Czytaj także -

Aktualne wydanie

okladka SS-7-8 2018-do Internetu

20180123-BANNER-160X600-V3-PL FENSTERBAUEDG 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

 

 

konferencja 12 kwietnia 2018 1a

baner-2-krzywe

baner konferencja 12 2017

 

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

 RODO

 

25575923 

  

480x100px RFT18 engl

 

abs banner 480x120 English

 

glass2018 480x120  

 lisec SS FastLAne

 

Przeszłość i przyszłość metalowo-szklanych ścian osłonowych
Data dodania: 07.12.17

Ściany osłonowe są przegrodami budowlanymi, które definiowane są jako elementy budowli oddzielające jej wnętrze od otoczenia zewnętrznego. Rozróżnia się przegrody budowlane stałe i ruchome oraz pełne i ażurowe. Praktycznie nie ma ograniczeń materiałowych przy wykonywaniu przegród budowlanych. W przypadku przegród zewnętrznych ograniczenia wynikają z wymagań podstawowych.

Do wykonywania ścian murowanych stosowane są wyroby ceramiczne (cegły, pustaki), wyroby z betonu komórkowego. Cegły czy pustaki ceramiczne są wyrobami powszechnie znanymi i stosowanymi. Beton komórkowy, z którego wykonywane są bloczki ma zastosowanie np. przy wznoszeniu przegród zewnętrznych (ścian wypełniających). 

 

Ściany murowane stosowane są praktycznie od zawsze a w każdym razie od czasu, kiedy człowiek zaczął układać kamień na kamieniu w celu wzniesienia jakiegoś obiektu. Pierwotnie elementy układane były bez zaprawy. Potem zaczęto stosować różnego typu spoiwa. Można zaryzykować stwierdzenie, że technologia murowania praktycznie nie ulegała zmianom przez wieki. Elementy kamienne zastąpione zostały cegłami. Mury wznoszono stosując różne układy cegieł. Prawidłowe wymurowanie ściany było pracochłonne i wymagało dużej wiedzy fachowej i doświadczenia (rys. 1). Właściwości izolacyjne tak wzniesionych murów pozostawiały wiele do życzenia.

  

2017 11 14 1

Rys. 1. Zdjęcie z odbudowy Warszawy

 

Rozwój technologii materiałów budowlanych oraz urządzeń do produkcji gotowych wyrobów pozwolił na udoskonalenie elementów ceramicznych (pustaki) oraz wprowadzenie alternatywnych rozwiązań jak bloczki gazobetonowe. Wyroby te charakteryzują się precyzyjną formą znacząco ułatwiającą proces murowania oraz istotnie polepszającą izolacyjność termiczną. Opracowane zostały również alternatywne spoiwa (rys. 2).

  

2017 11 14 2

Rys. 2. Fragmenty murów wzniesione z pustaków ceramicznych i bloczków gazobetonowych

 

Zupełnie odmiennym typem ścian osłonowych, w aspekcie konstrukcyjnym i architektonicznym, są ściany mocowane mechanicznie. Są to ściany osłonowe metalowo- szklane. Charakteryzuje je możliwość montażu praktycznie niezależnie od pory roku, możliwość dostosowania do dowolnego kształtu bryły budynku, łatwość demontażu, możliwość uzyskiwania interesujących rozwiązań pod względem architektonicznym. Przegrody tego typu montowane są powszechnie we wszystkich typach budynków zarówno użyteczności publicznej, jak i budownictwie jednorodzinnym.

 

Rola zewnętrznych przegród budowlanych zmieniała się na przestrzeni wieków. Początkowo przegrody budowlane wyłącznie oddzielały środowisko zewnętrzne od wewnętrznego, dając mieszkańcom poczucie bezpieczeństwa i względny komfort użytkowania. Obecnie nowoczesne ściany osłonowe to przegrody, od których oczekuje się: wysokiej izolacyjności termicznej i akustycznej, bezpieczeństwa w zakresie ochrony pożarowej, odporności na włamanie, odporności na wybuch oraz wielu innych funkcji w zależności od przeznaczenia obiektu, np. funkcji medialnych, udziału w bilansie energetycznym budynku.

