Элементные фасады – оболочка высотных зданий

В отличие от объектов жилищного строительства, которые имеют высотность, как правило, не более 16–20 этажей, ограждающие конструкции для высотных зданий общественного назначения выполняются преимущественно с применением изолирующего остекления.

Легкие навесные стеклянно­металлические фасады появились в 1950х годах в Америке. Решающей предпосылкой для их возникновения были прежде всего экономические факторы. В то время рабочая сила в США стоила очень дорого, и тенденции в строительстве были направлены в сторону рационализации и предварительной сборки. Большинство навесных фасадов выполнялись в виде привычных стоечно­ригельных конструкций (с невысокой степенью заводской сборки). Но только с появлением высококачественных синтетических профильных уплотнителей из каучука и неопрена, которые раньше использовались только в авиа и автомобилестроении, стало возможным изготовление элементов (панелей) с полной предварительной заводской сборкой.

В Европу эра “элементного строительства” высотных сооружений пришла в начале 1960х годов. В то же время здесь были освоены две новые технологии применения стекол большой площади: однокамерный стеклопакет с вклеенными между стеклами металлическими рамками и массовое производство флоат­стекла. С этих пор производители могли предложить инвесторам изолирующее остекление больших размеров, более высокого качества и по более выгодным ценам.

Сегодня, по экономическим соображениям, подавляющее большинство высотных объектов остекляется элементами высотой в этаж, т.е. 3000–4500 мм и шириной 1000–1800 мм. Габариты элементов определяются архитектурнопланировочными решениями и удобством их изготовления, транспортировки и монтажа. Они изготавливаются и остекляются в цеху, упаковываются, грузятся в металлические контейнеры открытого типа и доставляются на объект. Монтаж ведется квалифицированной бригадой из 6–8 человек с помощью подъемника или крана. Наружные леса и подмости не используются – при установке и закреплении модулей 3–4 монтажника находятся с внутренней стороны здания.

Элементное строительство не имеет альтернативы с точки зрения скорости и качества возведения фасадной оболочки. В большинстве случаев такой метод безоговорочно принимается инвесторами, архитекторами и конструкторами. Вот его преимущества:

• стандартизация элементов на этапе проектирования, высокое качество сборки, четкий контроль в процессе изготовления, выходной контроль качества;
• монтаж на стройке с меньшим количеством рабочих операций, что значительно снижает “влияние человеческого фактора” (появление брака);
• сроки строительства практически не зависят от погодных условий, так как конструкции изготавливаются в производственном цеху;
• используется поэтажный способ монтажа, следовательно, при “закрытом контуре” возможно проведение отделочных работ на более ранней стадии;
• более ранняя готовность к заселению и началу эксплуатации, быстрый возврат инвестированных средств.
• Необходимо сказать и о преимуществах, которые получает предприятие­изготовитель фасадов элементного типа:
• благодаря высокой степени предварительной сборки в цеху обеспечивается наилучшее качество конструкций, следовательно, вероятность возникновения рекламаций сводится к минимуму;
• проще калькулировать затраты, поскольку заводскую сборку можно лучше спланировать и проконтролировать, чем монтаж на стройплощадке;
• требуются минимальные площади для приобъектного складирования;
• снижаются затраты благодаря укороченным срокам монтажа, отсутствуют расходы на установку лесов и подмостей;
• благодаря контейнерному способу транспортировки и поэлементному монтажу снижается риск боя стекла;
• более быстрая сдача выполненных работ, предоставление отчетности заказчику и получение оборотных средств.

Процесс изготовления фасадов для остекления высотных объектов существенно отличается от производства традиционных стоечно­ригельных фасадов, окон и дверей. Производитель несет более высокие затраты по обеспечению бесперебойного снабжения объекта, производственной и транспортной логистики, поскольку элементы должны изготавливаться и поставляться на стройплощадку в заданной последовательности и точно в срок. Ему потребуется покупка оборудования значительно более высокой производительности, цех большей площади для сборки и хранения стекла, готовых элементов, но главное — высококлассные специалисты. Следует понимать, что это не только инвестиции в основные средства и персонал предприятия, это единственно возможный способ обеспечить поставку необходимого количества элементов (качественных!) на объект. Слаженная бригада монтажников способна монтировать от 40 до 60 элементов фасада (250–400 м2) в день, следовательно, такое же количество должен ежедневно отгружать цех.

