem asfaltowym. Stropy szklano-żelbetowe nie mogą być powiązane z murami. Istotną rolę odgrywa oddzielenie stropu od konstrukcji szczelinami dylatacyjnymi, które wypełniono kitem. Zasada ta szczególnie dotyczy stropów wystawionych na bezpośrednie działanie promieni słonecznych.

 

Na etapie projektowania stropu istotną rolę odgrywa wybór odpowiedniego podparcia szkła. Należy zwrócić szczególną uwagę na przenoszenie przez podparcie dużych obciążeń mechanicznych. Ważne pozostaje uwzględnienie obciążeń wynikających ze zmian temperatury. Kluczowa jest przy tym analiza otoczenia, w którym szkło będzie pracowało. 

 

Poszczególne elementy konstrukcji wsporczej muszą uwzględniać tolerancje produkcyjne i wymiarowe szyb i łączników. Nie bez znaczenia pozostają tolerancje średnic otworów, przesunięcia w otworach cylindrycznych oraz wzajemne przesunięcie szyb.

 

 

Damian Żabicki

Literatura:
– Szczerbal B., Włochal D., Glema A., Łodygowski T., Łączniki punktowe w szklanych konstrukcjach. „Świat Szkła” 1/2009;
– Gierczak J., Konstrukcje wsporcze fasad szklanych. „Świat Szkła” 2/2009;
– Zioberski J. L., Konstrukcje szklane w ekspozycjach obiektów zabytkowych. „Świat Szkła” 2/2009;
– Materiały informacyjne firmy WITKOWSKI Sp. z .o.o., www.witkowski.org.pl,
– Materiały informacyjne firmy ALUMINIUM S, www.aluminiums.pl,
– Materiały informacyjne firmy GLASPOL, www.szkloogniochronne.com,
– Jóźwik A., Rozwiązania konstrukcyjne w aspekcie nowych technologii szkła. „Czasopismo Techniczne”, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej.

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 

inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne

więcej informacj: Świat Szkła 5/2012

 

   

 

 

 

01 chik
01 chik