Светопрозрачное стеновое заполнение высотных зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИИ?СКОИ? ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИИ? ГОСУДАРСТВЕННЫИ? АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫИ? УНИВЕРСИТЕТ» (ННГАСУ)

Светопрозрачное стеновое заполнение высотных зданий

Выполнил:

Студент V курса, гр. СУЗ-09а Бугрова К.О.

г. Н.Новгород, 2020 год

Введение

Навесными светопрозрачными фасадами (навесными наружными стенами) в широком понимании называют ненесущие ограждающие конструкции здания, которые «висят» на несущем каркасе здания подобно занавесу или шторе. Поэтому в англоязычной технической литературе эти стены так и называют «curtain wall». Навесные фасады не только преобразили внешний облик городов, но и изменили весь комплекс технических характеристик зданий, особенно с точки зрения энергосбережения и обеспечения комфорта для людей. Концепция навесных стен остается одной из самых устойчивых концепций современной теории архитектуры и поэтому с конца 19-го века ненесущие фасады являются основой практически всех модернистских архитектурных течений [5].

1. Определение светопрозрачных фасадных конструкций

ГОСТ 33079-2014 определяет светопрозрачные фасадные конструкции как «наружные ненесущие стены, состоящие из каркаса, крепежных элементов, уплотнителей и светопрозрачного и/или непрозрачного заполнения». Ниже наряду с термином «светопрозрачная фасадная конструкция» будем для краткости применять также такие выражения как «светопрозрачный фасад», «навесная стена» и просто «фасад» [2].

Словами «светопрозрачный» и «стена» светопрозрачные навесные фасады отделяются от навесных вентилируемых фасадов, которые также являются навесными, но не являются светопрозрачными и не являются стенами

В самом общем понимании светопрозрачная фасадная конструкция -- это рамная конструкция, которая может включать большое разнообразие материалов, форм и функций. Не смотря на множество внешних форм и видов, в основе большинства светопрозрачных навесных стен лежат одни и те же фундаментальные конструкционные принципы (рисунок 1).

Рисунок 1 -- Типичная светопрозрачная фасадная конструкция [2]

Основными компонентами навесных светопрозрачных фасадов являются вертикальные стойки, горизонтальные ригели, панели заполнения и элементы крепления. Стойки и ригели, которые обычно изготавливают из прессованных алюминиевых профилей, образуют несущий каркас навесного фасада. Этот каркас является аналогом несущего каркаса здания из колонн и балок.

Стойки, как правило, устанавливают вертикально от одного этажа до следующего этажа с горизонтальными ригелями между смежными стойками. Таким образом, стойки и ригели образуют каркас, в который устанавливаются панели заполнения -- стеклянные, металлические, каменные, а также из других материалов.

2. Нормативы проектирования светопрозрачных конструкций

При устройстве остекления от пола, в т.ч. светопрозрачной навесной фасадной системы со сплошным остеклением фасада, необходимо с внутренней стороны предусматривать ограждения высотой не менее 1,2 м.

Допускается не устраивать указанное ограждение при условии остекления противоударным стеклом. При этом безопасность данного решения должна обеспечиваться тем, что элементы остекления, а также система его крепления к зданию предусматривают восприятие расчетных ударных нагрузок на стекло изнутри помещений [6].

Жесткость и прочность конструктивных элементов окон и светопрозрачных навесных фасадных конструкций при расчете на ветровую нагрузку устанавливают в соответствии с требованиями нормативных документов на данный вид продукции и СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия».

Толщину стекол выбирают в зависимости от площади, соотношения сторон поля остекления и значения ветровой нагрузки с учетом всех ее составляющих. При этом на высоте более 75 м толщину наружных стекол принимают не менее 6 мм.

Остекление высотных зданий следует выполнять с использованием закаленного, термоупрочненного либо многослойного стекла, не допускающего травмирования людей, находящихся как внутри помещений, так и снаружи, от поражения осколками стекол и фрагментами перечисленных элементов в случае разрушения светопрозрачных конструкций, в т.ч. при ЧС.

Как правило, в зданиях высотой более 100-120 м применяют глухие неоткрывающиеся створки.

При расположении окон выше 75 м допускается применять следующие их разновидности:

- окна с глухими неоткрывающимися створками и воздушными клапанами, размещаемыми в окнах либо наружной стене;

- окна с глухими нижними створками и открывающейся фрамугой;

- окна с открывающимися внутрь створками и расположенным снаружи светопрозрачным защитным экраном, имеющим сверху и снизу воздушные щели;

- окна с выдвигаемыми наружу на 100-150 мм параллельно плоскости фасада переплетами.

