В последние годы стекло находит все большее применение в различных сферах деятельности человека, став неизменным атрибутом современности.
Этот материал имеет очень богатую историю. Самое древнее известное нам производство стекла существовало в Египте эпохи фараонов, и области применения его мы можем лицезреть в дошедших до нас разнообразных сосудах и статуэтках. В Китае эпохи Чжоу стекло использовалось для изготовления женских украшений из темно-синих бусин с полихромным узором. Технический прогресс в стекольной промышленности привел к появлению в XVII столетии листового стекла, которое полностью изменило отношение к его привычным свойствам.
Оригинальность и необычность стеклянных фасадов, светопрозрачность в сочетании с высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами привлекли архитекторов и дизайнеров во всем мире. Оказывается, стекло, формируя оболочку здания, может быть столь же непрозрачным, как камень. Вместе с тем, отражая изображения, стекло позволяет свету достигать внутренней части дома. Проектировщики с удовольствием “смакуют” этот архитектурный аспект и создают стеклянные фасады, играющие на самых тонких разновидностях прозрачности.
Постоянно возрастающие требования к ограждающим конструкциям с течением времени привели к появлению совершенно новых конструктивных решений. Вначале это были традиционные кирпичные и монолитные наружные стены, затем — каркасные строения со сплошным либо ленточным остеклением. Сегодня у фасадных конструкций появились дополнительные функции: использование солнечной энергии дневного света, а также работа в системе естественной вентиляции и энергосбережения. Последнее привело к созданию подвижных фасадных элементов, способных изменять степень воздействия таких неблагоприятных факторов, как избыточное солнечное излучение. Например, системы использования дневного света (рис.1) равномерно распределяют световой поток в помещении независимо от местонахождения солнца и ориентации здания относительно сторон света. При этом отпадает необходимость в охлаждении фасада, поскольку практически исключается попадание на фасадную поверхность прямых солнечных лучей. Самый распространенный тип подвижных регуляторов света — жалюзи из ламелей со светоотражающей поверхностью.
Другая система, основу которой составляет стеклянный экран, расположенный перед традиционной облицовкой здания со стороны улицы (рис.2), является наилучшим вариантом в том случае, если проектируемое здание находится в зоне повышенной нагрузки, например на оживленных магистралях или в местах, где предполагается сильное ветровое воздействие. Эта система, обладающая всеми преимуществами вентилируемых фасадов, была разработана в Германии в середине 1980-х годов применительно к специальным объектам. Вентилируемое наружное остекление в этом случае выполняет функции воздухопроницаемой погодозащитной оболочки.
В последние годы в Европе весьма популярными стали светопропускающие конструкции фасадов и кровель из стекла и нержавеющей стали. В Германии многие фасады (рис.3.), сделанные, например, из алюминия, не исчерпавшие еще ни “моральный”, ни технический ресурс, заменяются на нержавеющие, которые имеют практически неограниченный срок службы. Внешне профили из алюминия и нержавеющей стали почти не отличаются, однако по свойствам это абсолютно разные элементы.
Несмотря на кажущееся разнообразие, основой всех решений при использовании стекла остаются различные металлоконструкции. Их применение для остекления фасадов требует от проектировщиков не только решения проблем, связанных с естественным освещением, солнцезащитой, вентиляцией помещений, но и пожарной безопасности. Не менее важны расчеты статических нагрузок всей конструкции, особенно в местах крепления к каркасу здания, а также подбор стекла или конструкций стеклопакетов.
По мнению современных проектировщиков, эпоха применения системных профилей отошла в прошлое и требует тщательного пересмотра в связи с последними достижениями науки и техники. На смену идут новые технологии, позволяющие прятать несущие конструкции внутри здания. Одной из таких систем является полуструктурное остекление фасадов, представляющее собой традиционную фасадную конструкцию, у которой вместо прижимных планок используются вертикальные либо горизонтальные импосты (рис.4.), удерживающие элементы остекления.
Структурное остекление фасадов — принципиально новое слово в технологии производства и реконструкции фасадов зданий, сооружений и даже целых архитектурных комплексов. Эта система позволяет создавать цельностеклянные здания без наличия видимых импостов на фасадах, а стеклопакеты, соединяющиеся между собой анкерной системой крепления, клеятся с помощью специального силикона к несущим профилям коробчатого сечения. Подобная система применялась при остеклении фасада железнодорожного вокзала в Минске.
Техническим прорывом в архитектуре явились элементы остекления типа Spider Glass (“паук-стекло”) — торговая марка компании Saint-Gobain. Благодаря этой системе у архитекторов появилась возможность создавать конструкции, имеющие своеобразную цельностеклянную “оболочку”, которая при естественном или искусственном освещении приобретает неповторимый эффект “хрустальности” (рис.5).