 

Nowoczesne budownictwo potrzebuje nowoczesnych, innowacyjnych rozwiązań ścian osłonowych. Można stwierdzić, że innowacyjność jest w chwili obecnej wynikiem samonapędzającego się procesu. Rosnące wymagania i oczekiwania projektantów i użytkowników wymuszają coraz nowsze rozwiązania konstrukcyjne i materiałowe. Schemat tego procesu przedstawiono na rys. 3.

  

2017 11 14 3

Rys. 3. Schemat permanentnego procesu nastawionego na innowacyjność

  

(...)

 

Wśród nowoczesnych przegród budowlanych najbardziej spektakularny rozwój następuje w przypadku ścian osłonowych metalowo-szklanych. Choć może się wydawać, że tego typu konstrukcje stosunkowo od niedawna zadomowiły się na rynku budowlanym to ich historia sięga już ponad stu lat.

 

Pierwszym obiektem budowlanym, w którym zastosowano duże powierzchnie przeszklone jako ściany (szyby zamocowane w metalowej konstrukcji) był Kryształowy Pałac (rys. 4). Obiekt ten został zbudowany w Londynie w 1851 roku, z okazji międzynarodowej wystawy, na której zaprezentowano osiągnięcia techniki. The Crystal Palace został zaprojektowany przez Josepha Paxtona. Pałac był budowlą wyjątkową nie tylko z powodu swoich rozmiarów (549 m długości i 43 m wysokości) i zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych, ale też ze względu na to, że wzniesiono ją z prefabrykatów.

 

 

2017 11 15 1

Rys. 4. The Crystal Palace, 1851

 

 

Początki znanych nam dzisiaj ścian aluminiowoszklanych sięgają początku XX w. W 1906 roku architekt Francis Plym zaprojektował dwa miedziane profile umożliwiające zamocowanie w nich szkła bez obawy kruchego zniszczenia. Profile miały także otwory odprowadzające wodę i wyrównujące ciśnienie. Rozwiązanie to zapoczątkowało stosowanie konstrukcji fasad o znacznie większych powierzchniach przeszklonych w stosunku do tradycyjnych ścian. W 1930 roku powstały pierwsze profile aluminiowe z przekładkami termicznymi. Zmienił się także sposób produkcji szkła, które obok dużej wytrzymałości zyskało lepsze parametry cieplne i szeroką gamę kolorów.

 

Nie sposób w tym momencie nie podkreślić jak wielką rolę w rozwoju ścian osłonowych odegrała rewolucja w technologii produkcji szkła. Początki uzyskania szkła sięgają 5000 lat p.n.e. Wiadomo, że było ono produkowane w Mezopotamii. Najstarsze ślady użytkowania pochodzą z przed 3500 lat. Kamieniem milowym w nowoczesnej produkcji szkła budowlanego był początek XX w. kiedy to opracowane ciągłą metodę uzyskiwania tafli szklanych. Momentem przełomowym było również opracowanie metody float w 1952 r. Olbrzymi skok technologiczny nastąpił w przeciągu ostatnich kilkudziesięciu lat, w których przeszliśmy od epoki ścian murowanych do epoki wielkich przeszkleń (rys. 5).

 

 

2017 11 15 2

Rys. 5. Rewolucyjny skok od standardowego okna do megaokna

 

 

W Polsce, pierwsze realizacje z zastosowaniem lekkich ścian osłonowych, głównie w obiektach użyteczności publicznej, miały miejsce na początku lat 60 (rys. 6). Było to zbieżne z trendami w architekturze w krajach zachodnich, gdzie zaczęto realizować obiekty z możliwie największymi przeszkleniami.

