1. Analizy statyczne.
1.1. Kilka informacji o szklanych dachach i fasadach w budynkach
Obiekty te można podzielić na 2 zasadnicze grupy. Kryterium podziału będzie sztywność giętna EIy(z) konstrukcji nośnej.
Grupa 1. Fasady i dachy o sztywnej konstrukcji – EIy(z) > 0. To najczęściej spotykany typ fasad i dachów. Konstrukcje nośną stanowią aluminiowe układy słupowo-ryglowe – przy niedużej rozpiętości lub stalowe, w postaci kratownic przy dużych rozpiętościach.
Coraz częściej elementami nośnymi są także żebra szklane.
Grupa 2. Fasady i dachy o konstrukcji cięgnowej – czyli wiotkiej. Elementami nośnymi są liny, które mają tylko sztywność podłużną EA > 0. Ich sztywność giętna EIy(z) =~ 0 .
Wymienione powyżej grupy dachów i fasad bardzo różnią się między sobą. Na rys. nr 1 przedstawiono dźwigary dachowe w 2 wersjach – w wersji cięgnowej u góry i sztywnej poniżej.
W przypadku dźwigarów cięgnowych główny kierunek oddziaływania na konstrukcje budynku nie pokrywa się z kierunkiem obciążenia. Jest do niego prostopadły. Stanowi to duży problem. Zazwyczaj bowiem konstrukcja budynku ma dużą sztywność w kierunku pionowym – najczęściej dzięki ścianom.
Wynika to z faktu, że głównymi obciążeniami budynków są obciążenia pionowe (ciężar własny, obciążenie użytkowe, śnieg).
Dachowe konstrukcje cięgnowe generują bardzo duże reakcje poziome – kilka razy większe od obciążeń pionowych. Aby bezpiecznie przejąć te siły, konstrukcja budynku musi zostać odpowiednio przygotowana.
Już na etapie projektu wstępnego – koncepcyjnego należy uwzględnićwpływ sił poziomych, jeżeli zamierzamy wykonać dach cięgnowy. Późniejsza zamiana dachu sztywnego na cięgnowy najczęściej nie jest możliwa. Nieprzygotowany wcześniej budynek nie będzie w stanie przejąć sił poziomych.
Na rys. nr 2 przedstawiono dźwigary ścienne w 2 wersjach – w wersji cięgnowej po lewej stronie i sztywnej po prawej.
Głównym obciążeniem fasad jest wiatr i „parcie tłumu”. W przypadku fasadowych dźwigarów cięgnowych, podobnie jak to miało miejsce w dachach, kierunek oddziaływania na konstrukcje budynku nie pokrywa się z kierunkiem obciążenia. Jest do niego prostopadły.
Reakcje z dźwigarów cięgnowych obciążają stropy (stropodachy) w kierunku pionowym i są przyłożone na ich krawędzi. Stropy w tym miejscu mają zazwyczaj swobodną krawędź – na przykład w budynkach o konstrukcji szkieletowej.
Stropy bardzo dobrze „radzą sobie” z obciążeniem powierzchniowym lub skupionym, zlokalizowanym w pobliżu ich środka. Nośność stropów, których swobodna krawędź zostaje obciążona, jest mocno ograniczona. Aby ją zwiększyć należy zaprojektować dodatkowe belki krawędziowe.
Decydując się na fasadę cięgnową należy wcześniej zaprojektować więc mocniejsze stropy. Późniejsza zamiana sztywnej fasady przewidzianej dla niewzmocnionych stropów na cięgnową nie będzie już możliwa.
W przypadku dachów i fasad sztywnych nie ma problemu z przejęciem obciążeń. W dachach obciażenia pionowe przekazywane są wzdłuż ścian. W fasadach z kolei obciążenia poziome (niewielkie) przekazywane są wzdłuż stropu, a pionowe (także niewielkie) prostopadle do stropu.
Kolejną różnicą pomiędzy fasadami sztywnymi a cięgnowymi jest odporność na globalną utratę stateczności. W kratownicach cięgnowych dominują naprężenia rozciągające. Tylko krępe słupki przejmu-