Например, башни комплекса «Федерация» ММДЦ «Москва Сити» имеют остекление:

- башни «Восток» и «Запад»: наружный слой - триплекс 6+6 мм (одно - низкоэмиссионное стекло), внутренний слой - закаленное стекло 8 мм;

- башня «Эволюция»: наружный слой - триплекс 6+8 мм, внутренний слой - закаленное стекло 8 мм.

Воздушный промежуток заполнен инертным газом (аргон и т.п.). Стекла имеют энергосберегающее напыление разных типов для снижения теплопотерь зимой и недопущения перегрева летом.

3. Заполнение

Наиболее часто в фасадном каркасе устанавливают заполнение из стекла, обычно с помощью резиновых уплотнителей или силиконовых герметиков (рисунок 2), а также иногда с помощью точечных крепежных элементов (рисунок 3).

Рисунок 2 -- Остекление стоечно-ригельного фасада: по горизонтали -- декоративная крышка, по вертикали -- структурный силиконовый герметик [1]

Рисунок 3 -- Остекление, поддерживаемое точечными креплениями из нержавеющей стали [1]

Металлические или каменные панели заполнения могут потребовать дополнительных крепежных элементов, чтобы поддерживать значительный вес этих панелей.

Панели заполнения подразделяют на прозрачные и непрозрачные. Прозрачные панели -- это в основном изделия из стекла, непрозрачные панели -- из стекла, металла, камня, терракоты и других материалов, сзади которых обычно располагается воздушная полость, герметичный короб и тепловая изоляция.

4. Кронштейны крепления

Вся конструкция из стоечно-ригельного каркаса и панелей заполнения прикрепляется к несущей строительной конструкции системой кронштейнов. Типичными кронштейнами навесного фасада являются стальные уголки или швеллеры (см. рисунок 1) со специальными мерами по защите их от коррозии. Эти кронштейны передают ветровые и статические нагрузки от навесного фасада на несущий строительный каркас. Система крепления навесной стены позволяют компенсировать отклонения от номинальных размеров, как несущей конструкции, так и самого навесного фасада путем регулировки в трех измерениях (осях x, y и z).

5. Стандартные и специальные системы навесных стен, их виды

Системы навесных стен можно классифицировать как стандартные и специальные. Большинство производителей навесных стен предлагают стандартные системы, различные компоненты которых можно просто выбрать из каталога. Эти системы имеют заранее проработанные узлы, которые прошли все необходимые испытания. Такие системы обычно являются более дешевыми. Обычно они имеют возможность выбора типов своих компонентов по конструкции стеклопакетов, несущей способности стоек и ригелей, свойствам материалов заполнения и т. д. Стандартные системы обычно выбирают для маломасштабных или малобюджетных проектов или для навесных стен без особых уникальных характеристик или эстетических требований.

Для уникальных зданий с крупным финансированием разрабатывают специальные системы, чтобы обеспечить специфические технические требования или особое эстетическое выражение. Специальные системы требуют обширных испытаний и контроля качества как в ходе проектирования, так и в процессе строительства. В отличии от них стандартные системы уже прошли полный цикл необходимых испытаний и поэтому требуют только ограниченного объема испытаний и проверок в процессе строительства.

Кроме того, что навесные стены подразделяются на стандартные и специальные, они еще классифицируются по методу их изготовления и монтажа. Хотя встречаются и смешанные системы, большинство навесных стен относятся к двум основным категориям: ригельно-стоечные фасады и модульные фасады, однако в современное время широкое распространение получили так же структурная система, полуструктурная система, спайдерное (планарное) остекление, вантовая спайдерная система (стойки и тросы). Рассмотрим все эти виды подробнее.

Стоечно-ригельные системы

В стоечно-ригельных фасадах отдельные детали монтируются одна за другой -- стойка за стойкой, ригель за ригелем -- непосредственно на строительной площадке (рис. 4).

Сначала вертикальные стойки закрепляют на несущей конструкции здания, затем между ними устанавливают ригели и в конце -- панели заполнения вместе с другими вспомогательными деталями, такими как устройства для затенения или декоративные детали. Большинство стоечно-ригельных систем являются стандартизированными, готовыми комплектами деталей, которые всегда доступны для поставки со склада. Это обеспечивает им относительно низкую стоимость по сравнению со специальными, часто уникальными, системами.