Отличительными особенностями этой системы являются:
— стеклянные панели большой площади (до 6 м2 каждая); комплекс прецизионных стальных фитингов типа “спайдер” (от англ. spider — паук), выполненных из нержавеющей стали и предназначенных для крепления стеклянных панелей (рис.6.);
— внутренняя или внешняя стальная несущая система (вантовая, ферменная, арочная, балочная и др.);
— элементы герметизации стеклянных панелей и полной нейтрализации так называемых “мостиков теплопередачи”;
— встроенная интеллектуальная система, предназначенная для автоматического регулирования внутреннего микроклимата, уровня освещенности в помещении, удаления дыма, мойки наружной поверхности фасада и целого ряда других функций.
Поскольку в системе Spider Glass очень высокие требования по использованию стекла, разработчики рекомендуют применять элементы остекления трех типов:
— однослойные закаленные (толщиной от 10 до 19 мм, с максимальными размерами листа 4,5 х 2,5 м); они изготавливаются из бесцветного или тонированного стекла со светоотражающим покрытием;
— ламинированные стекла типа “триплекс”;
— элементы остекления со стеклопакетом, выполненным из закаленного стекла.
Очевидно, что постоянное воздействие на элемент остекления высоких ветровых и снеговых нагрузок может привести (независимо от толщины стекла) к его изгибанию. Использование непрозрачного тонированного стекла, обладающего высокой абсорбцией, ввиду чего его поверхность сильно нагревается, также может привести к изменению его геометрических размеров. Чтобы исключить разрушение стекла, в системах Spider Glass запроектирован специальный элемент крепления, компенсирующий изменения габаритных размеров и формы изделия (рис.7).
Конструкция, представляющая собой систему безопасного остекления, закреплена на опорах каркаса зданий с определенным фиксированным интервалом. Крепежные элементы, изготовленные из высокопрочной легированной стали, обеспечивают за счет специального шарнирного устройства необходимую гибкость фасадным конструкциям. Шарнирная головка болта закреплена в шаровой поверхности втулки и опирается на сегмент из нержавеющей стали. Прижимное кольцо надежно крепит болт. Втулки и шайбы из специального синтетического материала при движении металлических компонентов узла крепления исключают их воздействие на стекло. Точность установки элемента остекления на здании регулируется с помощью теодолита, что обеспечивает абсолютно ровную поверхность остекления. Нижние отверстия кронштейна имеют диаметр больше, чем диаметр болта, и рассчитываются с учетом допусков и возможных перемещений конструкции.
При вертикальном расположении элементов остекления вес монолитных или ламинированных стекол воздействует только на два верхних болта, а при наклонном расположении часть весовой нагрузки перераспределяется и на нижние болты. При этом соответствующие отверстия в узлах крепления имеют увеличенные размеры.
При наклонном расположении стеклопакета его вес воздействует на все четыре болта крепления. При этом необходимо учитывать, что два болта должны свободно перемещаться в плане стекла, обеспечивая точность и возможность перемещений опорных конструкций. Зазор между элементами остекления герметизируется, а его величина должна быть такой, чтобы не создавать напряжение между элементами остекления. Болты устанавливаются “впотай”. Точка вращения болта находится в теле стекла, за счет чего уменьшаются изгибающие усилия в стекле под действием ветровой нагрузки.
Вес однокамерных стеклопакетов также воздействует на два верхних болта. Стеклопакет поддерживается за наружное стекло болтами, расположенными в эксцентрических втулках из синтетического материала. Применение эксцентрических втулок позволяет достичь абсолютной точности расположения при установке элементов остекления.
Технически система структурного остекления Spider Glass очень сложна и требует высокого качества изготовления всех элементов. В ее состав включена интеллектуальная система контроля. Она обеспечивает точное соблюдение геометрии элементов остекления, несущих конструкций, а также размеров крепежных элементов.
Несмотря на то что система Spider Glass разработана сравнительно недавно, она уже сегодня с успехом применяется во всем мире. Множество сооружений, таких, как библиотеки, торговые центры, концертные залы, аэропорты, вокзалы, бизнес-центры, зимние сады, атриумы, старинные здания, памятники скульптуры и архитектуры (с защитными цельностеклянными куполами), обрели совершенно новое “лицо”. И хотя некоторые проектировщики и архитекторы скептически относятся к широкомасштабному применению стекла в современной архитектуре, мотивируя это тем, что век стекла недолог, мода на “хрустальность” триумфально шествует по всему миру. Лучшим доказательством ее долговечности и актуальности служат здания и сооружения, построенные еще в начале прошлого века. Именно тогда известный архитектор Мис ван дер Роэ поразил мир проектом фантастических стеклянных небоскребов и серией металлостеклянных архитектурных кристаллов классической ясности и чистоты.
Благодарим за помощь при подготовке материала компанию Top Glass и ее директора Скоклеенко Артура Борисовича