|
Ściany osłonowe nowej generacji w budynkach użyteczności publicznej |
Lekkie ściany osłonowe o konstrukcji metalowej stosowane były już w latach czterdziestych ubiegłego wieku, a wykonywane z metali, przede wszystkim ze stopów aluminium.
Istniało kilka systemów konstrukcyjnych, które w procesie doskonalenia wytworzyły pewien typ o następujących cechach:
- Lekkie przegrody zewnętrzne o konstrukcji samonośnej prętowej lub ramkowej. Elementy składowe tej konstrukcji to szczebliny (słupki i rygle) wykonane w postaci kształtowników ze stopów aluminium, stali a nawet miedzi. Konstrukcja tych samonośnych przegród usytuowana była po ich stronie zewnętrznej,
- Wypełnienie stanowiły płyty nieprzejrzyste, izolacyjne, osłaniające wnętrze budynku przed czynnikami atmosferycznymi lub oszklenie usytuowane w pasach okiennych i jako elementy otworowe,
- Konstrukcja samonośna oraz elementy wypełniające montowane były od wnętrza budynku, co pozwalało na eliminację rusztowań czy wózków elewacyjnych.
Ówczesnym założeniem technologicznym dla lekkich ścian osłonowych był system montażu od wnętrza budynku.
Tak ukształtowana konstrukcja miała spełniać szereg wymagań technicznych takich jak: zabezpieczenie wnętrza budynku przed stratami i zyskami ciepła, przed nadmierną infiltracją i hałasem oraz zapewnić właściwe naświetlenie, wentylowanie, pewien poziom komfortu dla użytkowników budynku itp.
Dla ówczesnych ukształtowań architektonicznych budynków a zwłaszcza budynków użyteczności publicznej o elewacjach płaszczyznowych i ich przebiegu pionowym takie systemy konstrukcyjne lekkich przegród były wystarczające i nie budziły zastrzeżeń. Zdarzały się budynki, które wykraczały poza przyjęte systemy ścian osłonowych np. budynki, których elewacje były odchylone od pionu ujemnie (tzn. takie, których górna krawędź elewacji była nachylona nad dolną krawędzią).
To ukształtowanie mieściło się w możliwościach technicznych i technologicznych ówczesnych systemów lekkich ścian osłonowych. Dalszy dynamiczny rozwój budownictwa i architektury nie zadowala się już ukształtowaniami budynków z lekkimi ścianami osłonowymi o standardowym, pionowym usytuowaniu. Motorem zmian jest nie tylko dążenie do nowych ukształtowań przestrzennych budynków, lecz także nowe możliwości techniczne, przemiany socjalne i inne.
 |
| Rys. 1 |
Powstają awangardowe budynki, wyznaczające nowy szlak architektury o ukształtowaniach architektonicznych swobodniejszych i bardziej atrakcyjnych, operują ścianami zewnętrznymi o przebiegu ukośnym (odchylonym od pionu dodatnio i ujemnie), uskokowym, dachami przeszklonymi a także przeszklonymi elewacjami kontynuowanymi jako dachy przeszklone. Tego rodzaju ukształtowania nie mogły być już realizowane w „starym” systemie lekkich ścian osłonowych, ponieważ nie spełniały wymagań technicznych takich jak prawidłowe odwodnienie płaszczyzn ścian czy dachów przeszklonych, zabezpieczenie przed przeciekami i ochrona przed nadmierną infiltracją.
Istotną cechą ukształtowania budynków użyteczności publicznej było wznoszenie ich ścian zewnętrznych w konstrukcji żelbetowej z powodów bezpieczeństwa pożarowego. Na takich ścianach ze względów architektonicznych i estetycznych nakładano ścianę osłonową pozorną, czyli taką, która w widoku zewnętrznym nie różniła się od rzeczywistej lekkiej ściany osłonowej. Dla rozwiązania, często spotykanego zwłaszcza w budynkach wysokich, potrzebna była konstrukcja montowana i oszklona od strony zewnętrznej. Ten stan rzeczy był przyczyną wprowadzenia nowej konstrukcji ścian osłonowych, nowego ich systemu, „nowej generacji” – lekkich ścian osłonowych – nazwanych tak dla odróżnienia od istniejących i stosowanych dotychczas.
