К.т.н. Стрельникова К.А., к.т.н. Козлов Н.А., магистрант Калета М.Л.

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Обзор современных технологий остекления фасадов

В последние годы широко распространяется тенденция остекления фасадов при внешней отделке зданий. Наиболее часто данный вид отделки используется в общественных зданиях (административных, торговых).

Остекление фасадов выполняет следующие функции.

1. Теплоизоляция. Треть потерь тепла через стекло осуществляется за счёт теплопроводности и конвекции, а две трети — за счёт теплового излучения. Проблема конвекции и теплоизоляции решается за счёт установки стеклопакетов, причём оптимально, если толщина воздушного слоя между стёклами стеклопакета не превышает 16 мм – в противном случае увеличивается конвекция, и теплоизоляционные характеристики ухудшаются. Для уменьшения потерь от теплового излучения разработаны селективные (низкоэмиссионные) стёкла со специальным покрытием: «твёрдым» или «мягким».

2. Защита от солнца. Помимо наиболее широко используемого листового стекла (бесцветное, прозрачное натрий-кальций-силикатное стекло), которое не пропускает ультрафиолетового излучения, применяются так называемые солнцезащитные стёкла: стёкла, обладающие способностью снижать проникание солнечной тепловой и/или световой энергии в помещение путём поглощения или отражения солнечных лучей. Таким свойством обладают стёкла, тонированные в массе, и рефлективные (отражающие) стёкла с покрытиями зеркального вида. Это наиболее разнообразная и обширная по своему внешнему виду группа стекол, поэтому особенно любимая архитекторами и наиболее часто используемая при фасадном остеклении. Тонированные и рефлективные стёкла с «твёрдым» покрытием могут использоваться как при одинарном остеклении («холодный фасад»), так и в составе стеклопакета. Использование тонированного стекла с коэффициентом пропускания менее 50% в качестве фасадного не рекомендуется из-за возрастающего риска термального шока (разрушение стекла вследствие перегрева и перепада температуры), хотя возможно его применение в закалённом виде после специальных расчётов.

3. Звукоизоляция. Изоляцией от шума называется ослабление звуковой энергии при прохождении её через препятствие (остекление).

Звукоизоляция остекления зависит от:

- количества, размера и толщины стекол в стеклопакете;

- толщины воздушного промежутка между стёклами;

- проницаемости стыков.

Увеличение количества стёкол в стеклопакете не всегда приводит к желаемому результату. Если просто установить стекло посередине воздушного промежутка, то звукоизоляция снижается вследствие повышения резонансной частоты конструкции. При тройном остеклении (двухкамерный стеклопакет) с акустической точки зрения более целесообразно применять увеличение толщины стекол и воздушного промежутка между ними, при этом камеры стеклопакета не должны быть симметричны. Дальнейшее улучшение показателей достигается путём закачки газа в межстекольное пространство. Кардинальное решение проблемы – использование в составе стеклопакета специальных ламинированных стёкол с шумопонижающими плёнками.

Как правило, звукоизоляция обычного однокамерного стеклопакета 4-16-4 (два стекла по 4 мм толщиной, воздушный промежуток – 16 мм) достигает 28 дБ, двухкамерного (три стекла по 4 мм толщиной, два воздушных промежутка по 10 мм) – 32 дБ, специального ламинированного стекла – 50 дБ. Следует помнить, что порог слышимости для человека – 0 дБ; повышение уровня звукового давления на 10 дБ воспринимается человеком как удвоение громкости звука.

4. Безопасность.

Безопасное остекление различается по классу защиты:

• Класс «А» — остекление, выдерживающее случайный удар;

• Класс «Б» — остекление, устойчивое к взлому, вандализму;

• Класс «В» — пулестойкое защитное стекло.

Для обеспечения безопасности остекления используются: закалённое стекло, армированное стекло и ламинированное стекло.

5. Эстетичность. Гармоничное сочетание цвета, прозрачности и степени отражения фасадного стекла с окружающей средой, безусловно, очень важно. Необходимо учитывать, что ошибки в исполнении остекления могут привести к такому дефекту фасада, как «волнистость» (стеклянная поверхность похожа на «кривое зеркало»). Чтобы избежать «волнистости» стеклянного фасада, необходимо использовать наружное стекло толщиной не менее 6 – 8 мм в зависимости от размера стеклянных панелей. Также следует учитывать специфику климата (большая разница температур в течение года) при производстве стеклопакетов. Температура и давление в межстекольном пространстве стеклопакета, изготовленного летом, будет сильно отличаться от условий его эксплуатации зимой. Низкая температура воздуха приводит к уменьшению давления внутри стеклопакета, из-за чего стекла могут прогибаться внутрь стеклопакета, нарушая ровность остекления и обеспечивая «волнистость» фасада.

В случае сплошного остекления фасада солнцеотражающим стеклом встаёт вопрос – как обеспечить единый зеркальный эффект без «полосатости», возникающей иногда за счет нахождения сразу за стеклянным фасадом непрозрачных межэтажных перекрытий, чередующихся с оконными проемами здания. Эту проблему решает специальное фасадное стекло, полученное с помощью нанесения непрозрачного эмалевого цветного покрытия на обратную сторону солнцеотражающего стекла, используемого в данном остеклении.