Рисунок 4 -- Монтаж стоечно-ригельного навесного светопрозрачного фасада [1] (1 - ригель; 2 - стойка; 3 - кронштейн; 4 - закладной соединительный элемент; 5 - светопропускающее заполнение; 6 - строительное основание).

Другим преимуществом стоечно-ригельных систем является низкая стоимость их доставки на строительную площадку, так все ее компоненты легко и компактно упаковываются и могут доставляться на место отдельно.

Основной недостаток стоечно-ригельных систем вытекает из метода их монтажа на строительной площадке, а именно, более медленным темпом работ, большой долей стоимости рабочей силы и повышенного потенциала для проблем с качеством и точностью выполнения работ, по сравнению с заводской сборкой. Поэтому стоечно-ригельные навесные стены обычно ограничиваются зданиями малой и средней высоты [4].

Модульные системы

Модульные системы навесных стен состоят из готовых модулей, которые собираются в контролируемых заводских условиях и затем доставляются на строительную площадку (рисунок 5). Типичная модульная единица навесного фасада имеет ширину от 1,2 до 3 метров и высоту в один или два этажа с креплением за каждое междуэтажное перекрытие или несущие балки.



Рисунок 5 -- Монтаж модульной светопрозрачной навесной стены [1]

Каждая модульная фасадная панель прибывает на строительную площадку уже полностью застекленной и готовой к монтажу. Поэтому монтажные работы на строительной площадке сводятся к минимуму. К преимуществам модульных систем относится также более жесткий контроль качества в процессе изготовления и более быстрый монтаж на стене здания. Кроме того, модульные системы обладают большей способностью компенсировать перемещения здания под воздействием прогибов, ветровых нагрузок и температурного расширения-сокращения.

К недостаткам модульных систем относится более высокая стоимость их доставки на строительную площадку и необходимость последовательного монтажа.

Дело в том, что смежные стеновые модули соединяются друг с другом специальными замками (см. ниже рисунок 8) и поэтому должны монтироваться в особой последовательности, тогда как стоечно-ригельные системы позволяют монтировать стены более свободно. Модульные фасадные системы обычно выбирают для высотных и очень больших зданий, а также в некоторых случаях при строительстве малоэтажных зданий при наличии достаточного финансирования [4].

Структурная система

Структурное остекление фасадов - это новейшая технология крепления стеклопакетов, которая позволяет создать единую поверхность из стекла без каких-либо видимых прижимных элементов.

Данная технология позволяет архитекторам воплощать в реальность своим самые изысканные проекты. С таким современным фасадом любое здание выглядит элегантно и стильно (рис. 6).

Благодаря структурному остеклению стирается грань ограждающей конструкции, что позволяет проникать внутрь большому количеству солнечного света. Из-за отсутствия видимых крепежных элементов фасад здания выглядит монолитным без щелей и зазоров, в следствие чего он меньше загрязняется и забивается пылью.

Рис.6. Общий вид структурного остекления.

Структурные фасады ничем не уступают по своим звукоизоляционным свойствам, характеристикам теплопроводности, водонепроницаемости и долговечности обычным фасадам.

При структурном остеклении стеклопакеты крепятся на силиконовый герметик двумя способами: двухсторонним и четырехсторонним.

Двухстороннее крепление осуществляется следующим способом: на несущую конструкцию крепятся вертикальные и горизонтальные крепежные элементы.

На структурный силиконовый герметик приходится подвижная нагрузка, которая распределяется на две стороны. С двух других сторон нагрузку принимают механические крепления.

При четырехстороннем способе крепления с помощью герметика склеиваются все стороны стеклопакета. В зависимости от проекта собственный вес конструкции воспринимается либо несущими ребрами, либо силиконовым слоем (рис. 7).

При структурном остеклении фасада предъявляются особые требования, которые должны обеспечивать абсолютную жесткость каркаса. Перед началом работ осуществляется обработка конструкции для того, чтобы между стеклами были минимальные швы размером 1-2см, необходимые для компенсации температурных колебаний. Прогибов плит перекрытия не допускается [6].

Рис. 7. Конструктивная система структурного остекления.

Главной особенностью структурного остекления является отсутствие механических креплений, т.к. несущей конструкцией является силиконовый герметик. Расстояние между стеклопакетами не превышает двух сантиметров и благодаря единому цвету создается ощущение монолитного фасада, сделанного из цельного стекла.