 

 

2017 11 15 3

Rys. 6. Przykłady zastosowania ścian metalowo-szklanych w Polsce w latach 60. ub. w.: budynek ZSL w Warszawie, budynek UNIVERSAL w Warszawie, hotel Cracowia w Krakowie

 

 

W początkowym okresie, w większości przypadków konstrukcję nośną ścian stanowił szkielet aluminiowy, stalowy bądź drewniany. Wypełnienie wykonane było w części przezroczystej jako oszklenie stałe lub okna o ramach aluminiowych albo drewnianych. Natomiast część nieprzezroczysta wykonywana była z dostępnych wyrobów okładzinowych, takich jak blacha, szkło hartowane, szkło marblit oraz izolacyjnych – głównie styropian i wata szklana. Niestety, z uwagi na niskiej jakości materiały, niskiej jakości wykonawstwo, brak odpowiednich narzędzi, odchyłki konstrukcji wsporczych całkowicie nie korespondujące z dokładnością ścian, były to realizacje nieudane. Prawie od początku eksploatacji występowały mankamenty wymagające ekspertyz (realizowanych m.in. przez Instytut Techniki Budowlanej) i prac naprawczych.

 

Niezależnie od tego, jaki materiał jest wykorzystywany do wykonania zewnętrznej przegrody budowlanej, powinna ona spełniać wymagania zależne od miejsca jej wbudowania i przeznaczenia. Przegrody budowlane powinny być tak zaprojektowane, by spełniały wymagania w zakresie nośności, użytkowalności (w tym przepuszczalności powietrza, wodoszczelności), izolacyjności akustycznej, izolacyjności termicznej, ochrony przeciwpożarowej, odporności na włamanie.

 

Konstruktorzy/projektanci nowoczesnych przegród budowlanych od zawsze wychodzili na przeciw oczekiwaniom architektów oraz rosnącym wymaganiom formalnym, np. spełnienia coraz wyższych parametrów izolacyjności termicznej. Można stwierdzić, że nowoczesna architektura kształtuje coraz to nowsze, innowacyjne rozwiązania elewacji otaczających nas budynków. W celu sprostania tym rosnącym oczekiwaniom i potrzebom powstały liczne rozwiązania konstrukcyjne w tym: 

 

  • ściany słupowo-ryglowe (najbardziej tradycyjne ze stosowanych obecnie rozwiązań), 
  • ściany elementowe (podwieszane), 
  • ściany strukturalne i semistrukturalne (wypełnienia mocowane spoiwem konstrukcyjnym), 
  • ściany z oszkleniem mocowanym punktowo, 
  • ściany dwupowłokowe.

 

Powyższe rozwiązania, z pewnymi modyfikacjami, stosowane są również jako przekrycia dachowe. Każde z wymienionych rozwiązań ma wady i zalety i dla tego dobór najbardziej właściwej konstrukcji jest decyzją złożoną i zależy od typu budynku, oczekiwanych parametrów oraz planowanej funkcjonalności.

 

Ponieważ praktycznie każda realizacja budynku z zastosowaniem przegród budowlanych o konstrukcji metalowo-szklanej, wymaga indywidualnego podejścia /projektu, konstruktorzy zmuszeni są przeprowadzać analizę dla każdego obszaru funkcjonowania przegrody. Rozwiązania, które idealnie sprowadzą się z uwagi na izolacyjność termiczną nie koniecznie są właściwe z uwagi na izolacyjność akustyczną czy ochronę ppoż. Niejednokrotnie wymagania stawiane ścianom metalowo-szklanym są wzajemnie sprzeczne. Oczekuje się, aby ściana przeszklona była przezierna a jednocześnie powinna chronić pomieszczenia przed przegrzewaniem. Bardzo istotny jest aspekt bezpieczeństwa użytkowników. Rozwiązania, które w tradycyjnym budownictwie są oczywiste, w przypadku ścian osłonowych metalowo-szklanych już takie nie są. Przykładem tego może być stosowanie wypełnień szklanych od poziomu posadzki. W takim przypadku zarówno szkielet nośny, szyba i wzajemne ich połączenie muszą być tak zaprojektowane i wykonane, aby nie stwarzać ryzyka wypadnięcia bądź użytkownika, bądź przedmiotów.

 

Rozważając funkcje jakie mają spełniać w budynku przegrody metalowo-szklane i ich konstrukcję staje się oczywiste, że zaprojektowanie takiej ściany wymaga współpracy horyzontalnej ekspertów z wielu dziedzin budownictwa, ale również współdziałania specjalistów od różnego typu materiałów, które stosowane są w konstrukcji ściany. Z podstawowych materiałów można wymienić, aluminium, stal, szkło, tworzywa sztuczne. Należy również wspomnieć, że każdy projektowany i wykonywany detal ma ogromne znacznie w prawidłowym funkcjonowaniu przegrody. Zdarza się, że źle dobrana uszczelka czy podkładka podszybowa powoduje przecieki czy pękanie szkła, co dla użytkownika jest nieakceptowalne.

