Проблемы крупноформатного остекления

В настоящее время растут площади остекления фасадов во вновь строящихся и реконструируемых зданиях и сооружениях, что положительно сказывается на их внешнем облике, позволяет архитекторам реализовать свои творческие замыслы.

При этом увеличиваются и габаритные размеры используемых листов стекла. Уже стали обычными размеры порядка (3–4)х(2–2,5)м, особенно в торговых центрах и спортивных сооружениях, благодаря чему одним листом стекла возможно закрыть целый этаж здания по высоте и, соответственно, сократить количество непрозрачных элементов остекления. При всех плюсах такого остекления оно, как все новое, порождает ряд проблем, с которыми приходится сталкиваться в процессе работы. Наверное, основная проблема – желание заказчиков получить высококачественное остекление за минимальную цену – скорее всего, психологическая, нежели технологическая. Мы же будем обсуждать иную проблему. Ее условно можно дифференцировать следующим образом: прочность крупноформатного остекления, его безопасность, внешний вид, вес, реализуемость замысла. Рассмотрим их кратко.

При проектировании крупноформатного остекления часто забывают о том, что это – не просто "окошко", а строительная конструкция, принимающая на себя все эксплутационные нагрузки, характерные близким ей по назначению строительным конструкциям из других материалов. Например, если это стеклянная стена, то люди, прислонившиеся к ней, создают дополнительную нагрузку. Часто приходится сталкиваться с таким явлением, когда толщину стекла выбирают из соображений "что бы само себя держало", забывая при этом, что на стеклянную стену, как и на любую другую, действуют климатические факторы, ветровая нагрузка, эксплутационные нагрузки и т.д. Такое отношение к остеклению приводит к различным аварийно опасным и поэтому недопустимым ситуациям. Так, к примеру, на одной из строек довелось видеть, как стеклопакеты размером примерно 3х2,5 м, изготовленные из четырехмиллиметрового стекла, разбивались при переноске и установке в строительную конструкцию.


По нашему опыту, при проектировании наружного остекления необходимо принимать во внимание:

• установленную при проектировании здания или в нормативных документах допустимую эксплутационную нагрузку;
• вес остекления;- минимальную возможную температуру и максимальное атмосферное давление в данном регионе;
• максимальное ветровое давление на остекление в данном регионе и высоту применения;
• максимальную снеговую нагрузку (с учетом возможности образования снеговых мешков) для данного региона;
• максимальную температуру и минимальное атмосферное давление данного региона;
• интенсивность солнечного излучения, поглощаемого остеклением.

Следует отметить, что многие программы расчета прочности остекления (особенно разработанные для европейских стран) не учитывают диапазон изменения температуры окружающей среды – его влияние на прочность остекления в этих странах невелико. В нашей стране это один из основных факторов, определяющих нагрузки на остекление и действующих на него тремя путями: из-за колебаний температур листы стекла деформируются, что, во-первых, создает в них дополнительные напряжения, во-вторых, они могут сомкнуться (при низких температурах), что зачастую приводит к разрушению стекла. В-третьих, из-за большой разницы коэффициентов термического расширения стекла и материалов ограждающих конструкций, особенно алюминия, возможно либо ослабление крепления стекол, либо чрезмерное их обжатие. Например, при размерах стеклопакета 3х2 м, изготовленного при температуре +20 °С, закрепленного по четырем сторонам с помощью алюминиевых профилей и прокладок, находящихся при минимальной температуре -30 °С, прогиб листов стекла в центральной части составит по 3,5 мм, а уменьшение зазоров между алюминиевой конструкцией и стеклом – 3 мм. Аналогичные примеры можно привести по колебаниям атмосферного давления, влиянию силы ветра и т.д. Следует заметить, что величины деформаций и напряжений в стекле сильно зависят от его формы, способа закрепления, а также наличия и вида внутренних и накладных раскладок, что также часто не учитывается.