Важная особенность структурного остекления заключается в особых стеклопакетах, которые имеют стекла разного размера. Так, наружное стекло в них длиннее внутреннего за счет чего оба стекла одновременно приклеиваются к опорной раме, тем самым повышая прочность конструкции.

Обычно, снаружи используют закаленное стекло, а внутри - триплекс.

Полуструктурная система

Полуструктурное остекление является одной из вариаций стоечно-ригельной конструкции с элементами структурной системы. Как и в стандартной стоечно-ригельной системе, здесь используется несущая конструкция из вертикальных и горизонтальных профилей, однако типичные для стоечно-ригельной системы широкие прижимные планки здесь не используются (рис. 8). Структурный стеклопакет - что и роднит полуструктурную систему со структурной - фиксируется к стоечно-ригельному каркасу при помощи дистанционной рамки, а наружные швы герметизируются силиконом. Визуально такая конструкция практически неотличима от более дорогой структурной системы. Однако, в отличие от стоечно-ригельной конструкции, полуструктурная система предусматривает также возможность крепления крупногабаритных стеклопакетов при помощи узкой прижимной планки. В этом случае применяются не структурные, а обычные стеклопакеты, что значительно удешевляет систему [5].

Достоинствами полуструктурной системы являются:

· Элегантная сплошная стеклянная поверхность или поверхность с дополнительным объемом по вертикали или по горизонтали (если использованы внешние декоративные накладки);

· Меньшая стоимость (на 10-15% ниже) в сравнении со структурной системой остекления;

· Высокая степень защищенности от агрессии внешней среды, влаги, ветра, что дает возможность создания наклонных фасадных конструкций;

· Возможность использования крупногабаритных стеклопакетов - до 3000х3000 мм;

· Допускается присутствие открывающихся элементов (створок, люков);

· Простота монтажа на объектах повышенной этажности за счет возможности установки светопрозрачных элементов изнутри здания.

· Высокая светопропускаемость стекла;

· Долговечность: срок службы более 50 лет

Рис. 8. Конструктив полуструктурной системы.

Спайдерное (планарное) остекление

Технология остекления фасадов спайдерного типа имеет свои отличия. Монтаж на несущие конструкции происходит точечным методом с применением специальных крепежных элементов «спайдеров» (рис. 9, 10).

Прикрепляются они сборными элементами - анкерами и болтами, иногда используют сварку. Особенностью спайдерного остекления является отсутствие опирания стеклопакета на раму. Для герметизации системы используют силиконовый раствор.

Несущая конструкция из металла делается в виде балки, арки или купола.



Рис. 9. Общий вид спайдерного остекления.

Различают несколько видов спайдерного остекления:

· Ригельные системы. Для установки конструкций используются соединительные элементы, а также профили разного сечения. Цена этого варианта самая низкая из всех спайдерных систем.

· Вантовые системы. Для этого типа используются ребра из стекла, на которые крепятся спайдеры. Для этого типа необходим больший расход стекла, но при этом прочность конструкции не уменьшается.

· Тросовая или стержневая система. Это самая сложная для установки система, но наиболее мобильная. Для монтажа стекла применяются стержневые и тросовые элементы. При этом нагрузка равномерно распределяется по всей конструкции.

Преимущества:

· легкость и прозрачность конструкции;

· возможность возвести конструкции большого размера;

· высокая пропускная способность света, которая позволяет экономить электроэнергию и улучшает условия труда офисных работников;

· прочность. В изготовлении «спайдеров» используют высоколегированную сталь;

· безопасность. В остеклении используют закаленное стекло или триплекс.

· стойкость к коррозии;

· легкость в уходе и ремонте.

Рис. 10. Продольное и поперечное сечение спайдерного остекления.

Вантовая спайдерная система (стойки и тросы)

Данный вид светопрозрачных фасадов появился совсем недавно, но быстро стал престижным. Является он разновидностью спайдерной системы остекления.

Технология крепления исключает соединение стеклопакетов с помощью рам и перегородок. Они монтируются точечным способом с помощью натяжных конструкций (рис. 11).

В безрамном остеклении фасадов стеклу предъявляют особые требования, ведь на него приходится основная часть нагрузки. Помимо хорошей пропускной способности света, оно должно быть прочным. Поэтому используют закаленное стекло или триплекс.