В соответствии с ГОСТ Р 54858-2011 «Конструкции фасадные светопрозрачные. Метод определения приведенного сопротивления теплопередаче» фасады подразделяются на следующие разновидности:

- навесной фасад – конструкция, состоящая из вертикальных и горизонтальных профилей, заполнения или деталей, соединенных между собой и закреплённых на каркасе здания при помощи кронштейнов. Конструкция образует наружную оболочку здания, которая самостоятельно или в сочетании с каркасом здания выполняет функции наружной стены, но не участвует в восприятии нагрузок каркаса здания;

- стоечно-ригельный фасад – навесная фасадная конструкция, включающая стойки, ригели, кронштейны, анкерные крепления, прозрачные (непрозрачные) заполнения, другие элементы, изготовленные заранее и собираемые непосредственно на фасаде здания;

- модульный (элементный) фасад – навесной фасад, состоящий из предварительно изготовленных, включая заполнение, модулей (элементов) высотой в один или несколько этажей и соединённых между собой;

- двойной (двухслойный) фасад - система, состоящая из наружного и внутреннего слоёв остекления и воздушной прослойки. Наружный и внутренние слои остекления могут иметь в своём составе как стёкла, так и стеклопакеты. Оба слоя могут быть снабжены открывающимися элементами. Одной из функций воздушной прослойки является расположение в ней систем солнцезащиты – поворачивающихся ламелей. Глубина воздушной прослойки и тип вентиляции в ней определяются, исходя из климатических характеристик региона строительства, требуемых теплотехнических характеристик наружного ограждения и общих принципов проектирования зданий, включая его инженерные системы;

- фасад с рамным остеклением – навесной фасад, состоящий из горизонтальных и вертикальных элементов, соединённых между собой в рамы, закреплённых на каркасе здания и оснащённых заполнениями. Такой фасад имеет визуальную разбивку по вертикали и горизонтали;

- фасад со структурным остеклением – конструкция навесного фасада, в которой профили не выступают за наружную плоскость заполнений, а вертикальные и горизонтальные швы герметизируются наружными герметиками и (или) уплотнительными прокладками. Фиксация заполнений осуществляется вклеиванием на внутреннюю поверхность несущей конструкции при минимальном или отсутствующем механическом креплении;

- фасад с полуструктурным остеклением – разновидность фасада со структурным остеклением с видимыми рамными элементами крепления с наружной стороны в одном направлении – вертикальном или горизонтальном;

- тёплый фасад – тип конструкции навесного фасада с накладной или закатанной в профиль термоизоляционной вставкой, обеспечивающей защиту внутренних помещений от внешних воздействий отрицательной температуры, шума, воздуха и атмосферных осадков.

Рассмотрим подробнее некоторые виды фасадов.

Стоечно-ригельная система фасадного остекления представляет собой внутренний алюминиевый несущий каркас, выполненный из стоек и ригелей, и внешний прижимной профиль (прижим) с декоративными накладками (крышками) различной формы, ширины и цвета, в зависимости от эстетических требований. Между каркасом и прижимом через резиновые уплотнители зажато заполнение в виде стеклопакета, стекла, композитных материалов и т.д. С наружи фасада видны лишь расположенные вертикально и горизонтально узкие декоративные алюминиевые накладки шириной 50 мм., которые закрывают крепежные прижимные планки стеклопакетов и гармонично вписываются в общую конструкцию фасадного остекления. В качестве альтернативы плоской декоративной крышки могут быть использованы круглые или миндалеобразные крышки, которые сделают внешний вид здания более ярким и интересным. Соединение стоек и ригелей в различных конструкциях может осуществляться по-разному. Несущий каркас стоечно-ригельной системы располагается с внутренней стороны стены. Стоечно-ригельная система является классической системой фасадного остекления, и, на данный момент, это наиболее распространённый тип фасадных систем, который легко монтируется и имеет сравнительно невысокую цену.

Полузакрытое стоечно-ригельное остекление – это комбинация традиционной ригельно-стоечной и структурной систем остекления, в которой стеклопакеты фиксируются комбинированным способом – видимыми снаружи только вертикальными или только горизонтальными прижимными планками, что осуществляется посредством применения различных маскирующих планок, подчеркивающих одно направление, тем самым придавая зданию дополнительный объём по горизонтали (или по вертикали). Причем по линиям в другом направлении фиксирующие стеклопакет планки заменяются на декоративный шовный уплотнитель либо пространство между стеклопакетами заделывается шовным силиконовым герметиком, устойчивым к различным погодным факторам. Соединение несущих профилей и ригеля наклонно расположенной навесной стены может осуществляться при небольшом наклоне ригеля к несущему профилю.