Несмотря на то что архитекторы каждый раз стараются придать облику своего объекта неповторимый внешний вид, существует классическая компоновка элементов по высоте. Их можно разделить на четыре условные зоны:

• верхняя зона (прозрачная) служит для естественного освещения помещения, иногда имеет заполнение жалюзийного типа, отклоняющее свет;
• средняя зона используется для визуальной связи с окружающей средой, естественного освещения и проветривания. В этой области обычно крепятся солнцезащитные затеняющие устройства;
• остекленная область парапета также служит для обзора. Однако в некоторых случаях у пользователей возникает ощущение дискомфорта или боязнь высоты, поэтому зона парапета может быть полностью или частично непрозрачной. Для заполнения этой области модулей используются стекло с трафаретной печатью, растровые ограждения перед стеклопакетом или между нитями остекления, жалюзи из тканого материала, фотогальванические элементы или термоколлекторы. Также в области парапета могут располагаться створки (клапаны) для естественной вентиляции;
• область по высоте межэтажных перекрытий предотвращает распространение шума, дыма и огня между соседними этажами, обеспечивает стыковку элементов. Как правило, она непрозрачна и заполняется стеклопанелью с наружным эмалированным стеклом или термопанелью с наружной отделкой из металла, полимера или камня.

С целью обеспечения планируемых показателей по теплоизоляции элементные ограждающие конструкции должны обладать максимально высоким, но экономически целесообразным сопротивлением теплопередаче. Исключается образование росы на внутренних поверхностях профилей и остеклении, для чего проводится термографическое моделирование сечений исходя из региональных климатических условий и планируемых температуры и влажности внутреннего воздуха.

Например, серийный элементный фасад Schьco SkyLine S65 может быть заполнен стеклопакетами толщиной до 52 мм, обеспечивающий R до 0,80ё0,85 м2·оС/Вт, и непрозрачными термопанелями с R =2,00–3,80 м2·оС/Вт, профили которого с термомостом глубиной 32–42 мм имеют термоизоляцию до 0,57 м2·оС/Вт.

Если после проведения расчетов проектной организацией потребуется повышение теплоизолирующих свойств профильной группы, например до 0,65ё0,70 м2·°С/Вт, имеется возможность адаптации типового решения к новым условиям, т. е. разработать так называемое объектное решение.

Кстати, индивидуально разрабатываемые объектные решения (учитывающие всю специфику региональных строительных норм и пожелания инвестора) часто оказываются дешевле серийных систем “из каталога”.

Герметизация стыка между элементами является одним из важнейших условий, обеспечивающих пригодность ограждающих конструкций данного типа для строительства высотных зданий. В элементном фасаде Schьco SkyLine S65 используется многопроходной принцип уплотнения. Горизонтально устанавливаются четыре контура уплотнения, два из которых раскатываются по всей длине смонтированного нижнего этажа и являются непрерывными. В вертикальный стык также уложены четыре уплотнительных контура: два наружных и два соединительных. Таким образом, создается трехкамерная система, обеспечивающая необходимую термическую изоляцию, водонепроницаемость при ливневой нагрузке до 900 Па и сопротивление ветровой нагрузке с допуском до 1320 Па (с увеличением до 1980 Па). В сочетании со звукоизолирующим остеклением система обеспечивает повышенную шумоизоляцию (например, до 41 Дб со стеклопакетом 6–12–9 VSG SF). Серийная система рассчитана для строительства зданий высотой до 100 м с соблюдением всех указанных изолирующих характеристик. Для применения фасадов элементного типа в зданиях с повышенной ветровой нагрузкой или выше 100 м инженеры Schьco могут провести доработку системы для достижения соответствия требуемым нормам и подтвердить пригодность испытаниями в аккредитованном DAP технологическом центре Schьco в Билефельде (Германия).

Опоры для навески фасадов такого типа на диски перекрытий крепятся в цеху к вертикальным профилям элемента посредством болтовых соединений. Вертикальные выступающие части опор имеют отверстия для зацепления при подъеме и одновременно служат для стыковки верхнего элемента с элементом нижнего ряда. Опора элемента навешивается на монтажную пластину, закрепленную монтажным болтом к закладной детали плиты перекрытия, сквозным или распорным анкером. Тип опоры выбирается в зависимости от веса элемента и способа его установки по диаграммам, приведенным в каталоге разработчика системы.

Выполнение противопожарных разрывов высотой не менее 1200 мм, нормируемых МЧС Беларуси и России, потребовало от конструкторов Schьco дополнительных доработок элементов системы SkyLine S65. Благодаря внутреннему армированию алюминиевых профилей, применению непрозрачной панели заполнения с огнестойкостью 90 мин и расширяющихся противопожарных лент был получен разрыв с тем же пределом огнестойкости, что подтверждено соответствующими протоколами испытаний. В данном конструктивном решении опоры также защищены от воздействия огня.