Как и в спайдерной системе, вантовое остекление фасадов зданий имеет разные геометрические формы и размеры. Поверхность стен может быть плоской, а также криволинейно гладкой.

Сфера их применения: остекление памятников архитектур, обычных и двойных фасадов, офисных перегородок, производство стеклянных козырьков, навесов и крыш.

Рис. 11. Общий вид вантовой спайдерной системы.

Преимущества:

· Широчайшие возможности в плане выбора дизайнерских решений;

· Высокая несущая способность конструкции, упругость и гибкость тросов, находящихся под напряжением, позволяет противостоять абсолютно любым ветровым и термическим нагрузкам (для справки: вантовый принцип используется для укрепления мачт на парусных судах);

· Большой выбор элементов остекления;

· Система нивелирует статические и динамические нагрузки, равномерно перераспределяя их по всей конструкции (рис.12);

· Длительный срок службы с сохранением физических характеристик;

· Высокая ремонтопригодность, простота в обслуживании.

Рис. 12. Конструктив вантовой спайдерной системы.

Джамбо-осекление

Джамбо-стекло отличается от панелей стандартного формата, которые используются при традиционном остеклении фасадов, не только большими размерами, но и своими свойствами. Для производства таких изделий применяются крупногабаритные толстые стекла, имеющие улучшенные оптические характеристики и высокую прочность. Панели формата «jumbo» дополнительно полируются и обеспечивают хорошую теплоизоляцию объекта.

Энергоэффективность и роскошный вид объектов с глянцевой фасадной плоскостью - основные, но не единственные достоинства джамбо-стекол. К важным преимуществам этих изделий также относятся: отличная звукоизоляция - толстые стекла значительно лучше поглощают шум; светопропускная способность до 95%; простота в уходе - отполированная поверхность медленнее загрязняется и проще отчищается. При большом количестве достоинств у стекол «jumbo» имеются и некоторые недостатки. Они не являются критическими и являются скорее объективными издержками производственного процесса. Минусами таких изделий считают их большой вес, высокую стоимость и дорогостоящий монтаж, требующий привлечения спецоборудования и высококвалифицированных кадров.

Новые технологии и современный формат, который имеет необработанное джамбо-стекло, позволяют выполнить заказы по изготовлению изделий еще больших размеров. Благодаря этому расширяются возможности архитекторов, дизайнеров интерьеров и строителей, использующих в своей работе панели из стекла с площадью более 7,5 мІ. На текущий момент в качестве исходного материала используется стекло джамбо, размер которого составляет 6000х3210 мм, но и это ограничение не вечно, и габариты со временем могут быть увеличены (рис.13).

Рис. 13. Общий вид системы Джамбо-остекления.

6. Алюминиевые профили для навесных стен

Различия в методах монтажа между двумя системами: модульной и стоечно-ригельной, становятся понятными при сравнении деталей их конструкции. Вертикальные и горизонтальные элементы каркаса в обоих типах конструкции состоят из прессованных алюминиевых профилей, которые проходят вертикально от одного этажа до другого на расстоянии около 1,5 м. Типичное заполнение проемов в обоих случаях -- это однокамерные стеклопакеты. Алюминий как строительный материал обладает высоким отношением прочность/вес, что очень важно для создания легких ограждающих конструкций здания. Кроме того, алюминий хорошо воспринимает различные виды защитно-декоративных покрытий, такие как окраска (жидкая и порошковая) и анодирование.

Главное преимущество алюминия заключается в том, что легко поддается экструзии. Этот процесс заключается в том, что нагретый алюминий продавливается через специальные матрицы с образованием профилей со сложным сечением. Стойки и ригели стоечно-ригельных систем прессуются в виде прямоугольных коробчатых профилей со специальными пазами для установки уплотнителей. Вертикальные стойки закрепляют кронштейнами к междуэтажным перекрытиям, а уже на них устанавливают горизонтальные ригели.

В образовавшиеся проемы устанавливают стеклопакеты и прикрепляют их к стоечно-ригельному каркасу специальными прижимными планками винтами-саморезами. Давление, которое передается от прижимных планок на стеклопакеты через уплотнители, обеспечивает их надежное крепление к алюминиевому каркасу. Прижимная планка обычно отделяется от стойки и ригеля пластиковым или резиновым терморазрывом, чтобы снизить потери тепла в зимнее время. Снаружи на прижимную планку обычно устанавливается самозащелкивающаяся крышка, которая также представляет из себя алюминиевый профиль. Эта крышка скрывает детали крепления прижимной планки и обеспечивает каркасу декоративный вид (рис. 14).