Konstrukcja ścian osłonowych „nowej generacji” musiała spełniać wszystkie te wymagania, których nie spełniała dotychczasowa konstrukcja.
Charakteryzowała się ona pod względem konstrukcyjnym następująco:
- Konstrukcja samonośnej przegrody zewnętrznej (lekkiej ściany osłonowej) usytuowana została po stronie wewnętrznej przegrody. Pozwoliło to na jej przekształcenie w różne usytuowania (elewacje o przebiegu ukośnym i dachy szklane), przy zachowaniu skutecznego odwodnienia przegrody i odprowadzenia przecieków. Konstrukcja składa się, podobnie jak w starych systemach, ze szczeblin pionowych i poziomych z tą jednak modyfikacją, że w widoku z zewnątrz na konstrukcję ściany, zarówno szczebliny pionowe jak i poziome, posiadają tę samą szerokość. Nie występuje więc w wyglądzie konstrukcji ściany osłonowej dominacja „pionowa” lub „pozioma”. Jest to spowodowane panującą wówczas (w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku) estetyką architektoniczną, fascynacją architektów motywem „kratki elewacyjnej”. Stąd dążenie do tego samego wymiaru szerokości elementów poziomych i pionowych „kratki”, minimalizacji ich szerokości (45-50 mm) i jej „wyładowania” przed lico oszklenia,
- Wypełnienie samonośnej przegrody w zasadzie pozostaje takie samo, tzn. części przejrzyste (pasy okienne) i pasy nieprzejrzyste (pasy podokienne). Ich konstrukcja i układ ulegają zmianie tylko ze względu na technologię montażu (montaż konstrukcji przegrody i jej wypełnienia od strony zewnętrznej). Spowodowane zostało to wprowadzeniem konstrukcji nośnej ściany osłonowej od jej strony wewnętrznej a także wprowadzeniem „drenażu wewnętrznego” przegrody, umożliwiającego skuteczne odprowadzenie wody z przecieków, zwłaszcza przy przegrodach o przebiegu ukośnym,
- Nowe sposoby połączeń pomiędzy szczeblinami (prętami) samonośnej konstrukcji ściany osłonowej umożliwiają łączenie słupków z ryglami nie tylko pod kątem prostym. Pojawiają się nowe sposoby uszczelniania styków elementów samej konstrukcji i jej styków z elementami wypełniającymi. Dużą role ma wprowadzenie nowych materiałów uszczelniających (silikonów) w konstrukcję tych przegród, zarówno w postaci uszczelek jak i szczeliw.
 |
| Rys. 2 |
Pierwszy okres stosowania przegród „nowej generacji” w kraju przypada na przełom lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych. Są to realizacje trzymające się reguł konstrukcji „katalogowych” czyli bez znaczących przekształceń formalnych i konstrukcyjnych. Następne lata to okres szerokiego stosowania ścian osłonowych „nowej generacji”, z wprowadzeniem różnych przekształceń bryłowych i elewacyjnych budynków z takimi przegrodami. Wszystkie te przekształcenia, wykonywane w oparciu o ogólną zasadę konstrukcyjną i sposoby połączeń elementów oraz ich uszczelnień, dowodzą dużej „uniwersalności” nowych przegród. Uniwersalność tę należy rozumieć jako podatność na zmiany przebiegu konstrukcji i wypełnienia przegrody, skutkującą nowymi ukształtowaniami architektonicznymi budynków z zachowaniem idei konstrukcyjnej przegrody.
Podatność na modyfikacje i zmiany daje się zauważyć w powstaniu odmian ściany słupowo-ryglowej. Można tu wymienić wprowadzenie listew dociskowych w różnych kształtach, odbiegających od stosowanych w zarysie prostokątnym, zmodyfikowanych kształtowników występujących na krawędziach płaszczyzn elewacji ścian i zmieniających ich przebieg, czy zmian w sposobie mocowania szyb zespolonych. Pojawiają się ściany o dominacji elewacyjnej pionowej lub poziomej (w stosunku do katalogowej „kratki elewacyjnej”), uzyskanej w technice rozwiązań umożliwiających redukcję listew dociskowych i maskujących. Dalsze wprowadzanie zmian to już całkowicie nowa konstrukcja lekkiej ściany osłonowej, bazującej na zasadzie konstrukcyjnej ściany słupowo-ryglowej, która nosi nazwę „strukturalnej”.