 

Niezależnie od typu konstrukcji ściany bardzo ważny jest prawidłowy dobór szkła. Rosnące wymagania w zakresie izolacyjności akustycznej, termicznej czy odporności na włamanie (a nawet na wybuch) spowodowały bardzo wysoki rozwój technologii produkcji różnego typu szkła i szyb. Obecnie szyby nie są już tylko fragmentem przegrody oddzielającym środowisko zewnętrzne od wewnętrznego, ale umożliwiają kreowanie wygląd obu środowisk czy też doznania użytkowników. W zależności od technologii produkcji, naniesionych powłok elewacja może zmieniać wygląd stosownie do pory dnia czy kąta padania i intensywności promieni słonecznych. Przykładem aktywnego wpływania na wygląd budynku za pośrednictwem elewacji jest technologia optycznego kamuflażu. Umożliwia ona wyświetlanie na ścianach budynku obrazu tła znajdującego się za nim. Powoduje to wrażenie transparentności obiektu. Umieszczane w szybach ogniwa fotowoltaiczne mogą wpływać korzystnie na bilans energetyczny obiektu.

 

 

2017 11 16 1

Rys. 7. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych ścian osłonowych metalowo-szklanych: 1) szyby mocowane mechanicznie w profilach aluminiowych; 2) szyby mocowane spoiwem konstrukcyjnym; 3) szyby mocowane punktowo ( https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8125750)

 

 

Nowoczesne technologie umożliwiają tworzenie na elewacjach budynków dowolnych efektów wizualnych. Obrazy tworzone na ścianach osłonowych wzbogacają wygląd budynku, ale mogą też stanowić formę reklamy czy zamierzonej zmiany wizerunku, odwzorowującej np. dawny wygląd budynku zlokalizowanego w miejscu nowopowstałego. Przedstawiane obrazy mogą być stałe lub w zależności od technologii zmieniać się w czasie. Możliwe jest wręcz prezentowanie obrazów ruchomych. Daje to praktycznie nieograniczone możliwości zrealizowania wizji architektonicznej czy potrzeb użytkownika budynku (rys. 8).

 

 

2017 11 16 2

Rys. 8. Przykłady wizualizacji otoczenia na elewacji i możliwości kreowania wyglądu elewacji

 

 

Opisane rozwiązania są wciąż stosunkowo drogie i wymagają jeszcze dopracowania zanim będą mogły być stosowane masowo. W zasadzie każdy element składający się na konstrukcję ściany wymaga ciągłego doskonalenia. Tak jest np. w przypadku konstrukcji specjalnego przeznaczenia. Zgodnie z wytycznymi EU ustalony został harmonogram wprowadzania coraz to mniejszych dopuszczalnych wartości współczynnika przenikania ciepła. W przypadku konstrukcji ppoż., gdzie wewnątrz profili aluminiowych umieszczane są specjalne wkłady zwiększające ognioodporność, osiągnięcie wymaganych parametrów izolacyjności termicznej jest na dzień dzisiejszy bardzo dużym wyzwaniem.

 

Oddzielnym wyzwaniem jest stosowanie szkła jako elementów konstrukcyjnych ściany. Projektowane i wykonywane są ściany z wykorzystaniem np. żeber szklanych, zwiększających sztywność profili głównych. Projektowanie elementów szklanych w zakresie nośności i odkształcalności w dalszym ciągu nastręcza wiele problemów. Jest to spowodowane głównie brakiem spójnych i usystematyzowanych metod obliczeń. Wprowadzenia szkła w miejsce obecnie stosowanych profili metalowych stanowi wyzwanie dla konstruktorów i technologów.