Рис. 14. Состав стоечно-ригельного светопрозрачного навесного фасада [2]

Вертикальная стойка в стоечно-ригельной системе -- это один цельный профиль (рис. 15). В отличие от него в модульном фасаде вертикальный элемент состоит из двух смежных элементов соседних модулей, которые образуют замковое соединение (рис. 16). Иногда такую вертикальную стойку называют динамической потому, что она позволяет некоторое относительное перемещение между смежными модулями под воздействием температурного расширения или сокращения. Это дает модульной системе в целом большую гибкость по сравнению со стоечно-ригельной системой.

Элементы фасадных конструкций воспринимают значительные по величине ветровые нагрузки, собственный вес заполнения и температурные напряжения, в связи с чем выбор материала несущих элементов систем достаточно ограничен. Как правило, это сталь, нержавеющая сталь, алюминиевые сплавы.[1] В настоящее время большинство разработчиков фасадных профильных систем в качестве материала используют алюминий, обладающий по сравнению с другими рядом значительных преимуществ:

· высокой механической прочностью при малой плотности (т.н. удельной прочностью);

· высокой коррозионной стойкостью;

· хорошей обрабатываемостью и пластичностью;

· высокой хладостойкостью (большим интервалом температур эксплуатации);

· отсутствием искр при ударе (пожаробезопасностью);

· отсутствием намагничиваемости.

Алюминиевые профили, составляющие основу архитектурных фасадных систем, изготавливаются методом горячего прессования по ГОСТ 22233-2001 Профили прессованные из алюминиевых сплавов для светопрозрачных ограждающих конструкций. Технические условия.

Рисунок 15 - Поперечное сечение стоечно-ригельного светопрозрачного навесного фасада [5]



Рисунок 16 -- Поперечное сечение модульного светопрозрачного навесного фасада [5]

7. Герметизация стыков

Чтобы обеспечить герметичность стыков между двумя модулями применяют уплотнители. Вариант модульной стены, который показан на рис. 16, включает так называемое структурное остекление, когда стеклопакет «вклеивается» в свою раму с помощью высокопрочного силиконового герметика вместо уплотнителя, прижимной планки и крышки, как это показано на рис. 16. Структурное остекление дает декоративный эффект непрерывной плоской стеклянной поверхности за счет минимума видимых алюминиевых профилей.

Известно, что при применении силиконовых герметиков необходима высокая культура производства и жесткий контроль качества. Поэтому структурное остекление применяют в основном только при применении модульных систем навесных стен, которые изготавливаются в контролируемых заводских условиях. По этой причине применение структурного остекления для стоечно-ригельных систем, которые полностью монтируются в условиях строительной площадки весьма ограничено, но, тем не менее, применяется (см. например, рисунок 2).

Необходимо отметить, что модульные системы могут также применять более традиционные методы остекления с прижимной планкой и наружной крышкой. Материалом для рамных элементов большинства навесных стен являются прессованные алюминиевые профили из сплавов 6060 и 6063, однако в специальных системах навесных стен возможно применение и других материалов, например, нержавеющих сталей.

8. Защита строительного крепежа от коррозии

Последствия ошибок при выборе материала крепежа без учета его коррозионной стойкости могут быть различными: от некрасивых пятен на фасаде до катастрофических разрушений строительных конструкций. Так, частой ошибкой является применение анкерных болтов из оцинкованной углеродистой стали для наружных конструкций или конструкций, которые находятся в условиях повышенной влажности. Обычное цинковое покрытие -- электролитическое -- можно применять только в сухих внутренних помещениях или на очень короткий срок во влажных условиях. Даже известные марки нержавеющей стали 304 и 316, которые считаются идеальными для большинства видов коррозионных наружных условий, также имеет свои ограничения в некоторых экстремальных условиях.

Ниже представлены основные положения инструкции (Guidance Note) британской Ассоциации строительного крепежа (Construction Fixing Association), признанного европейского авторитета по строительному крепежу [8].

В таблице 1 представлены рекомендации для применения анкерных болтов из различных материалов в типичных условиях их работы для крепления деталей или кронштейнов, которые совместимы с ними с точки зрения контактной коррозии.