Jej pełna nazwa to ściana osłonowa słupowo-ryglowa z oszkleniem strukturalnym. W wyniku elewacji form architektonicznych budynków z zastosowaniem ścian osłonowych powstał nowy rodzaj estetyki architektonicznej którą można określić jako wprowadzanie budynków-brył ze szkła („klocków szklanych”). Taka forma wymagała maksymalnej redukcji wszelkich podziałów na powierzchni przeszklenia elewacji, dążąc do uzyskania wielkopowierzchniowej tafli szklanej.
Efektem tych działań jest ściana osłonowa „strukturalna”. Jej konstrukcja podstawowa, samonośna, została zapożyczona ze ściany słupowo-ryglowej, natomiast oszklenie szybami zespolonymi w układzie wspornikowym, zostało wykonane tak, że uzyskano na elewacji lica oszklenia, „kanelury” o niewielkiej szerokości (ok. 18-22 mm) i głębokości. Ta elewacja budynku prezentuje nowy typ estetyki w dziedzinie lekkich ścian osłonowych, stanowiąc atrakcyjną propozycję projektową dla architektów oraz inwestorów. Wprowadzenie do architektury budynków wielkich powierzchni przeszklonych związane jest ze spełnieniem pewnych uwarunkowań technicznych.
Są to:
- Wprowadzenie do oszklenia (szyb zespolonych) szyb z powłokami refleksyjnymi o zwierciadłowaniu silnym lub średnim tak, aby uzyskać efekt architektoniczny bryły budynku wykonanej ze szkła (w oświetleniu dziennym). Dzięki temu zatraca się wyróżnienie optyczne pomiędzy pasami okiennymi i podokiennymi, uzyskując tym samym efekt estetyczny „klocka szklanego”.
- Wprowadzenie oszklenia ściany osłonowej szybami bezpiecznymi. Taki warunek narzuca projektantom sposób zamocowania wspornikowo szyby zespolonej oraz względy wytrzymałościowe.
- Wprowadzenie w pasach podokiennych płyty warstwowej izolującej termicznie, z zewnętrzną szybą osłonową, zbliżoną kolorystycznie do oszklenia pasów okiennych. Taka płyta warstwowa, zwana potocznie „spandrelem”, jest elementem towarzyszącym systemowi.
 |
| Rys. 3 |
Wprowadzenie ściany osłonowej „strukturalnej” wiąże się, podobnie jak w ścianie słupowo-ryglowej, z pewnymi jej modyfikacjami o charakterze technicznym, jak i związaną z tym estetyką. Dla zwiększenia bezpieczeństwa konstrukcji wspornikowo zamocowanej szyby zespolonej wprowadzono różne jej zabezpieczenia, przeciwdziałające ewentualnemu odspojeniu i odpadnięciu. Wśród zabezpieczeń typu mechanicznego, wyróżniają się takie, które zapewniają zabezpieczenie i zamocowanie szyb zespolonych na jej dwóch przeciwległych krawędziach, poziomych lub pionowych. Pojawiają się ciągłe kształtowniki zabezpieczające, stanowiące na przeszkleniach pionowe lub poziome podziały architektoniczne. Takie modyfikacje techniczne i estetyczne nazwane zostały ścianami osłonowymi „półstrukturalnymi” lub „semistrukturalnymi”.
Podobnie jak w ścianie osłonowej słupowo-ryglowej ściana „strukturalna” posiada swój zakres „uniwersalności” tzn. można ją przekształcać tak, że nie tylko jest to płaszczyzna o przebiegu pionowym, lecz także odchylona od pionu dodatnio i ujemnie, z możliwością wprowadzenia uskoków, ryzalitów, naroży wkłęsłych i wypukłych a także wprowadzenia części otwieranych przegrody w postaci okien odchylnych lub markizowych (otwieranie na zewnątrz).