Следующая проблема, связанная с крупноформатным остеклением, состоит в том, что при его разрушении (случайном или из-за неправильного проектирования) осколки стекла могут поранить находящихся рядом людей или повредить материальные ценности. Поэтому в странах Западной Европы и США крупноформатное остекление разрешается делать только из безопасного (многослойного или закаленного) стекла. У нас это требование еще не вошло в государственные нормативные документы, поэтому часто приходится видеть огромные витрины, выполненные из листового стекла. Однако в ряде регионов в свои территориальные строительные нормы (или их проекты) ввели требования по остеклению безопасным стеклом.

Учитывая, что крупноформатное остекление применяется, в основном, на престижных объектах, заказчики часто предъявляют к его внешнему виду высокие требования – обычные (возникающие из-за дефектов внешнего вида стекла) и специфические (наиболее часто возникающие по причине оптических искажений в отраженном свете). Оптические искажения наиболее часто случаются вследствие использования низкокачественного стекла (например, марок М4-М7); низкого уровня изготовления многослойных или закаленных стекол, стеклопакетов (например, большие отклонения их поверхности от плоскостности); неправильного монтажа остекления (неравномерное зажатие стекол прижимными элементами); деформации стекол под действием климатических факторов (о чем написано выше). Если с первыми тремя проблемами все более или менее понятно – просто необходимо соблюдать требования стандартов и технологии производства, то о последней стоит поговорить отдельно.

Дело в том, что оптические характеристики стеклопакетов контролируются при нормальных температуре и давлении. При других их значениях оптические искажения допускаются, причем в определенных пределах и при прочностных расчетах (не более 1/250 наименьшей стороны стеклопакета).

Расчеты показывают: для условий І температурной зоны Украины, чтобы получить картинку в достаточно широком диапазоне температур и давлений, необходимо толщину применяемых стекол увеличить примерно в два раза, по сравнению с прочностным расчетом. То есть это требование (с указанием диапазона температур и давлений) должно обязательно оговариваться при заказе остекления и быть указано в Задании на его проектирование.

Стекло, в силу своей прозрачности, создает ощущение воздушности, "невесомости" конструкций. Наверное, поэтому часто забывают о том, что стекло – довольно тяжелый материал. А ведь по своей плотности (2,5 т/м2) оно мало уступает алюминию, о весе которого обычно не забывают. При выполнении вышеперечисленных требований к остеклению стекла получаются довольно толстые, а при указанных размерах стеклопакетов их вес доходит до 1,5 т, что создает большие проблемы при их изготовлении, транспортировании и монтаже. Кроме того, иногда приходится сталкиваться с тем, что строительные конструкции и крепежные элементы просто не рассчитаны на такой ЕС, благодаря чему происходит их деформация, приводящая в итоге к разрушению всей конструкции.

Что касается фантазии архитекторов, то она зачастую не знает границ, поэтому очень часто приходится сталкиваться с их желанием сделать остекление неоправданно больших размеров. Не так давно довелось столкнуться с проектом, где предусматривались размеры листового стекла 10х20 м. Однако в силу того, что такие листовые стекла сегодняшняя технология производства не позволяет изготовить, пришлось долго убеждать архитекторов отказаться от данного проекта. Поэтому необходимо помнить о том, что не все проекты могут быть реализованы. Существуют различные ограничения, которые необходимо учитывать при проектировании остекления. Среди них:

• номенклатура выпускаемой продукции; так, максимальные размеры и толщина выпускаемых листовых стекол на сегодняшний день составляют не более 6000х3210 мм и, соответственно, 25 мм;
• возможности имеющегося в стране технологического оборудования по обработке листового стекла, изготовлению закаленных и многослойных стекол и стеклопакетов;
• возможности транспортирования и монтажа остекления; так, например, смонтировать с соблюдением всех правил стеклопакеты весом более 300 кг вручную практически невозможно, а специальная техника практически отсутствует;
• возможности финансирования проектов, предусматривающих применение все более толстых и сложных конструкций, в то время как цена остекления растет значительно быстрее, чем его размеры.

Конечно, в этой статье подняты далеко не все проблемы крупноформатного остекления. Нет в ней и путей их решения – они только намечены. Поэтому наша статья – скорее, "введение в тему", приглашение к разговору, основная цель которого – показать, что крупноформатное остекление требует специальных знаний и внимательного отношения. И если она заставит задуматься заказчиков, проектировщиков и изготовителей такого остекления, то наша цель отчасти достигнута.