Таблица 1 -- Материалы и защитные покрытия анкерных болтов в различных атмосферных условиях

Самым важным выводом из таблицы 1 является то, что обычный, электролитически оцинкованный крепеж можно применять только в условиях сухих внутренних помещений или на очень короткий срок во влажных внутренних условиях.

Для строительного крепежа характерны шесть типов коррозионных повреждений [9]:

· атмосферная коррозия;

· точечная коррозия (питтинг);

· контактная коррозия (часто называется гальванической коррозией);

· щелевая коррозия;

· коррозия под напряжением (коррозионное растрескивание);

· снижение коррозионной стойкости нержавеющих сталей под воздействием высоких температур.

Потенциальными факторами, которые оказывают влияние на коррозионную стойкость крепежа, являются:

· тип металла;

· влажность;

· присутствие загрязняющих веществ;

· температура;

· напряжения;

· особенности конструкции, например, узкие щели и стыки.

Атмосферная коррозия

Крепеж из оцинкованной углеродистой стали может применяться в наружных строительных конструкциях только при ограничении требуемого срока службы и незначительной степени загрязнения окружающей среды.

Для большинства атмосферных условий при длительном сроке службы в сельских и городских регионах с низкой концентрацией хлоридов рекомендуется применять крепеж из нержавеющей стали марки А2.

Для городских районов с повышенным содержанием хлоридов, промышленных или прибрежных районов рекомендуется применять нержавеющую сталь марки А4 (см. таблицу 1).

Точечная коррозия

Точечная коррозия -- это локальное разрушение пассивированного слоя на таких материалах как нержавеющая сталь и алюминий (алюминиевые сплавы). Этот тип коррозии проявляется в виде образования отдельных язвинок (ямок), которые при небольшой толщине изделия могут приводить к образованию сквозных отверстий. Точечная коррозия обычно начинается в результате химического загрязнения, например, морской водой и другими хлоридами.

Меры предотвращения точечной коррозии:

· Обеспечивать достаточную толщину крепежных компонентов.

· Избегать загрязнения поверхности посторонними коррозивными материалами, например, стальной стружкой.

· Применять нержавеющую сталь марки А4 для загрязненных атмосферных условий (см. таблицу 1).

· Для особо агрессивных условий эксплуатации «специальные» марки нержавеющей стали (см. 4.5.3).

Контактная коррозия

Иногда называется биметаллической коррозией.. Она случается, когда два различных металла находятся в электрическом контакте в присутствии электролита, например, дождевой воды.

Металл, который является менее «благородным» в гальваническом ряду, будет корродировать быстрее, чем это было бы, если бы он был изолирован от другого металла. Именно благодаря этому эффекту цинковое покрытие защищает сталь. Если поцарапать цинковое покрытие или удалить его на небольшой поверхности, то происходит следующее. Цинк, который является менее благородным, чем сталь, корродирует быстрее, тогда как коррозия стали замедляется и, таким образом, она оказывается защищенной от коррозии.

Когда цинковое покрытие удаляется с большой поверхности, то происходит обыкновенная атмосферная коррозия. Выбор соотношения площадей анода и катода -- менее благородного и более благородного металлов -- является одним из рычагов для снижения скорости коррозии. Если более благородный металл имеет относительно большую площадь, то менее благородный металл будет корродировать быстрее. Влияние на скорость коррозии крепежа, который находится в контакте с другими металлами, показано в таблице 2 для сельских и городских районов.

Таблица 2 -- Гальваническое влияние контакта на скорость коррозии крепежа в сельских и городских районах

Меры предотвращения контактной коррозии

Необходимо выбирать материал крепежа и скрепляемые материалы, которые или идентичны, или имеют рейтинг в таблице 2. Если это невозможно, то необходимо или полностью исключить попадание воды в крепежное соединение или электрически изолировать материалы друг от друга с помощью неметаллических шайб или втулок или другим способом.

Щелевая коррозия

Щелевая коррозия возникает в растворах, содержащих хлориды, когда узкие щели или трещины ограничивают к металлу доступ кислорода, но позволяют доступ раствора. Этот вид коррозии может поражать даже нержавеющие стали, которые являются очень стойкими к общей атмосферной коррозии.

Щелями, которые вызывают этот вид коррозии, могут быть стыки между шайбами и гайками (или головками болтов) и материалом, которые они скрепляют.

Загрязнения, такие как остатки цементного раствора, песка или накопленная грязь могут способствовать к щелевой коррозии.