Dalszy rozwój systemów lekkich ścian osłonowych w kierunku uzyskania rozwiązań o wielkopowierzchniowym przeszkleniu prowadzi do rozwiązań, które dałyby efekt jednej tafli przeszklenia, nie przerywanej żadnymi szczelinami i uzyskanie tym samym nowego efektu estetycznego. Rezultatem takich poszukiwań było wprowadzenie systemu lekkich ścian osłonowych z całkowicie nowym mechanicznym mocowanim szyb przeszklenia. Nazwany został on ścianą osłonową z punktowym mocowaniem szyb.
Istotnym elementem tego systemu jest nowy sposób zamocowania szyb przeszklenia (pojedynczych i szyb zespolonych) polegający na wprowadzeniu w otwór nawiercony w szybie metalowego sworznia mocującego, zamocowanego do konstrukcji wsporczej przegrody.
W przypadku, gdy tak mocowana jest szyba zespolona, sworzeń mocujący występuje jako element łączący szybę wewnętrzną i zewnętrzną zestawu, stanowiąc tym samym punktowy mostek termiczny. Nowsze rozwiązania, dzięki nowym możliwościom wytwarzania szyb zespolonych, wprowadzają sworzeń mocujący tylko na szybie wewnętrznej zestawu szybowego, eliminując mostek termiczny i wprowadzając wspornikowy układ szyby zespolonej (podobnie jak w ścianie „strukturalnej”).
Rozmieszczenie sworzni mocujących stosowane jest w pobliżu naroży płyt szklanych. Ich mocowania w zestawie z sąsiednimi elementami zespolone zostają w jeden uchwyt mocujący do konstrukcji wsporczej przegrody. Uchwyty te, charakterystyczne dzięki swojej budowie, potocznie nazywane „pająkami”, są elementem towarzyszącym takiej konstrukcji przegrody. Podobnie jak w ścianie „strukturalnej” ze względów wytrzymałościowych i zabezpieczeniowych całość przeszklenia występuje w wykonaniu bezpiecznym.
Poszczególne płyty szklane lub szyby zespolone usytuowane są na uchwytach mocujących w ten sposób, że nie stykają się ze sobą krawędziami lecz tworzą szczelinę, umożliwiającą swobodną dylatację szyb. Szczelina ta wypełniona jest szczeliwem, zachowującym odpowiednią przyczepność do krawędzi szyb i zapewniającym szczelność od przenikania wody i infiltracji. Szczeliny te, przy rozwiązaniach z szybami zespolonymi, posiadają również odpowiednią budowę wewnętrzną, zapewniającą izolacyjność termiczną, zbliżoną do izolacyjności termicznej szyby zespolonej.
Podobnie jak dwa poprzednie systemy lekkich przegród, system ścian z punktowym mocowaniem szyb posiada swoją „uniwersalność” zastosowań pod względem rozwiązań przestrzennych. A więc nie tylko znajduje zastosowanie jako układ płaszczyznowy, lecz także jako przegrody z uskokami, ryzalitami i odchylone od pionu przegrody ukośne - przeszklone. Jest to dodatkowa cecha pozwalająca na znaczne poszerzenie zakresu stosowania dachów przeszklonych w budownictwie i architekturze.
Współczesna technika budowlana dysponuje lekkimi przegrodami zewnętrznymi w postaci ścian osłonowych „nowej generacji”, na które składają się: system ścian osłonowych słupowo-ryglowych, system ściany osłonowej „strukturalnej” oraz system ściany osłonowej z punktowym mocowaniem szyb. Wszystkie te systemy znajdują się na rynku krajowym i znajdują swoje odbicie w realizacjach.
Najliczniej reprezentowana jest ściana słupowo-ryglowa, spotykana nie tylko w wielkopowierzchniowych przeszkleniach lecz także jako przeszklenia parterów budynków zespołów wejściowych, przeszkleń klatek schodowych. Ze względu na jej umiarkowany poziom cenowy znajduje szerokie zastosowanie.
Budynki bardziej reprezentacyjne, czy też o architekturze o zwiększonym prestiżu, posiadają przeszklenia w systemie ściany „strukturalnej” lub też ścian z punktowym mocowaniem szyb. Te dwa ostatnie systemy ze względu na poziom cenowy nie są dostępne dla wielu inwestorów, niemniej jednak ze względu na swoje oddziaływanie nową, ekspresyjną estetyką, znajdują miejsce w budownictwie.
Andrzej Bojęś
Politechnika Krakowska
więcej: Światy Szkła 11/2006
