Инженерные расчёты при проектировании стеклянных фасадов зданий

Одной из самых заметных тенденций в сфере строительства общественных и коммерческих зданий за последние несколько лет стало использование стеклянных фасадов. Фасадное остекление многовариантно – от выбора различных видов стекла до разнообразия дизайнерских решений.

Особенности стеклянных фасадов

Фасадное остекление  придаёт зданию очень изысканный и высокотехнологичный вид. Разработчики и архитекторы считают стеклофасад наиболее предпочтительным вариантом, так как при этом обеспечивается беспрепятственный обзор окружающего дом пространства.

Имеются и практические причины:

1. Стекло снижает нагрузку на фундамент и, следовательно, делает здание легче.
2. Помещения становятся визуально более просторными, широкими, а длинные и яркие окна создают ощущение комфорта.
3. При правильном выборе типа стекла энергоёмкость сооружения снижается.
4. Уменьшение затрат на техническое обслуживание – достаточно ежемесячной мойки.

Вместе с тем стеклофасады накладывают на проектировщиков и эксплуатационников ряд дополнительных требований:

• Необходимо соблюдать осторожность при выборе чистящих средств, поскольку некоторые кислоты, используемые для обработки керамики или камня, могут растворять стеклянные поверхности и безвозвратно их повредить;
• Правильный выбор фасадных систем должен минимизировать тепловые потери в здании и входящие в него акустические потоки;
• Стекло генерирует высокий уровень солнечного излучения, которое, в свою очередь, задерживает тепло и повышает температуру. Это приводит к появлению парникового эффекта, что, в свою очередь, увеличит расходы на кондиционирование помещений.

Решение большинства из этих проблем заключается в применении различных видов стёкол с хорошей изоляцией, чтобы избежать проникновения тепла и звука в здание. Среди экологически чистых вариантов — многослойные и закалённые стёкла, материалы, имеющие  особые поверхностные покрытия и т.п.

Методы инженерного расчёта фасадного остекления

Проектирование фасадных систем производится с учётом следующих факторов:

1. Хрупкости стекла, что увеличивает требования к прочности и функциональности крепления несущих конструкций.
2. Принятой схемы фасадного остекления.
3. Ветровых нагрузок на фасад, зависящих от климатической зоны возведения здания.
4. Последовательности выполнения монтажных работ.

Несущие конструкции

Ввиду сложности каркаса стеклофасада его изготавливают из алюминиевых или – реже – титановых сплавов. Такие материалы обладают малой плотностью, стойкостью против коррозии, лёгкостью при установке. От стальных каркасов в современных проектных решениях постепенно отказываются.

Типовыми элементами каркаса являются стойка (вертикальная опора) и фрамуга (горизонтальная опора).Листовое стекло прикрепляется при помощи нормализованного крепежа и уплотняется стекловолокном.

Наименее трудоёмкий в установке – модульный/блочный вариант, который может быть предварительно смонтирован на заводе-изготовителе и затем установлен на здании. Трудозатраты при этом минимальны.

Расчёт и последующая сборка металлоконструкций фасада

Алгоритм сборки  прорабатывается заранее, поскольку любые изменения на объекте учесть очень трудно.

Сборка производится в определенной последовательности, чтобы обеспечить правильную беззазорную посадку модулей в подготовленные посадочные места. В фасадной системе блочного типа производитель должен полагаться на квалифицированных монтажников, которые обеспечат правильную установку уплотнений между разделёнными стойками.

При инженерных расчётах каркаса определяются следующие параметры:

• Уровень и распределение напряжений в стойках и фрамугах;
• Фактическая пространственная жёсткость каркаса;
• Нагрузки в элементах каркаса.

По результатам расчёта проводится анализ силовых факторов, действующих на каркас конструкции, которые сравниваются с нормативными показателями предела текучести материала.

 Расчёт фасадного остекления

Желаемые виды фасадных систем разрабатывают дизайнеры, учитывающие эскизные предложения заказчика. Окончательный вариант должен выдерживать все внешние нагрузки, а также препятствовать проникновению воздуха и воды внутрь здания. Для каждого из стеклянных модулей определяются:

• Толщина стекла;
• Допустимые воздушные зазоры;
• Прогиб стеклополотна под нагрузкой;
• Максимально допустимое центральное отклонение стекла в каждом из модулей;
• Сдвигающие усилия на крепёж.

Точный расчёт перечисленных факторов – довольно трудоёмкая задача, поэтому пользуются компьютерными программами расчёта фасадного остекления. Наиболее совершенной из них является программа CallumenLive  от французской компании  Saint Gobain.