Для предотвращения щелевой коррозии необходимо исключить загрязнение мест крепления цементным раствором, песком и другими строительными веществами, и избегать образования застоя воды на элементах конструкции.

Коррозия под напряжением

Конструкции крыши плавательных бассейнов особенно склонны к такому виду коррозии. Напряжения могут вызываться, например, затяжкой болтов, а также быть остаточными от холодной обработки или термических циклов при сварке крепежных приспособлений. Результат коррозии под напряжением не виден невооруженным взглядом, так как имеет вид очень тонких трещин, которые могут приводить к катастрофическому разрушению.

Традиционным советом для конструкций, подобных плавательным бассейнам, является применение крепежных элементов из углеродистой стали с защитным лакокрасочным покрытием. Это означает, однако, что потребуется периодический осмотр и ремонт этих лакокрасочных покрытий.

Нержавеющие стали под воздействием высокой температуры

· Нержавеющие крепежные изделия нельзя сваривать.

· Нельзя шлифовать нержавеющие детали, если они будут применяться в крепежных элементах.

· Если шлифовка применяется для укорачивания шпилек, то нужно не допускать их контакта с другими нержавеющими деталями.

Когда крепежные изделия применяют снаружи для короткого (до 2 лет) или среднего срока (до 10 лет) срока службы необходимо предусмотреть, что с ними делать после окончания их срока службы. Если крепеж нельзя будет извлечь из конструкции, и он будет оставлен на своем месте или срезан заподлицо с поверхностью, то лучше избегать анкерных болтов из углеродистой стали, так они будут ржаветь с увеличением объема, что может привести к повреждению конструкции. В таких случаях нужно применять крепеж, который предназначен для длительного срока службы.

В некоторых случаях, когда трудно обеспечить должную защиту от коррозии или когда объем коррозии трудно прогнозировать, необходимо конструктивно предусмотреть возможность периодического осмотра крепежных узлов конструкции во время планового технического обслуживания здания.

Заключение

Все рассмотренные выше системы светопрозрачного стенового заполнения сочетают в себе как утонченные архитектурные, так и конструктивные черты. Данные фасадные конструкции придают зданиям и сооружениям четкость линий, прозрачность, гармоничность и легкость. Стеклянный фасад - это практичное решение для наружного оформления объекта.

Офисная недвижимость является популярной сферой использования технологии. Фасадное остекление делает помещение более светлым и воздушным, и в тоже время сохраняет уют и комфорт внутри помещения. Кроме эстетичного внешнего вида эти конструкции обеспечивают проникновение света, позволяя сократить расходы на электроэнергию. В случае, если яркий свет солнца мешает, используется зеркальное покрытие, благодаря которому внутри будет светло, но воздействия солнца не будет.

Такие стеновые ограждения способствуют созданию благоприятных условий труда офисных работников и персонала, а также благоприятных условий проживания, что является огромным преимуществом для людей, находящихся в помещении продолжительное время.

Список литературы

светопрозрачная фасадная конструкция

1. СП 426.1325800.2018 Конструкции фасадные светопрозрачные зданий и сооружений. Правила проектирования.

2. ГОСТ 33079-2014 -- Конструкции фасадные светопрозрачные навесные. Классификация. Термины и определения.

3. СП 267.1325800.2016 Здания и комплексы высотные. Правила проектирования.

4. Методическое пособие. Архитектурно-планировочные решения высотных зданий. АО «ЦНИИПромздании?» (д. т. н., проф. В.В. Гранев - руководитель работы, к. арх. Д.К. Леи?кина) и АО «ЦНИИЭП жилища» (к. арх., проф. А.А. Магаи? - руководитель разработки, к. арх., доц. Н.В. Дубынин - ответственныи? исполнитель, А.И. Хорунжая, к. т. н. В.П. Блажко, Ю.Л. Кашулина, к. арх. А.О. Родимов, М.А. Жеребина).

5. Scott Murray, Contemporary Curtain Wall Architecture, Princeton Architecture Press, New York, 2009.

6. СТО НОСТРОЙ 2.14.80-2012 Системы фасадные. Устройство навесных светопрозрачных фасадных конструкций. Правила, контроль выполнения и требования к результатам работ.

7. СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия».

8. CFA Guidance Note: Fixing and Corrosion, Construction Fixing Association, www.fixingscfa.co.uk/media/42769/gnfixings_corrosion.pdf

9. ГОСТ 5272-68 Коррозия металлов. Термины.

Размещено на Allbest.ru

...