При проектировании фасадов высотных зданий в большинстве случаев используются моторные приводы для открывания окон и вентиляционных фрамуг. Последние, как правило, открываются наружу – открывание вовнутрь считается небезопасным для человека. Например, чтобы закрыть окно площадью 2 м2 во время сильного ветра, пользователю придется бороться с ветровой нагрузкой в 300 кг (150 кг/м2 х 2 м2).

В однониточных фасадах высотных зданий для обеспечения надежной эксплуатации фрамуги изготавливают верхнеподвесными или параллельно­отставными с минимально необходимым для комфортного проветривания вентиляционным зазором. Открывание обеспечивается цепным моторным приводом, который скрыто устанавливается в профиле. Управление окнами – индивидуальное или группами, однако всегда предусматривается возможность централизованного управления с пульта инженерной службы здания.

Применение в системах автоматизации высотных зданий датчиков температуры, дождя и силы ветра, качества внутреннего воздуха и задымления (противопожарной сигнализации), объединенных посредством интерфейса с управлением оконными блоками, считается стандартом. Для удобства объединения описанных устройств в единую цепь в Schьco SkyLine S65, например, предусмотрена система econnect, обеспечивающая устройство скрытой проводки кабелей внутри профилей и их штекерные соединения с внутренними электроприборами.

Несмотря на необходимость автоматизации фасадов зданий для обеспечения комфортного воздухообмена и управления солнцезащитными устройствами, при проектировании всегда используется принцип: “так много техники, насколько это необходимо, но так мало техники, насколько это возможно!”

Повышенное внимание при проектировании высотных зданий с большими площадями остекления уделяют обеспечению теплового и температурного комфорта, поскольку даже в регионах с умеренным климатом в летние месяцы наблюдаются случаи перегрева помещений.

Если на ранней стадии проектирования упустить важность данного вопроса или допустить ошибку в расчетах, через несколько лет тысячи квадратных метров могут оказаться невостребованными. Так, до конца 1980х годов многоэтажные здания часто выполнялись с глухим остеклением и внутренней солнцезащитой или с зеркальным остеклением. Климат в этих зданиях постоянно поддерживался с помощью кондиционеров и не зависел ни от солнца и холода, ни от ветра и шума.

Со временем такие устройства вызвали множество нареканий, был выявлен “синдром замкнутого пространства”. Оказалось, что полностью климатизированные здания могут “заболевать” и “заражать” своих обитателей. Существенной причиной этого являются недостаточная чистота воздухопроводящих элементов кондиционеров и отсутствие естественной вентиляции помещений.

Сегодня индивидуальные потребности человека, комфорт и низкое энергопотребление учитываются в значительно большей степени, чем 20–25 лет назад. Все чаще для обеспечения естественной вентиляции высотных зданий, а также с целью обеспечения звукоизоляции и теплового комфорта применяются так называемые двойные фасады (Doppelfassaden), которые также проектируются и изготавливаются с использованием принципа элементной сборки.

Как правило, двойные фасады имеют наружную нить из одинарного ламинированного закаленного стекла, воспринимающего ветровые и ливневые нагрузки, а также вентиляционные решетки (горизонтальные ламели) для забора наружного воздуха. Внутренняя изолирующая нить остекления обеспечивает герметичность, шумоизоляцию, гидро­ и теплоизоляционные свойства оболочки здания. В ней устанавливаются открываемые элементы для технического обслуживания и естественной вентиляции помещений. В светопрозрачной зоне в воздушном зазоре между двумя рядами остекления, как правило, устанавливаются солнцезащитные устройства (жалюзи, рольшторы).

Двойные фасады могут смягчить колебания давления, возникающие, например, при сильных порывах ветра. Но постоянное (статическое) давление на внешнюю нить фасада позволяет наружному воздуху беспрепятственно проникать в межниточное пространство и при открытых окнах распространяться по помещениям. Если внутренняя планировка предполагает разделение наветренной и подветренной сторон в пределах этажа (т.е. своевременно была предпринята оптимизация плана с точки зрения основных ветровых потоков), то статическое давление, как правило, не приносит никакого дискомфорта и при открытых окнах. Оно может воздействовать только на двери, затрудняя их открывание или препятствуя ему.

Двойные фасады разделяются на фасады с широко (300–800 мм) и узко расставленными (80–150 мм) нитями остекления и имеют множество типов компоновки, которые определяются способами вентиляции помещений и межниточного пространства.

Применение всех без исключения типов двойных фасадов требует разработки индивидуального проектного решения по обеспечению теплового комфорта, звуко­ и теплоизоляции, воздухообмена и солнцезащиты помещений и является следствием комплексного решения задач, поставленных проектировщиком и инвестором.