 

Większość innowacyjnych rozwiązań wynika z wielkiego postępu technologicznego, ale też z rosnących wymagań formalnych. Przytoczone najróżniejsze rozwiązania konstrukcyjne i techniczne wzajemnie się przenikają. Choć kluczowym założeniem przy projektowaniu jest oszczędność energii to nie można przyjąć założenia, że wystarczającym jest, aby poszczególne elementy budynku spełniały minimalne wymagania. Budynek projektowany jest jako całość. I w takim ujęciu ściana osłonowa również nie może być zaprojektowana w oderwaniu od całej koncepcji konstrukcyjno-architektonicznej. Projektant ściany osłonowej musi dokładnie znać założenia dla całego obiektu i jaką będzie miał funkcję użytkową, ale również jaką przypisano mu rolę w kreowaniu otoczenia. Dopiero do takiego założenie powinny być dobrane rozwiązania konstrukcyjne i technologia wykonania.

 

Można zadać pytanie czy tak innowacyjne rozwiązania są akceptowalne dla użytkowników, czy po prostu obserwatorów. Wspomniana już transparentność powoduje, że działania wewnątrz budynku są widoczne dla osób znajdujących się na zewnątrz. Czy pracownik funkcjonujący w takich warunkach kilka godzin dziennie czuje się komfortowo? Wyobraźmy sobie również, że optyczny kamuflaż zostaje zastosowany masowo w sąsiadujących obiektach. Wówczas trudno jest ustalić co tak naprawdę będzie wyświetlane na elewacji obiektu. Problemem dla osób przebywających w pomieszczeniach może być brak możliwości otworzenia, czy choćby uchylenia okna. Pomijając kwestię przepisów i bezpieczeństwa, to taką możliwość wykluczają nowoczesne rozwiązania konstrukcyjno-architektoniczne. Dbając o bilans energetyczny budynku nie można pozwolić, aby jego użytkownicy w dowolny sposób manipulowali przy oknach.

 

Metalowo-szklane przegrody budowlane w swej różnorodności i potencjalnych możliwości stosowania rozwiązań innowacyjnych stanowią pole do współpracy technologów, konstruktorów, architektów, i naukowców z różnych dziedzin. Z uwagi na możliwość zmian konstrukcyjnych, zastosowania różnego typu materiałów, przegrody te z jednej strony stanowią wyzwanie a z drugiej strony pozwalają na zrealizowanie praktycznie dowolnej wizji architektonicznej, a jednocześnie spełnienie wymagań podstawowych oraz wymagań dodatkowych stawianych przez inwestora.

 

 

dr inż. Krzysztof Kuczyński 

 

 

Bibliografia
[1] Nowoczesne Lekkie Ściany Osłonowe, Konferencja naukowotechniczna Mrągowo 1997
[2] II Konferencja Naukowo-Techniczna Nowoczesne Lekkie Ściany Osłonowe i Okna, Mrągowo, 13-15 października 1999
[3] III Konferencja Naukowo-Techniczna Nowoczesne Lekkie Ściany Osłonowe, Mrągowo, 13-16 listopada 2001
[4] Innowacyjne wyzwania techniki budowlanej, 63 Konferencja naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN oraz Komitetu Nauki PZITB
[5] Ignacio Paricio: The Lightweight Skin, ActarBirkhauser
[6] Małgorzata Rogińska-Niesłuchowska: Interaktywne fasady przeszklone w architekturze współczesnej (w kontekście zrównoważonego rozwoju), „Materiały Budowlane” 5/2015
[7] Janusz Barnaś: Nowoczesne technologie w projektowaniu i wykonawstwie ścian osłonowych. Wpływ nowoczesnych technologii na kształtowanie elewacji, „Architektura Czasopismo Techniczne”, zeszyt i8
[8] Ewa Dworzak-Żak: Ściany zewnętrzne nowej generacji aktywne, interaktywne, medialne, „Czasopismo Techniczne”
[9] Anna Jóźwiak: Konstrukcyjna rola szkła w kształtowaniu architektury współczesnej, „Architektura Czasopismo Techniczne”
[10] Schittich Ch. ed.: Building skins: Concepts, layers, materials. Institut für Internationale Architektur-Dokumentation, München 2001
[11] Piekarczuk A.: Elementy ze szkła budowlanego. Poradnik. Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2013

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 11/2017 
 

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
01 chik