Структурное фасадное остекление (Рис. 1.) – это остекление без алюминиевого профиля на наружной части фасада. Оно создает необычное впечатление «стеклянной стены». Такое остекление воплощает последние тенденции современного дизайна. В отличие от традиционного ригельно-стоечного, структурное остекление даёт эффект лёгкости и цельности строения. Видны лишь стекло и заполненные герметиком швы шириной до 30 мм, причём цвет швов может совпадать с цветом стеклопакетов. Стеклопакет в этой системе нестандартный: наружное стекло у него больше внутреннего. Ещё одно отличие структурного остекления – это использование закалённого стекла. Закалка повышает несущую способность и прочностные характеристики стекла. Силиконовый герметик в структурных системах отличается высоким уровнем прочности. Он не разрушается при воздействии прямых солнечных лучей. Силиконовый герметик удерживает наружное стекло в стеклопакете, тогда как внутреннее стекло крепится к профилю.

Рис. 1. Узел структурного остекления

Полуструктурное остекление (Рис. 2.) представляет собой модифицированную конструкцию, где в качестве несущих элементов используется стандартный набор вертикальных и горизонтальных профилей, но вместо прижимных планок и крышек с лицевой стороны используются штапики, которые удерживают светопрозрачные элементы остекления. Алюминиевые профили полуструктурного остекления обычно используются в качестве несущих элементов для больших ограждающих конструкций при наличии стального опорного каркаса. Стеклопакет окружен рамой, практически незаметной снаружи, что даёт эффект визуальной целостности конструкции. В системах такого вида остекления предусмотрена возможность интеграции оконных створок. Преимуществом же этой технологии является возможность монтажа остекления изнутри, что расширяет спектр применения полуструктурного фасадного остекления в высотных зданиях.

Рис. 2. Узел полуструктурного остекления

Спайдерное или планарное остекление – данная технология заключается в примыкающих друг к другу светопрозрачных элементах (стекло, стеклопакеты), не разделённых рамами или перегородками, чем и отличается от профильных систем. Наиболее эффективной системой креплений для планарного фасада является крепление на нержавеющих коннекторах – «спайдерах» (Рис. 3.) (от английского spider – паук), представляющих собой пространственный кронштейн из высоколегированной стали.

Рис.3. «Спайдер» - крепление при планарном остеклении

Спайдер равномерно воспринимает нагрузку во всех точках крепления, так как все крепёжные точки имеют одинаково «упругую» конструкцию. Эластичный точечный зажим компенсирует температурные расширения стекла. К несущей конструкции спайдеры крепятся посредством специальных крепёжных элементов через отверстия. Такое остекление может выполняться в тёплом и холодном вариантах, при этом в обоих случаях стекло или стеклопакет имеют по углам отверстия со специальной конической фаской. Помимо этого стекла проходят процедуру закаливания. Элемент крепления стекла (паук) имеет 1, 2, 3 или 4 шарнирных элемента с зажимными коническими шайбами и тефлоновыми выравнивающими кольцами. «Пауки» планарных конструкций могут крепиться на колоннах, на ригелях, на торцах бетонных перекрытий и стен, и даже быть буквально подвешенными в воздухе при помощи шпренгельных тросовых ферм.

Витражное остекление фасада подразумевает масштабные стёкла, соединённые друг с другом при помощи алюминиевых профилей и прижимных планок. Открытые швы маскируются мастикой. Чтобы скрыть крепёжные элементы, их по максимуму выводят на внутреннюю сторону. Витражное остекление (в особенности структурное) можно встретить при оформлении витрин, аэропортов и всевозможных зданий необычной формы.

При панорамном остеклении фасада, которое иногда называют «французским», используются стёкла от пола до потолка. Чаще всего данный вид остекления используется при отделке балконов и лоджий, а не всего фасада.

На данный момент в Саратове наиболее распространённой является стоечно-ригельная система остекления фасадов.

В результате анализа источников можно сделать вывод о том, что технологии фасадного остекления модифицируются и совершенствуются, создаются более эстетичные и практичные разновидности фасадных систем, при возведении которых возможно использование широкой номенклатуры материалов, что позволяет воплощать разнообразные архитектурные решения.

Литература

1. ГОСТ 111-2001. Стекло листовое. Технические условия.

2. ГОСТ Р 54858-2011. Конструкции фасадные светопрозрачные. Метод определения приведенного сопротивления теплопередаче.

3. Витражное остекление [Электронный ресурс] // http://www.3s-krasnodar.ru/: сайт компании ООО «ТриС Юг», г. Краснодар. – Режим доступа: http://www.3s-krasnodar.ru/product/?CAT=41.

4. Остекление фасадов пластиковыми и алюминиевыми окнами [Электронный ресурс] // http://best-stroy.ru/: строительный портал для поставщиков строительных материалов и подрядчиков по строительству и ремонту. – Режим доступа: http://best-stroy.ru/articles/r11/r11_3/1883.

5. Фасадное остекление [Электронный ресурс] // http://www.wila.ru/: сайт компании Торговый дом "ТТМ". – Режим доступа: http://www.wila.ru/4/326/article31100/.

6. Всё про фасады из стекла и стали, 5 июля 2007 г. [Электронный ресурс] // http://www.mediaterra.ru/: статьи о строительстве и ремонте. – Режим доступа: http://www.mediaterra.ru/materials/outer/finish-material/facades-glass.